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安全仪表功能的运行模式

时间:2023-06-07   访问量:1975

当我们在进行安全完整性等级(SIL)评估(SIL定级和验算)工作时,往往需要确定某个安全仪表功能(SIF)的运行模式(mode of operation),因为不同运行模式可能会影响SIF所包含设备在进行测试后得出的安全性和可用性,并且不同运行模式有不同的按需失效概率(PFDavg/PFH)计算方法。

在ISA TR84.00.02、IEC61508、IEC61511等相关标准中都对运行模式进行了划分,分为需求模式(demand mode)和连续模式(continuous mode),其中需求模式又可进一步分为低需求模式和高需求模式。

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  本文以IEC61511为例,其对三种运行模式的定义如下:


low demand mode: mode of operation where the SIF is only performed on demand, in order to transfer the process into a specified safe state, and where the frequency of demands is no greater than one per year.
低需求模式:SIF只在需求时执行,以便将过程转换到指定的安全状态,并且每年的需求频率不超过1次;

high demand mode: mode of operation where the SIF, is only performed on demand, in order to transfer the process into a specified safe state, and where the frequency of demands is greater than one per year.
高需求模式:SIF只在需求时执行,以便将过程转换到指定的安全状态,并且每年的需求频率超过1次;

continuous mode: mode of operation where the SIF retains the process in a safe state as part of normal operation.
连续模式:SIF作为正常操作的一部分,将过程保持在安全状态。

由此可见,上述运行模式的适用对象是SIF,而我们前面的系列文章中提到SIF可以由传感器、逻辑运算器和最终执行元件这三部分构成,若仅是某个传感器或阀门存在DCS与SIS共用的情况,并不会改变该SIF的运行模式。同样的,我们也不能去定义某套SIS的运行模式。

此外,SIF的需求率该如何判断计算呢?相关标准中并没有给出计算方法,通常认为在SIF联锁动作前仍会导致后果发生的频率即为SIF的需求率,例如SIL定级时某场景初始事件频率为0.1,独立保护层仅有DCS联锁控制回路其失效概率为0.1,那该场景SIF的需求率便是0.01即该SIF为低需求模式。在过程工业领域的大多数场景下,特别是当独立保护层得到适当设计和考虑时,这时候得出的需求率会远小于1年1次即SIF为低需求模式。

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在由中国石化出版社2019年出版的《保护层分析-初始事件与独立保护层应用指南》一书第36~37页,关于高需求模式有如下图所示的案例,“该间歇装置发生异常工况或停车的概率为平均每3~4套装置中有1套。假设有100套装置在正常生产,SIS系统的使用概率为平均每年25~35次。因此为高需求的操作模式,因为SIS系统的操作频率大于每年一次。”

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相信大家看完上述案例,已经有不少读者发现了其中的异样,这和我们前文提到的相关标准对高需求运行模式的定义不一样。为了一探究竟,我们找到ISA TR84.00.04,在原文中发现如下图所示不同版本的案例,翻译如下:间歇流程每3-4个批次跳闸一次,每年生产100个批次。这意味着SIF每年运行约25至35次,这属于高需求模式。这显然才是符合高需求模式定义的案例




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结束语

以上就是本期文章的所有内容了,看似简单的运行模式在实际应用过程中也可能会产生歧义,笔者才疏学浅,若有不妥之处,欢迎大家留言指正。下期SIS专题系列文章我们将继续讲解功能安全的有关内容,敬请关注!


本文作者:陈世奕

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