專利名稱：：循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，尤其是指一種基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣和馬爾可夫建模的安全完整性等級(jí)的分析與設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：石油化工行業(yè)中的加氫裂化是重質(zhì)餾分油深度加工的主要工藝之一，是大量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)中間餾分油和調(diào)整油品結(jié)構(gòu)的重要手段。加氫裂化裝置是以減壓蠟油為原料，經(jīng)過加氫脫硫、脫氫、烯烴飽和以及加氫裂化反應(yīng)，生產(chǎn)輕石腦油、噴氣燃料等各種優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。裝置在一些重點(diǎn)部位如新氫壓縮機(jī)、循環(huán)氫加熱爐、高壓進(jìn)料泵、冷高壓分離器等部分配設(shè)了安全儀表系統(tǒng)(SIS)來實(shí)現(xiàn)各種安全儀表功能(SIF)，達(dá)到保護(hù)操作人員和生產(chǎn)設(shè)備的目的。整個(gè)裝置采用DCS來進(jìn)行生產(chǎn)過程控制，采用專用的邏輯控制系統(tǒng)處理整個(gè)裝置的安全儀表功能的運(yùn)算表決邏輯。本發(fā)明將以加氫裂化裝置循環(huán)氫加熱爐的燃?xì)鈮毫Π踩珒x表功能為例，進(jìn)行基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣和馬爾可夫建模的設(shè)計(jì)分析。安全儀表系統(tǒng)SIS是獨(dú)立于基本過程控制系統(tǒng)BPCS的安全控制系統(tǒng)。根據(jù)新的國際功能安全標(biāo)準(zhǔn)，在安全生命周期中需要測(cè)量SIS的可靠性以確保安全。為了確定SIS的可靠性，也就是確定其實(shí)現(xiàn)功能安全的能力，必須對(duì)石油化工等工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行評(píng)估，確定其安全完整性等級(jí)SIL。SIL是指一個(gè)描述安全儀表系統(tǒng)功能失效概率的指標(biāo)，即在一定、一定條件下，安全相關(guān)系統(tǒng)執(zhí)行其所規(guī)定的安全功能的可能性。SIL的計(jì)算按BPGP3080的安全生命周期來劃分可以包括需求計(jì)算和評(píng)估計(jì)算兩種。需求計(jì)算是針對(duì)工藝過程和基本過程控制系統(tǒng)以及一般的保護(hù)層計(jì)算，分析工藝過程以及控制系統(tǒng)可能存在的一些風(fēng)險(xiǎn)因素，然后考慮一般保護(hù)層是否能夠滿足生產(chǎn)可容忍的風(fēng)險(xiǎn)，如果一般保護(hù)層能夠滿足需求，則無需考慮SIS;如果不能滿足，則確定所需SIS的SIL，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)。評(píng)估計(jì)算是針對(duì)設(shè)計(jì)完成或己經(jīng)投入使用的SIS，確定其實(shí)現(xiàn)安全功能的能力，計(jì)算安全完整性等級(jí)，評(píng)價(jià)它是否滿足設(shè)計(jì)要求和降低風(fēng)險(xiǎn)的要求。常用的SIL計(jì)算方法，分為定量和定性2種方法，定性的方法如風(fēng)險(xiǎn)圖等；而定量的方法如故障樹分析法FTA，馬爾可夫模型分析法(MarkovModel),事件樹分析法ETA等。由于手工建模和SIL計(jì)算常常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易出錯(cuò)，因此應(yīng)用軟件是十分必要的。目前對(duì)SIL計(jì)算的軟件，如加拿大ACM自動(dòng)化有限公司的SilCore'軟件，該軟件利用的是風(fēng)險(xiǎn)圖和保護(hù)層分析方法；還有德國HIMA的SILence軟件，該軟件主要特色是他們的邏輯控制單元均是自己公司的產(chǎn)品，包括H41q和H51q等，也可以創(chuàng)建自己的邏輯元件；還有Exida公司的exSILentiaTM單機(jī)版，該軟件是新的綜合型安全生命周期工具，集合了SIL選擇認(rèn)證，安全需求規(guī)范的功能。而國內(nèi)目前這方面的軟件大多采用故障樹建模，發(fā)展還不是很成熟。障樹建模的不足之處是可靠性的定量分析精度不高；一次建模只能獲得一個(gè)可靠性指標(biāo)，靈活性不夠；不能反映系統(tǒng)從啟動(dòng)到失效再到正常運(yùn)行的一系列動(dòng)態(tài)變化。風(fēng)險(xiǎn)矩陣是一種定量分析方法，安全儀表失效時(shí)的后果和可能性，分別對(duì)應(yīng)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)矩陣的二維坐標(biāo)的橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y，風(fēng)險(xiǎn)矩陣的每一個(gè)元素則對(duì)應(yīng)一個(gè)SIL等級(jí)。馬爾可夫建模方法依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61508，給出了相應(yīng)的計(jì)算公式，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)SIL的評(píng)估計(jì)算。馬爾可夫模型有兩種。一種是離散時(shí)間馬爾可夫模型，在隨機(jī)過程理論上被稱為馬爾可夫鏈；另一種連續(xù)時(shí)間馬爾可夫模型，在隨機(jī)過程理論上稱為馬爾可夫過程。馬爾可夫過程可以理解為馬爾可夫鏈的離散時(shí)間增量趨于零。離散時(shí)間馬爾可夫模型便于通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算；連續(xù)時(shí)間馬爾可夫模型在多狀態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)下求解狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣比較困難。一些文獻(xiàn)中有求解馬爾可夫模型的方法，其中一些并不適用于安全儀表系統(tǒng)。安全儀表系統(tǒng)具有周期性的功能測(cè)試和維修，所以求解PFD平均值并不合適，求解離散時(shí)間上的PFD平均值更加準(zhǔn)確和方便。馬爾可夫模型比其他的一些可靠性模型具有更高的靈活性。在一張可靠性轉(zhuǎn)移圖上不但可以反映多種失效模式，還可以體現(xiàn)出整個(gè)系統(tǒng)的故障容忍能力。對(duì)于不同的失效可以建模不同的維修率。馬爾可夫模型狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中還可以看出與系統(tǒng)失效所對(duì)應(yīng)的設(shè)備失效序列。求解馬爾可夫模型的方法有很多，工程上采用一種離散時(shí)間矩陣相乘的方法非常有效和方便。首選選擇一個(gè)時(shí)間間隔AM乍為基本的時(shí)間單位，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率等于失效概率或者維修率與時(shí)間間隔的乘積(A"或MO。時(shí)間間隔越小，模型解的精度越高。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖上可以省略A"從馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖可以得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣P，它是一個(gè)方陣。矩陣元素表示個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概論。用一行向量表示系統(tǒng)的初始狀態(tài)&。它乘以P便得到經(jīng)過一個(gè)&后系統(tǒng)處于各狀態(tài)的概率。經(jīng)過n個(gè)時(shí)間間隔后系統(tǒng)處于各狀態(tài)的概率等于&xF。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法包括如下步驟1)基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析安全儀表系統(tǒng)發(fā)生失效時(shí)的可能性和對(duì)人員重傷、環(huán)境污染、經(jīng)濟(jì)損失造成的后果，確定所需的安全完整性SIL等級(jí)；2)采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)傳感器以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)傳感器的安全失效率、平均危險(xiǎn)失效率和SIL等級(jí)；3)采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)執(zhí)行器以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)執(zhí)行器的安全失效率、平均危險(xiǎn)失效率和SIL等級(jí)；4)根據(jù)步驟2)、步驟3)計(jì)算出的傳感器、執(zhí)行器的安全失效率、平均危險(xiǎn)失效率驗(yàn)證增設(shè)冗余裝置后安全儀表系統(tǒng)的傳感器、邏輯控制器、執(zhí)行器是否達(dá)到所需的SIL等級(jí)。所述的基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析安全儀表系統(tǒng)發(fā)生失效時(shí)的可能性和對(duì)人員重傷、環(huán)境污染、經(jīng)濟(jì)損失造成的后果，確定所需的安全完整性SIL等級(jí)步驟風(fēng)險(xiǎn)矩陣是一種定量分析方法，循環(huán)氫加熱爐安全儀表失效時(shí)的后果和可能性分別對(duì)應(yīng)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)矩陣的二維坐標(biāo)的橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y，風(fēng)險(xiǎn)矩陣的每一個(gè)元素則對(duì)應(yīng)一個(gè)SIL等級(jí)。所述的采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)傳感器的SIL等級(jí)，以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)傳感器的SIL等級(jí)步驟馬爾可夫建模方法是一種定性分析方法，利用馬爾可夫建模方法計(jì)算傳感器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖計(jì)算傳感器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)初始狀態(tài)向量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和測(cè)試時(shí)間間隔計(jì)算出傳感器的安全失效率和平均危險(xiǎn)失效率，根據(jù)傳感器的平均危險(xiǎn)失效率計(jì)算出傳感器的SIL等級(jí)。所述的采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)執(zhí)行器的SIL等級(jí)，以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)執(zhí)行器的SIL等級(jí)步驟馬爾可夫建模方法是一種定性分析方法，利用馬爾可夫建模方法計(jì)算執(zhí)行器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖計(jì)算執(zhí)行器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)初始狀態(tài)向量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和測(cè)試時(shí)間間隔計(jì)算出執(zhí)行器的安全失效率和平均危險(xiǎn)失效率，根據(jù)執(zhí)行器的平均危險(xiǎn)失效率計(jì)算出執(zhí)行器的SIL等級(jí)。本發(fā)明與
背景技術(shù)：
相比，具有的有益效果是-通過基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣和馬爾可夫模型的循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法，基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析安全儀表系統(tǒng)的功能，確定所需的安全完整性SIL等級(jí)；采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)(lool)的SIL等級(jí)，以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)(loo2)的SIL等級(jí)，驗(yàn)證改進(jìn)后的系統(tǒng)是否達(dá)到所需的SIL等級(jí)。采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析安全儀表系統(tǒng)的功能，通用性好、直觀易懂，不同場(chǎng)合只需改變系統(tǒng)失效時(shí)的后果和可能性，較好地表達(dá)了SIL分配的基本原理，便于建立文檔和日常維護(hù)；馬爾可夫建模方法既能反映設(shè)備之間的靜態(tài)關(guān)系又能反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，能夠反映系統(tǒng)從啟動(dòng)到失效再到正常運(yùn)行的完整的事件序列，有利于深入了解系統(tǒng)的變化規(guī)律，可靠性的定量分析精度高；同時(shí)模型不受設(shè)備之間的依賴關(guān)系的影響，其計(jì)算量主要取決于系統(tǒng)的狀態(tài)，因此可以獲得更好的計(jì)算精度；馬爾可夫建模方法能夠計(jì)算設(shè)備的多種失效模式，一次建?？汕蟮枚鄠€(gè)可靠性指標(biāo)，如PFS、MTTFS、PFD、MTTFD等，可以多角度反映系統(tǒng)的安全儀表功能。圖1是改進(jìn)前的循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)；圖2是改進(jìn)后的循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)；圖3(a)是選擇馬爾可夫模型建模方法對(duì)改進(jìn)后的系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證；圖3(b)是根據(jù)改進(jìn)后的系統(tǒng)選擇冗余結(jié)構(gòu)；圖4是完成loo2結(jié)構(gòu)配置傳感器的SIL計(jì)算并生成相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；圖5是完成loo2結(jié)構(gòu)配置執(zhí)行器的SIL計(jì)算并生成相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。具體實(shí)施例方式循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法包括如下步驟1)基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析安全儀表系統(tǒng)發(fā)生失效時(shí)的可能性和對(duì)人員重傷、環(huán)境污染、經(jīng)濟(jì)損失造成的后果，確定所需的安全完整性SIL等級(jí)；2)采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)傳感器以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)傳感器的安全失效率、平均危險(xiǎn)失效率和SIL等級(jí)；3)采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)執(zhí)行器以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)執(zhí)行器的安全失效率、平均危險(xiǎn)失效率和SIL等級(jí)；4)根據(jù)步驟2)、步驟3)計(jì)算出的傳感器、執(zhí)行器的安全失效率、平均危險(xiǎn)失效率驗(yàn)證增設(shè)冗余裝置后安全儀表系統(tǒng)的傳感器、邏輯控制器、執(zhí)行器是否達(dá)到所需的SIL等級(jí)。所述的基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析安全儀表系統(tǒng)發(fā)生失效時(shí)的可能性和對(duì)人員重傷、環(huán)境污染、經(jīng)濟(jì)損失造成的后果，確定所需的安全完整性SIL等級(jí)步驟風(fēng)險(xiǎn)矩陣是一種定量分析方法，循環(huán)氫加熱爐安全儀表失效時(shí)的后果和可能性分別對(duì)應(yīng)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)矩陣的二維坐標(biāo)的橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y，風(fēng)險(xiǎn)矩陣的每一個(gè)元素則對(duì)應(yīng)一個(gè)SIL等級(jí)。所述的采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)傳感器的SIL等級(jí)，以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)傳感器的SIL等級(jí)步驟馬爾可夫建模方法是一種定性分析方法，利用馬爾可夫建模方法計(jì)算傳感器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖計(jì)算傳感器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)初始狀態(tài)向量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和測(cè)試時(shí)間間隔計(jì)算出傳感器的安全失效率和平均危險(xiǎn)失效率，根據(jù)傳感器的平均危險(xiǎn)失效率計(jì)算出傳感器的SIL等級(jí)。所述的采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)執(zhí)行器的SIL等級(jí)，以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)執(zhí)行器的SIL等級(jí)步驟馬爾可夫建模方法是一種定性分析方法，利用馬爾可夫建模方法計(jì)算執(zhí)行器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖計(jì)算執(zhí)行器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)初始狀態(tài)向量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和測(cè)試時(shí)間間隔計(jì)算出執(zhí)行器的安全失效率和平均危險(xiǎn)失效率，根據(jù)執(zhí)行器的平均危險(xiǎn)失效率計(jì)算出執(zhí)行器的SIL等級(jí)。實(shí)施例如圖1所示，改進(jìn)前的安全儀表系統(tǒng)包括傳感器、邏輯控制器、執(zhí)行器組成。傳感器部分包括壓力變送器PT3108，隔離式安全柵PBI3108,報(bào)警設(shè)定器PA3108。壓力變送器檢測(cè)出燃?xì)鈮毫?，信?hào)經(jīng)過安裝在控制室內(nèi)的安全柵后到報(bào)警器，報(bào)警設(shè)定器將信號(hào)分成兩路一路模擬流量信號(hào)去DCS系統(tǒng)，參與過程控制；一路開關(guān)量信號(hào)去邏輯控制器，參與安全儀表功能控制。邏輯控制器選用專用的安全PLC系統(tǒng)。經(jīng)邏輯運(yùn)算處理后輸出的開關(guān)信號(hào)傳送到現(xiàn)場(chǎng)的電磁閥，電磁閥通過氣路的改變使調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，切斷燃料氣。從整個(gè)信號(hào)的流向可以看出，安全儀表功能的傳感、邏輯、執(zhí)行這三個(gè)部分是串聯(lián)關(guān)系，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都會(huì)導(dǎo)致安全儀表功能失效。從功能安全的角度來看，這兩個(gè)執(zhí)行也為串聯(lián)關(guān)系。表1(a)人員安全控制風(fēng)險(xiǎn)矩陣<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1(b)環(huán)境安全控制風(fēng)險(xiǎn)矩陣<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1(c)經(jīng)濟(jì)損失控制風(fēng)險(xiǎn)矩陣<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>如表1(a)(b)(c)所示，用風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)循環(huán)氫加熱爐的燃?xì)鈮毫Π踩珒x表功能進(jìn)行分析，循環(huán)氫加熱爐安全儀表失效時(shí)的后果和可能性分別對(duì)應(yīng)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)矩陣的二維坐標(biāo)的橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y，風(fēng)險(xiǎn)矩陣的每一個(gè)元素則對(duì)應(yīng)一個(gè)SIL等級(jí)。根據(jù)3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)矩陣選擇不同方面的SIL水平，選擇其中最高的SIL對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制。結(jié)合若無安全儀表系統(tǒng)的保護(hù)時(shí)燃料氣總管壓力過低時(shí)導(dǎo)致的后果和事故發(fā)生的概率，確定出該安全儀表功能的應(yīng)該達(dá)到的安全完整性水平，其過程如下(1)安全儀表功能失效導(dǎo)致的人員重傷1-2人，對(duì)應(yīng)表1(a),得出從人員安全方面考慮，該安全儀表功能需達(dá)到SILb。(2)安全儀表功能失效導(dǎo)致的一次環(huán)境污染可能造成公司級(jí)事故，對(duì)應(yīng)表1(b)，得出從環(huán)境安全方面考慮，該安全儀表功能需達(dá)到DCS級(jí)。(3)安全儀表功能失效導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失為1200萬元，對(duì)應(yīng)表l(c)，得出從經(jīng)濟(jì)損失方面考慮，該安全儀表功能需達(dá)到SIL2。(4)綜合上述三個(gè)方面對(duì)安全儀表功能的要求，選擇安全儀表功能需達(dá)到的最高SIL，即SIL2，以降低該壓力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)水平。如圖2所示，為改進(jìn)后的循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)。根據(jù)馬爾可夫建模方法計(jì)算出原系統(tǒng)的SIL等級(jí)為SIL1，若要應(yīng)用于SIL2的場(chǎng)合，則必須對(duì)該安全儀表功能進(jìn)行改進(jìn)，其中傳感器和執(zhí)行器的冗余配置采用二取一表決邏輯(loo2)，即該安全儀表系統(tǒng)包括2個(gè)變送器、2個(gè)安全柵、2個(gè)報(bào)警設(shè)定器，l個(gè)邏輯控制器，2個(gè)電磁閥、2個(gè)切斷閥。如圖3、4所示，我們用馬爾可夫建模方法計(jì)算安全儀表系統(tǒng)傳感器模塊(1002)的安全失效率PFS^2傳感器、平均危險(xiǎn)失效率PFDavgi。。2傳感器和SIL等級(jí)，最后結(jié)合邏輯控制器和執(zhí)行器部分的平均危險(xiǎn)失效率PFD來驗(yàn)證增加冗余裝置后的系統(tǒng)是否達(dá)到SIL2等級(jí)。表2失效率數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>loo2結(jié)果的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中1002傳感器起始狀態(tài)向量5。=[100000j表示起始時(shí)刻系統(tǒng)處于0的概率為l，其他各元素分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)處于狀態(tài)1，2，3,4，5的概率。假設(shè)傳感器的測(cè)試時(shí)間間隔為1年，則loo2傳感器1年(8760h)的PFD和PFS可以通過以下得到PFSi。。2傳感^S。戶876。=6.93xl0-5PFDavgi。。2傳感器-S。戶876。=1.95xl(T4SIL=-logPFDavgi002傳感器=3如圖3、5所示，我們用馬爾可夫建模方法計(jì)算安全儀表系統(tǒng)執(zhí)行器器模塊(loo2)的安全失效率PFSi。。2執(zhí)行器、平均危險(xiǎn)失效率PFD一。。2執(zhí)行器和SIL等級(jí)，最后結(jié)合邏輯控制器和傳感器部分的平均危險(xiǎn)失效率PFD來驗(yàn)證增加冗余裝置后的系統(tǒng)是否達(dá)到SIL2等級(jí)。根據(jù)表2的失效率數(shù)據(jù)，我們計(jì)算得loo2執(zhí)行器部分的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣P為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中1002執(zhí)行器起始狀態(tài)向量5。=[100000]表示起始時(shí)刻系統(tǒng)處于0的概率為l，其他各元素分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)處于狀態(tài)1，2，3，4，5的概率。假設(shè)執(zhí)行器的測(cè)試時(shí)間間隔為1年，則loo2執(zhí)行器1年(8760h)的PFD和PFS可以通過以下得到PFS^2執(zhí)行器-So尸8760=2.157xl(T4PFDavgi。。2執(zhí)行薩&,60=8.59715xl(T4SIL=-logPFDaVgloo2執(zhí)行器=3邏輯控制器的潛控制器=3'68><10_7尸氣控制器".45x10-5則改進(jìn)后整個(gè)安全儀表功能的安全失效率和平均危險(xiǎn)失效率分別為P^^^Sff=^^^S!oo2傳感器+PFS控制器+"^^"Sloo2執(zhí)行器=6.93x10-5+3.68x1(T7+2.157x10-4=2.85x10-4PFDavgS7F=P^^avgloo2傳感器+PFD狄g控制器+"^^^0唯1002執(zhí)行器=1.95xl0-4+1.45xl(T5+8.59715xl0-4=1.069xl0-3則改進(jìn)后整個(gè)安全儀表功能的SIL等級(jí)肌=-log，一=2滿足設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求。權(quán)利要求1.一種循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟1)基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析安全儀表系統(tǒng)發(fā)生失效時(shí)的可能性和對(duì)人員重傷、環(huán)境污染、經(jīng)濟(jì)損失造成的后果，確定所需的安全完整性SIL等級(jí)；2)采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)傳感器以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)傳感器的安全失效率、平均危險(xiǎn)失效率和SIL等級(jí)；3)采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)執(zhí)行器以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)執(zhí)行器的安全失效率、平均危險(xiǎn)失效率和SIL等級(jí)；4)根據(jù)步驟2)、步驟3)計(jì)算出的傳感器、執(zhí)行器的安全失效率、平均危險(xiǎn)失效率驗(yàn)證增設(shè)冗余裝置后安全儀表系統(tǒng)的傳感器、邏輯控制器、執(zhí)行器是否達(dá)到所需的SIL等級(jí)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析安全儀表系統(tǒng)發(fā)生失效時(shí)的可能性和對(duì)人員重傷、環(huán)境污染、經(jīng)濟(jì)損失造成的后果，確定所需的安全完整性SIL等級(jí)步驟風(fēng)險(xiǎn)矩陣是一種定量分析方法，循環(huán)氫加熱爐安全儀表失效時(shí)的后果和可能性分別對(duì)應(yīng)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)矩陣的二維坐標(biāo)的橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y，風(fēng)險(xiǎn)矩陣的每一個(gè)元素則對(duì)應(yīng)一個(gè)SIL等級(jí)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)傳感器的SIL等級(jí)，以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)傳感器的SIL等級(jí)步驟馬爾可夫建模方法是一種定性分析方法，利用馬爾可夫建模方法計(jì)算傳感器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖計(jì)算傳感器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)初始狀態(tài)向量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和測(cè)試時(shí)間間隔計(jì)算出傳感器的安全失效率和平均危險(xiǎn)失效率，根據(jù)傳感器的平均危險(xiǎn)失效率計(jì)算出傳感器的SIL等級(jí)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)執(zhí)行器的SIL等級(jí)，以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)執(zhí)行器的SIL等級(jí)步驟馬爾可夫建模方法是一種定性分析方法，利用馬爾可夫建模方法計(jì)算執(zhí)行器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖計(jì)算執(zhí)行器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)初始狀態(tài)向量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和測(cè)試時(shí)間間隔計(jì)算出執(zhí)行器的安全失效率和平均危險(xiǎn)失效率，根據(jù)執(zhí)行器的平均危險(xiǎn)失效率計(jì)算出執(zhí)行器的SIL等級(jí)。全文摘要本發(fā)明公開了一種循環(huán)氫加熱爐燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法?；陲L(fēng)險(xiǎn)矩陣分析安全儀表系統(tǒng)的功能，確定所需的安全完整性SIL等級(jí)；采用馬爾可夫建模方法計(jì)算原系統(tǒng)(1oo1)以及增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)(1oo2)的SIL等級(jí)，驗(yàn)證改進(jìn)后的系統(tǒng)是否達(dá)到所需的SIL等級(jí)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣確定系統(tǒng)需要的SIL等級(jí)，作為系統(tǒng)改進(jìn)的依據(jù)，通用性好、直觀易懂，便于建立文檔和日常維護(hù)；2)通過馬爾可夫模型計(jì)算原系統(tǒng)和增設(shè)冗余裝置后系統(tǒng)的SIL等級(jí)，既能反映設(shè)備之間的靜態(tài)關(guān)系又能反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，且可靠性的定量分析精度高；3)采用馬爾可夫建模方法計(jì)算系統(tǒng)的SIL等級(jí)，不受設(shè)備之間依賴關(guān)系的影響，模型可包括設(shè)備的多種失效模式，且一次建?？汕蟮枚鄠€(gè)可靠性指標(biāo)，如PFS、MTTFS、PFD、MTTFD。文檔編號(hào)G05B19/048GK101414165SQ200810162188公開日2009年4月22日申請(qǐng)日期2008年11月18日優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日發(fā)明者吳寧寧,吳明光,王海清,瞭陳申請(qǐng)人:浙江大學(xué)