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引言安全生產(chǎn)與群眾的生命安全息息相關(guān),隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,工藝越來越精密,工藝過程越來越復(fù)雜,風(fēng)險(xiǎn)也隨之加大。從出現(xiàn)事故的成因分析,有設(shè)計(jì)原因、有工程質(zhì)量原因、有操作和維護(hù)原因、有管理原因,這些原因引發(fā)了人們的思考,究竟需要什么措施才能夠保障石化生產(chǎn)過程中的安全。2什么是風(fēng)險(xiǎn)?在IEC61511中提到,風(fēng)險(xiǎn)是損害發(fā)生的概率和該損害嚴(yán)重性的組合。如果要把風(fēng)險(xiǎn)量化的話,那么可以得出一個(gè)公式:風(fēng)險(xiǎn)=頻率×后果。頻率是發(fā)生的概率,后果是發(fā)生的結(jié)果嚴(yán)重性。風(fēng)險(xiǎn)的影響是多種多樣的,有人員的傷亡、生產(chǎn)的損失、設(shè)備的損壞、環(huán)境的影響、企業(yè)形象等等,這些后果我們可以人為的界定哪些是可接受風(fēng)險(xiǎn),哪些是不可接受風(fēng)險(xiǎn)。那么風(fēng)險(xiǎn)是如何形成的?風(fēng)險(xiǎn)的形成是有先后順序的,如從一個(gè)化工企業(yè)生產(chǎn)來看,物料的運(yùn)輸、加熱、分離等工藝過程就是危險(xiǎn)源。事故的發(fā)生都由觸發(fā)事件觸發(fā)危險(xiǎn),如人員操作不當(dāng)、設(shè)備故障失效等觸發(fā)事件。從危險(xiǎn)發(fā)生到事故有一個(gè)中間過程,如監(jiān)管不當(dāng)、密封不嚴(yán),最后造成嚴(yán)重的后果。3
什么是安全?什么是功能安全?在石化生產(chǎn)過程中,安全分為職業(yè)安全和過程安全。職業(yè)安全關(guān)注的是人員從事工作或受雇傭時(shí),保護(hù)其人員安全、健康、福利保障方面不受侵害。功能安全是將工程和管理融合在一起,專注于在使用或生產(chǎn)化學(xué)和石油產(chǎn)品有關(guān)的過程中,預(yù)防災(zāi)難性意外事故的發(fā)生,特別是爆炸、火災(zāi)以及有毒物質(zhì)的釋放。功能安全在IEC61511中定義為:作為涉及工藝過程和基礎(chǔ)過程控制系統(tǒng)整體安全的一部分,依賴于安全儀表系統(tǒng)和其他保護(hù)層正確的實(shí)施其功能。所以功能安全也是整體安全中的一部分。在一般的石化場(chǎng)站中,緊急停車系統(tǒng)、火氣系統(tǒng)都屬于功能安全的應(yīng)用。圖1整體安全內(nèi)的功能安全4
功能安全是一道重要保護(hù)屏障功能安全依賴于過程工業(yè)中應(yīng)用的安全儀表系統(tǒng)(SIS)。安全儀表系統(tǒng)(SIS)將不可接受風(fēng)險(xiǎn)通過檢測(cè)工藝生產(chǎn)過程中出現(xiàn)安全隱患時(shí),運(yùn)行控制器內(nèi)部安全邏輯,控制被控設(shè)備執(zhí)行安全措施,最終達(dá)到可接受風(fēng)險(xiǎn)的程度。降低風(fēng)險(xiǎn)有多層機(jī)制,這些保護(hù)機(jī)制形成保護(hù)層保護(hù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)防止事故發(fā)生。這些保護(hù)層形成環(huán)來保護(hù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),被稱為陶氏洋蔥模型,如圖2所示。圖2功能安全保護(hù)層良好的設(shè)計(jì)和工業(yè)基礎(chǔ)過程控制系統(tǒng)能夠減小風(fēng)險(xiǎn)的概率,關(guān)鍵報(bào)警人員響應(yīng)、安全儀表系統(tǒng)能夠防止出現(xiàn)危險(xiǎn),泄壓設(shè)備、消防設(shè)施和全場(chǎng)緊急響應(yīng)能夠減小事故的嚴(yán)重性。在石化生產(chǎn)過程中,并不是出現(xiàn)故障就一定會(huì)發(fā)生危險(xiǎn),如某管道門站發(fā)生天然氣泄漏,在最初階段只有少量泄漏的天然氣并不會(huì)構(gòu)成威脅,隨著時(shí)間的推移,泄漏量越來越多,當(dāng)遇到火星或電磁信號(hào)等情況時(shí),極有可能會(huì)發(fā)生火災(zāi),更嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生爆炸,造成嚴(yán)重事故。所以,在石化生產(chǎn)過程中,功能安全是發(fā)生事故的最后一道屏障,在工藝、設(shè)備出現(xiàn)故障、控制系統(tǒng)紊亂、人員來不及響應(yīng)時(shí),安全儀表系統(tǒng)能夠在不需要工作人員干預(yù)的情況下,自動(dòng)的執(zhí)行安全措施,防止事故的產(chǎn)生,防止人員安全受到傷害、防止財(cái)產(chǎn)損失、防止環(huán)境污染。5
安全儀表系統(tǒng)(SIS)按照IEC61511安全儀表系統(tǒng)(SIS)定義,安全儀表系統(tǒng)是用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)安全功能的儀表系統(tǒng)。由傳感器、邏輯控制器以及最終元件的任意組合構(gòu)成的。安全儀表系統(tǒng)分為幾種類型:儀表保護(hù)系統(tǒng)、安全聯(lián)鎖、安全相關(guān)系統(tǒng)、緊急停車系統(tǒng)、燃燒器管理系統(tǒng)、火氣系統(tǒng)、高完整性保護(hù)系統(tǒng)等,這些系統(tǒng)保護(hù)的對(duì)象不同、保護(hù)的形式不同,但是結(jié)構(gòu)是一樣的,都是由傳感器、邏輯控制器以及最終元件組成。安全儀表系統(tǒng)是依托于自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展而來,但是安全等級(jí)要高于過程控制系統(tǒng),用安全完整性等級(jí)(SIL)來表示。在IEC61508中,規(guī)定了4個(gè)安全完整性等級(jí)(SIL1~4)。在工程設(shè)計(jì)階段,就需要確定安全要求,分析過程危險(xiǎn),哪些設(shè)備具有安全相關(guān)功能,指定到哪些系統(tǒng)執(zhí)行安全功能,確定安全完整性等級(jí)。安全儀表系統(tǒng)原則上與過程控制系統(tǒng)是分開的,是兩套相互獨(dú)立的系統(tǒng)。安全儀表系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)干預(yù)正常的生產(chǎn)過程,不會(huì)連鎖過程控制系統(tǒng)中的傳感器與執(zhí)行器,當(dāng)生產(chǎn)過程出現(xiàn)安全隱患時(shí),安全儀表系統(tǒng)迅速執(zhí)行關(guān)斷、停車等命令,保障人員生命安全和設(shè)備不受破壞。6
安全生命周期及危險(xiǎn)辨識(shí)安全生命周期伴隨整個(gè)工藝生命周期。從整個(gè)安全生命周期的設(shè)計(jì)階段開始到最后報(bào)廢,都需要對(duì)功能安全進(jìn)行管理。指定相關(guān)人員在功能安全管理中的責(zé)任,對(duì)電子安全相關(guān)系統(tǒng)或整個(gè)過程控制系統(tǒng)生命周期一個(gè)或多個(gè)階段以及軟件安全方面負(fù)責(zé)。指定在功能安全管理中負(fù)有相應(yīng)責(zé)任的人員,及需要執(zhí)行的各項(xiàng)活動(dòng)。在安全生命周期中,要進(jìn)行危險(xiǎn)辨識(shí)和SIL定級(jí)。首先要建立過程的安全目標(biāo),定義什么是可接受風(fēng)險(xiǎn),什么是不可接受風(fēng)險(xiǎn)。安全目標(biāo)確定后進(jìn)行危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)分析,評(píng)估存在的風(fēng)險(xiǎn),其中危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估最常用的就是危險(xiǎn)與可操作性(HAZOP)研究與失效模式和影響分析(FMEA)。危險(xiǎn)與可操作性(HAZOP)研究旨在辨識(shí)與設(shè)計(jì)意圖可能存在的偏差,檢查偏差出現(xiàn)可能的原因,并評(píng)估他們的后果。危險(xiǎn)與可操作性(HAZOP)研究是對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行考察分析研究,將研究對(duì)象劃分為若干個(gè)區(qū)塊,對(duì)每一個(gè)區(qū)塊進(jìn)行說明其功能和正常的運(yùn)行狀態(tài),然后對(duì)每個(gè)區(qū)塊的每一個(gè)過程環(huán)節(jié)、每一個(gè)細(xì)節(jié)提出問題,如某個(gè)管道的壓力、容器的溫度等提出可能與設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)不一致的情況(發(fā)生偏差),對(duì)過程中的工藝條件和開停車條件以及自然條件影響下分析可能出現(xiàn)偏差的原因并分析這些原因引發(fā)的后果及嚴(yán)重性。失效模式和影響分析(FMEA)從元件的失效特征和工程的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)開始,確定元件失效與系統(tǒng)失效、故障、操作約束、性能的降級(jí)或完整性方面之間的關(guān)系。目的是為了收集并整理出子系統(tǒng)失效率數(shù)據(jù),例如變送器或邏輯控制器,并改進(jìn)安全功能的可靠性。首先定義系統(tǒng)及其功能最低限度的操作要求,生成功能和可靠性方塊圖和數(shù)學(xué)模型等,辨識(shí)失效模式及其產(chǎn)生的原因和影響,辨識(shí)失效檢測(cè)、隔離措施及其方法,確定事件的嚴(yán)重性、評(píng)估失效概率。在評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)果里,對(duì)比設(shè)計(jì)初設(shè)定的安全目標(biāo)是否能夠達(dá)到可接受風(fēng)險(xiǎn)的范圍。如果評(píng)估的結(jié)果是不可接受風(fēng)險(xiǎn),就要將必要的風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的范圍。降低風(fēng)險(xiǎn)的措施是加入安全儀表功能(SIF)并確定安全完整性(SIL)。安全完整性與風(fēng)險(xiǎn)成倒數(shù)關(guān)系,SIL級(jí)別越高,風(fēng)險(xiǎn)降的越低。對(duì)于每一個(gè)需要加入安全儀表功能(SIF)的場(chǎng)景需要將安全完整性等級(jí)(SIL)定級(jí)。安全完整性(SIL)的定級(jí)可以用保護(hù)層分析(LOPA)來確定。保護(hù)層分析(LOPA)可以通過分析來確定是否需要安全儀表功能(SIF),如果需要,確定每個(gè)安全儀表功能(SIF)需要的安全完整性等級(jí)(SIL)。考察分析所有危險(xiǎn)發(fā)生的根源,以及預(yù)期的事件每年發(fā)生的頻率,確定發(fā)生頻率是否能夠通過一系列的保護(hù)措施減小,如人工操作程序、硬接線報(bào)警、控制系統(tǒng)、安全閥等,確定這些非SIF保護(hù)措施減輕頻率的總和,與目標(biāo)頻率(例如1危險(xiǎn)事件/10000接受風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn))之間存在的任何風(fēng)險(xiǎn)降低缺口,然后采取安全儀表功能來填補(bǔ)這些缺口。在石化現(xiàn)場(chǎng)的安裝調(diào)試中,按照安全儀表規(guī)格書和施工圖安裝安全儀表系統(tǒng)(SIS),通過檢驗(yàn)和測(cè)試,對(duì)安裝和調(diào)試后的安全儀表系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)的安全儀表功能進(jìn)行確認(rèn)來證明確實(shí)達(dá)到安全要求技術(shù)規(guī)格書陳述的全部要求。在石化實(shí)際的生產(chǎn)過程中,所有的操作和維護(hù)必須確保保持每個(gè)安全儀表功能(SIF)。安全儀表系統(tǒng)(SIS)也需要定期的維護(hù)和保養(yǎng),在維護(hù)和保養(yǎng)期間,也需保
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