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安全完整性技術(SIL)在我國石化裝置上的應用實踐及思考

文檔作者：朱建新方向榮莊力健陳學東文檔來源：合肥通用機械研究院國家壓力容器與管道工程技術研究中心		點擊數(shù)： 218 5	更新時間： 2021年03月04日
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第lO期朱建新等．安全完整性技術(SIL)在我國石化裝置上的應用實踐及思考
安全完整性技術(SIL)在我國石化
裝置上的應用實踐及思考
朱建新方向榮莊力健陳學東
(合肥通用機械研究院國家壓力容器與管道工程技術研究中心，合肥230031)
摘要在近年來安全完整性等級技術(SIL)對國內12套裝置、220余個聯(lián)鎖回路開展的安全完整性
分析的基礎上，對該技術的發(fā)展、國內的應用情況和存在的問題進行了研究。對聯(lián)鎖要求的和實際能達
到的SIL等級進行深入分析，指出導致安全完整性不足與誤跳車過高的根本原因．并對石化裝置聯(lián)鎖系
統(tǒng)中存在的典型問題進行了探討。
關鍵詞安全完整性技術工程風險安全不足誤跳車
中圖分類號+TH862+．79 文獻標識碼A 文章編號1000—3932(2012)10-1252·-08
安全完整性技術，或稱安全完整性等級(SIL)
技術，是一種以安全聯(lián)鎖系統(tǒng)(SIS)或緊急停車系
統(tǒng)(ESD)為研究對象，以定量風險分析為手段，通
過整合對工藝危險性、設備可靠性和保護充分性
的定量分析，識別、評估安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全完整
性要求與能力的一種工程風險分析方法。安全完
整性技術與基于風險的檢測(RBI)以可靠性為中
心的維護(RCM)一同構成了基于風險資產管理
方法的重要內容，已在我國石化裝置中得到應用，
并取得較好的經濟與社會效益?。
安全完整性技術最初源于國際著名石化公司
的管理技術，1996年英荷殼牌石油公司(Shell)在
對下屬各大煉廠的管理技術進行深入總結后，推
出了《DEP 32．80．10．10一Classification and Imple．
mentation of Instrumented Protective Functions))(儀
表防護功能的分類與實現(xiàn))，提出了儀表安全功
能和完整性等級要求的相關概念。1996年美國
頒布ANSI／ISA$84．01-1996國家標準，用于指導
安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設計¨1，該標準于2003年被國際
電工學會所采納，并收入到新推出的流程工業(yè)安
全聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能安全標準IEC61511-2004
中一。。由于其在流程工業(yè)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能安
全方面的作用，2004年先后被美國、歐盟、新加坡
及挪威等國采納為國內標準，我國與IEC61511對
應的標準本地化工作于2007年完成p。。
2004年以來，SIL技術由合肥通用機械研究
院等單位引入我國，在國內石化公司及國家科技
部的項目支持下，率先開展了SIL技術在國內石
化裝置上的應用技術研究與工程示范。到目前為
止，由合肥通用機械研究院等單位聯(lián)合組成的課
題組已先后在國內鎮(zhèn)海煉化、茂名石、化、天津石
化、蘭州石化以及寧波工程公司等十多套裝置上
進行SIL技術應用。筆者對SIL技術在上述石化
裝置上的應用情況進行分析總結，并提出該技術
今后在我國石化裝置上的應用建議。
1 SIL技術應用
1．1 SIL技術應用情況簡介
國內最早應用SIL技術的是鎮(zhèn)海煉化100萬
t／a的I套加氫裂化裝置，該裝置是我國首套國產
化的加氫裂化裝置，年生產能力由最初設計時的
80萬t／a擴建而來。2005年，鎮(zhèn)海煉化與合肥通
用機械研究院、浙江工業(yè)大學與新加坡環(huán)球咨詢
及服務公司合作，利用IEC61511國際標準對首套
國產化的加氫裂化裝置的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)進行SIL
評估，并將評估結果應用于新建的150萬t／a的
Ⅱ套加氫裂化裝置上。2007年，針對I套加氫裂
化裝置開展的SIL評估完成后，提出了一系列針
對儀表系統(tǒng)及工藝設計等方面的建議(如循環(huán)氫
壓縮機聯(lián)鎖系統(tǒng)的配置、高低壓分離系統(tǒng)聯(lián)鎖的
設置、安全閥的選型以及循環(huán)氫分離系統(tǒng)換熱器
收稿日期：2012-09-04(修改稿)
萬方數(shù)據(jù)
化工自動化及儀表第39卷
的選型)，被新裝置設計方認可并采納。同年，由
中國石化科技開發(fā)部組織的技術鑒定會對項目進
行了鑒定，認為利用SIL技術提高了裝置運行的
安全性與經濟性，為新裝置聯(lián)鎖設計提供了參考
依據(jù)，該研究成果總體上達到了國際先進水平，并
建議在其他煉化裝置上推廣使用。
茂名石化有兩套高壓裝置，高壓聚乙烯裝置
的操作壓力高達290MPa，采用Basell的管式法合
成工藝。此前，該裝置的非計劃停車每年高達15
次，單次誤跳的經濟損失達600萬元。為確保新
建的Ⅱ號高壓聚乙烯裝置安全長周期的運行，茂
名石化委托合肥通用機械研究院對裝置開展了
SIL評估。2010年，課題組提出的改進建議在Ⅱ
號高壓裝置上應用，成功實現(xiàn)了裝置連續(xù)運行
200余天的長周期記錄”’。
除上述裝置外，SIL技術還在天津石化的加
氫裂化、聚丙烯裝置，鎮(zhèn)海煉化Ⅱ電站、Ⅳ電站
CFB鍋爐，蘭州石化的高壓聚乙烯裝置和由國內
某工程公司設計的川維石化、重慶化醫(yī)集團兩套
甲醇裝置上應用，并取得r良好效果。課題組還
參加了國內工程公司與國外專利供應商就聯(lián)鎖系
統(tǒng)方面的技術交流，指出存在過度設計、聯(lián)鎖安全
完整性等級過高等問題，已獲得專利供應商的認
可。此外，SIL技術作為單項技術在鎮(zhèn)海煉化的
合成氨裝置氣化爐聯(lián)鎖系統(tǒng)改造中發(fā)揮了作用。
目前，茂名石化新建180萬t／a加氫裂化裝
置、220萬t／a催化裂化裝置，武漢石化180萬t／a
加氫裂化裝置，鎮(zhèn)海煉化百萬噸乙烯裂解裝置，福
建聯(lián)合石化40萬t／a聚丙烯裝置也正開展SIL評
估。近年來，SIL技術在各類裝置中的應用情況
如圖l所示，涉及到的裝置既包括反應器，又包括
壓縮機、泵、料倉等設備以及緊急泄壓系統(tǒng)等保護
系統(tǒng)。
圖I SIL技術在各類裝置中應用
1．2聯(lián)鎖的安全完整性等級要求及現(xiàn)狀
依據(jù)課題組業(yè)已完成的評估項目進行的統(tǒng)計
(不包括新近完成的甲醇裝置及在研裝置)，共對
227個聯(lián)鎖回路開展了完整性評估，評估顯示聯(lián)
鎖回路中，安全不足與誤跳車過高的情況如圖2
所示。
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b．一般回路
圖2 安全不足與誤跳車情況
評估發(fā)現(xiàn)，在影響裝置安全或導致全裝置停
車的關鍵聯(lián)鎖回路中，約19％的聯(lián)鎖回路存在安
全無法滿足完整性要求(安全不足)的問題，而關
鍵聯(lián)鎖回路中誤跳車過高的比例為35％；一般聯(lián)
鎖回路中，安全不足的比例很低(4％)，誤跳車過
高的比例為27％。與國外同類裝置的比較顯示，
在評估范圍內，我國石化裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)存在的完
全不足為14％，略高于國外，而誤跳車的比例為
32％，低于國外的65％。
在全部被評估的聯(lián)鎖中，各類聯(lián)鎖回路要求
的SIL等級與可以達到的SIL等級分布如圖3所
示。圖3中絕大多數(shù)聯(lián)鎖回路的SIL等級要求均
在SILl級以下，安全完整性要求為SIL2一SIIA的
聯(lián)鎖回路僅為6．6％、4．2％、2．8％。在全部聯(lián)鎖
回路中，實際可達SILl的聯(lián)鎖回路數(shù)為58．1％，
達到SIL2、SIL3的聯(lián)鎖回路分別為25．2％、
7．1％，無任何聯(lián)鎖回路可以達到SIIA。這與
IEC61511標準中SIIA聯(lián)鎖回路不允許在一般流
程工業(yè)中使用的規(guī)定相吻合。圖3中要求為SILb
的聯(lián)鎖回路指的是已設置聯(lián)鎖回路，但無需由獨
立第三方進行評估的聯(lián)鎖回路，SILa已設置但無
需進行評估的聯(lián)鎖。
萬方數(shù)據(jù)
第lo期朱建新等．安全完整性技術(SIL)在我國石化裝置上的應用實踐及思考
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圖3 課題組評估的SIL等級
要求及滿足的情況比較
TUV認證的專家與Honeywell依據(jù)各自開展
的SIL技術應用實踐，分別給出了各自的聯(lián)鎖同
路SIL等級分布，與本課題組評估結果的對比如
圖4所示。TUV認證的專家是對煉廠1 229個
SIL評估結果進行統(tǒng)計。61，而Honeywell是依據(jù)對
392個聯(lián)鎖回路進行統(tǒng)計的"l。依據(jù)TUV的評
估結果統(tǒng)計，要求為SILl、SIL2的聯(lián)鎖回路分別
占83．2％、7．0％，部分已設置聯(lián)鎖回路但安全上
無需進行SIL評估的聯(lián)鎖占9．8％。若按課題組
評估發(fā)現(xiàn)，要求為SILb實際上已達到SILl的聯(lián)
鎖回路需計入要求為SILl的聯(lián)鎖回路中，其中要
求為SILl的聯(lián)鎖占65．3％，與TUV認證專家的
評估結果較為接近。該評估結果表明，絕大多數(shù)
聯(lián)鎖回路只要達到SILl即可滿足安全要求。在
Honeywell的評估中，要求為SILl—SIL4的聯(lián)鎖回
路分別為23％、27％、16％、2％．即聯(lián)鎖回路的安
全完整性要求普遍較高。
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等級分女i
圖4課題組的評估結果與TUV、
Honeywell評估結果的比較
1．3聯(lián)鎖回路完整性要求的分類統(tǒng)計結果
作為石化裝置中的重要設備，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)
在壓縮機系統(tǒng)與反應、分離、泄壓等系統(tǒng)中的應用
最為廣泛。課題組針對這兩類典型聯(lián)鎖回路的評
估結果進行了分類統(tǒng)計。
壓縮機系統(tǒng)(包括各類離心式、往復式壓縮
機)聯(lián)鎖回路要求的與實際達到的SIL等級如圖
5所示。由圖5可以看出，絕大多數(shù)聯(lián)鎖要求的
等級為SILl及以下，極少數(shù)要求為SIL2。而實際
k，大多數(shù)聯(lián)鎖均可以達到SILl甚至SIL2，這其
中包括部分要求為SILa或SILb的聯(lián)鎖回路。這
說明就誤跳車而言，壓縮機系統(tǒng)的聯(lián)鎖仍存在較
大的改進空間。
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圖5 壓縮機系統(tǒng)的SIL等級分布
圖6為其他機組(泵、風機、電機等)的SIL等
級分布，從圖6中仍可以看出絕大多數(shù)聯(lián)鎖均可
以達到SILl，而部分達到SIL2與SIL3的聯(lián)鎖主
要存在于CFB鍋爐的風機中，由于對CFB鍋爐而
言，引風機停機時爐膛可能出現(xiàn)正壓，因而設置了
多重保護(如鍋爐防爆膜等)，故聯(lián)鎖可達到較高
的等級。這種高要求的聯(lián)鎖回路實際是由于工藝
需要而非機組本體保護的需要，而大多數(shù)已設置
的聯(lián)鎖采用常規(guī)設計，一般均可以達到SILl級。
對于絕大多數(shù)設有備臺，安全能滿足完整性要求
的其他機組而言，在聯(lián)鎖方面有較大的誤跳車改
進空間，一是采用延時避免不必要的誤跳車，二是
在聯(lián)鎖邏輯上進行防誤跳車改進。
圖6 其他機組的SIL等級分布
與機組系統(tǒng)不同，反應、分離和泄壓系統(tǒng)的
SIL等級要求明顯要高(圖7)。圖7中要求為
SIL2～SIL4的聯(lián)鎖占全部聯(lián)鎖的44％，即近一半
的回路均屬于高SIL等級要求的聯(lián)鎖。從分布情
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萬方數(shù)據(jù)
1256 化工自動化及儀表第39卷
況看，雖然SILl—SIL3的聯(lián)鎖中，實際達到的比
例均高于要求的比例，但導致這一情況的原因是
部分SIL等級要求較高的聯(lián)鎖(如SIL4的聯(lián)鎖回
路)，由于配置等方面問題無法滿足要求，只能達
到相對稍低的等級(如S1L3)，因而導致實際情況
看似好于要求。分析發(fā)現(xiàn)，反應、分離和?|f}壓系統(tǒng)
是安全無法滿足要求的聯(lián)鎖的重要來源。
零
囂
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DCS SII．a SI!山SII．I SIL2 SIL3 S11．4
等級分女i
圖7反應、分離二泄壓系統(tǒng)的SIL等級要求
1．4代表性的問題
從總體評估情況看，實際裝置的聯(lián)鎖系統(tǒng)中，
相當比例的聯(lián)鎖存在不合理、安全無法滿足要求
或誤跳車過高的情況。從問題的根源看，設計過
程中考慮不周是導致出現(xiàn)這些問題的重要原因。
這其中有不少具有代表性的聯(lián)鎖問題，值得深思。
如某國產化的加氫裂化裝置的反應餾出物高
低分系統(tǒng)中，未設置避免高低分串壓的緊急切斷
聯(lián)鎖回路，依據(jù)操作規(guī)程，此類防串壓操作由操作
工完成。而經工藝計算發(fā)現(xiàn)，一旦儀表系統(tǒng)故障
(如閥門全開)，操作工接到液位報警至發(fā)生串壓
的時間為34．8s，即操作工根本無足夠的時間處
理故障。而低分上安全閥的選型不當(主要原因
為設計過程中對管流阻力的高估和對管道尺寸的
圓整放大)也是導致聯(lián)鎖安全完整性無法滿足要
求的重要原因。由于上述原因，本例中聯(lián)鎖的
SIL要求為SIIA，實際上根本無法滿足該安全要
求。該問題反映出采用新標準對老裝置進行SIL
評估可能出現(xiàn)的問題，另_方面也暴露出設計階
段考慮不足的問題。
某高壓聚乙烯裝置采用高壓管式反應法生產
聚乙烯，為避免乙烯的自分解，反應器上設置了大
量的聯(lián)鎖進行保護。由于儀表系統(tǒng)引起的裝置非
計劃停車過多，為確保裝置長周期運行，現(xiàn)場對發(fā)
生誤跳車而無法及時修復的傳感器采用旁路處
理。依據(jù)系統(tǒng)配置，反應器上相鄰的4個溫度傳
感器連入到同一塊輸入卡件中。由于I／O卡件選
型不合理，無法單獨旁路其中一路輸入信號，為確
保生產得以繼續(xù)．不得不對整塊卡件進行旁路，導
致反應器L連續(xù)40m無任何聯(lián)鎖保護設施。過
程安全分析表明，上述處理后，最壞情況發(fā)生時，
反應器上緊急泄壓閥將延遲13．6s開啟，此時聯(lián)
鎖已無法滿足安全完整性要求，具有極大的風
險¨1。該安全完整性不足的原因是聯(lián)鎖改造中的
安全問題。
某乙烯裂解裝置在試車過程中，裂解氣壓縮
機發(fā)生嚴重的高速反轉事故，致使該壓縮機的進
V1干氣密封嚴重損壞，導致重大的經濟損失并導
致裝置延期交付。分析事故原因發(fā)現(xiàn)，該型壓縮
機雖已設置了相應的聯(lián)鎖保護，但由于乙烯裂解
氣出LI的止回閥位置設置不合理，且聯(lián)鎖無足夠
的安全完整性等級以避免反轉事故的發(fā)生。事故
暴露出聯(lián)鎖設it‘與工藝相匹配的必要性，也反映
出工藝設計中存在的問題導致聯(lián)鎖的安全要求過
高的情況。類似的問題在某甲醇裝置的壓縮機中
仍然出現(xiàn)，值得深思。
除安全完整性不足外，誤跳車也是SIL技術
應用中的突出問題。某化工裝置采用環(huán)管反應器
生產聚合物，在主反應器前設置了小環(huán)管進行預
聚合，預聚合反應器內原料循環(huán)冷卻，反應生成的
低濃度聚合物再送人主反應器內進一步聚合，當
聚合物在小環(huán)管內發(fā)乍暴聚時，可能會導致用于
物料循環(huán)的循環(huán)泵過載燒壞。裝置設置了相應的
聯(lián)鎖以避免該問題的發(fā)生(即當檢測到暴聚發(fā)生
時，立即停泵以避免危險)，但由于聯(lián)鎖系統(tǒng)可能
存在誤跳車，導致循環(huán)泵在正常預聚過程中停止，
由于泵停運后循環(huán)冷卻將無法進行，部分區(qū)域的
反應熱無法撤出，直接后果是物料在小環(huán)管內發(fā)
生暴聚，堵塞小環(huán)管，一旦事故發(fā)生，小環(huán)管將長
時間無法投用。此處循環(huán)泵聯(lián)鎖的設置就存在嚴
重的誤跳車問題，誤跳車的后果甚至超過拒動作
的后果，此類聯(lián)鎖在化工裝置中具有代表性，是典
型的聯(lián)鎖應用問題。
某化工裝置采用國外專利技術，由天然氣制
甲醇。專利供應商為確保裝置建成后免責，對裝
置聯(lián)鎖的要求很高，并且規(guī)定建設過程中必須滿
足其提出的SIL要求，否則不保證裝置安全。研
究發(fā)現(xiàn)，該類裝置的200多個聯(lián)鎖回路中，要求為
SIL2的聯(lián)鎖占了50％以上，與課題組已開展過
們"如”加”Ⅲ，o
萬方數(shù)據(jù)
第10期朱建新等．安全完整性技術(SIL)在我國石化裝置上的應用實踐及思考
SIL評估的裝置和TUV的評估結果存在很大差
距。由于該聯(lián)鎖的要求很高，導致聯(lián)鎖中使用的
儀表不得不完全采購國外供應商提供的產品，并
且要求聯(lián)鎖設備經SIL認證。課題組匯同國內設
計方經過與國外專利供應商溝通，提出的降低聯(lián)
鎖SIL等級要求的建議得到國外專利供應商的認
可。
2若干問題討論
2．1 SIL技術與我國的技術規(guī)范、標準及法規(guī)的
不同
石化裝置的安全完整性等級技術作為一項在
國外備受關注，具有發(fā)展?jié)摿Φ牧鞒坦I(yè)安全技
術，近年來得到快速發(fā)展。IEC61511標準已在國
外很多工業(yè)發(fā)達國家成為事實上的強制標準，我
國與該標準對應的推薦國家標準也已于2007年
頒布。但總體而言，我國在SIL技術配套的相關
技術規(guī)范、標準及法規(guī)等方面存在滯后問題：
a．定量風險控制標準的缺乏使得SIL評估
的權威性與公正性受到影響。SIL技術體系中，
強調包括儀表安全聯(lián)鎖系統(tǒng)在內的保護措施的完
整性要求與定量風險控制目標相適應，并以此為
基準判斷聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全完整性。如新加坡制定
的風險控制要求規(guī)定，人員職業(yè)風險為1×10“／
人·年的范圍應嚴格控制在廠區(qū)范圍內；英國、荷
蘭、香港等國家或地區(qū)都制定了人員職業(yè)風險∽。。
根據(jù)我國近十幾年的職業(yè)風險統(tǒng)計，石化行業(yè)每
十萬人平均死亡人數(shù)為21．6，高于國外規(guī)定的風
險控制線¨?，但我國在人員職業(yè)風險方面并未設
定風險控制標準，一些針對石化裝置開展的SIL
技術評估不得不依據(jù)國外標準，影響了評估結果
的權威性與公正性。如某采用國外專利商工藝包
建設的化工裝置中，聯(lián)鎖系統(tǒng)的設計標準據(jù)稱采
用歐洲標準，裝置中聯(lián)鎖的等級普遍高于同類裝
置。而同樣由該專利商總承包的其他同類裝置
中，聯(lián)鎖的SIL等級卻普遍低于國內裝置?？梢?，
標準的采納已嚴重影響到裝置的成本控制與建成
后的長周期運行。
b．與SIL相關的產品可靠性評估和認證工
作嚴重滯后?？煽啃栽u估是SIL評估的基礎，如
何確保所評估的設備具有足夠的可靠性，必須依
賴于可靠性評估與認證。歐洲與美國的一些評估
機構已率先開展了產品的SIL認證工作，這些認
證與評估的數(shù)據(jù)是開展SIL技術應用的基礎性數(shù)
／
據(jù)。國內某采用國外專利商工藝包設計的大型裝
置中，外方明確提出了裝置安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的完整
性要求。依據(jù)該要求，所有用于聯(lián)鎖的設備均需
第三方進行SIL認證，僅該要求就把國內大量的
聯(lián)鎖系統(tǒng)設備供應商擋在門外。國內到目前為止
還沒有開展聯(lián)鎖設備SIL認證的機構，也無此類
可靠性認證規(guī)范。隨著安全可靠性要求的日益嚴
格，我國在聯(lián)鎖設備的制造領域將面臨更大的挑
戰(zhàn)。
c．SIL評估的法律地位。1996年國際儀表
學會(ISA)頒布ISA 84．01．1996標準后，該標準
被美國國家標準委員會(ANSI)采納為國家標準。
美國環(huán)保署和美國職業(yè)安全與健康管理局最終將
該標準認可為可接受的工業(yè)應用(Accepted In—
dustry Practice，OSHA 1910．119)，并確立了其法
律地位。自1997年3月以來，美國國內應用的安
全聯(lián)鎖系統(tǒng)必須依據(jù)該標準進行設計?。。英國
HSE(Health and Safety Executive)也將IEC61508
標準認可為一個良好的工業(yè)應用，確立了功能安
全評估標準的法律地位¨“。實際上，IEC61508／
61511標準已被APl521和ASME Code Case2211
認可為可接受的標準，具有相應的事實上的法律
地位¨3’14o。我國現(xiàn)行的有關承壓設備的法規(guī)體
系中，提出了設備檢驗的強制要求，但針對安全聯(lián)
鎖系統(tǒng)等安全控制系統(tǒng)并無相關的規(guī)定。由于缺
乏法規(guī)層面強有力的支持，是否開展SIL評估以
及是否將SIL評估結果付諸實施，主體責任全部
由裝置的管理部門承擔，這嚴重影響了SIL技術
的推廣和應用。
2．2 SIL技術在裝置設計階段的應用
依據(jù)國外一項研究成果，由于安全相關的控
制系統(tǒng)引起的事故中約44％的源于設計階段的
考慮不周¨5’“1。工藝不安全、設備的選型不合
理、聯(lián)鎖的充分必要性不明確、聯(lián)鎖的誤跳車無控
制要求以及聯(lián)鎖邏輯錯誤等都是導致聯(lián)鎖問題的
原因，因此在裝置的設計階段對聯(lián)鎖系統(tǒng)開展
SIL評估具有極其重要的意義。綜合業(yè)已開展的
評估發(fā)現(xiàn)，由于設計階段考慮不周引起的聯(lián)鎖系
統(tǒng)安全完整性不合理的原因可以歸為以下幾類：
a．工藝不合理或工藝設計錯誤。工藝問題
體現(xiàn)在工藝設計不當，導致聯(lián)鎖無法起到很好的
保護作用或聯(lián)鎖的SIL要求過高。如安全閥設計
排量不足導致防串壓聯(lián)鎖的安全完整性要求過高
萬方數(shù)據(jù)
1258 化工自動化及儀表第39卷
(達到SIL4)；壓縮機出口止回閥與壓縮機距離過
遠導致壓縮機防反轉聯(lián)鎖的SIL要求過高(SIL2
或更高)且起不到好的保護作用；加熱爐爐管出
口缺少止回閥導致爆管時物料反串，需要聯(lián)鎖進
行保護；高低壓分離器之間的換熱器設計壓力不
足導致串壓時下游安全閥起不到相應的保護作用
等。
b．不合理的聯(lián)鎖設計。不合理的聯(lián)鎖設計
在已評估的裝置中十分普遍，如合成氨氣化爐的
燃料油回流閥置于流量傳感器的下游，導致異常
情況下進入氣化爐的燃油真實流量過低而聯(lián)鎖無
法動作；管式反應器防飛溫聯(lián)鎖傳感器過度設計
導致誤跳車每年高達15次以上；主備泵中對一臺
泵的聯(lián)鎖旁路導致另一臺泵同時也被旁路而聯(lián)鎖
無任何報警；緊急泄壓聯(lián)鎖閥采用故障時關(FC)
的非故障安全型設置方式導致斷電或斷氣時無法
執(zhí)行緊急泄壓；裝置聯(lián)鎖的SIL要求普遍過高帶
來的成本增加及誤跳車過高等。
c．其他原因。除上述兩類原因外，還有一些
在設計階段由于其他問題(如聯(lián)鎖設備選型問
題、設備安裝問題)引起的聯(lián)鎖問題也值得深思。
如采用無法進行單通道旁路，只能進行整塊卡件
(每個卡件上設多通道)旁路的輸入輸出卡，或由
于無足夠安裝空問而使用帶切斷功能的調節(jié)閥作
為聯(lián)鎖閥等，都屬于此類問題。
依據(jù)IEC61511標準規(guī)定，聯(lián)鎖系統(tǒng)的設計任
務書包括的內容十分廣泛，涉及到聯(lián)鎖系統(tǒng)中包
括的聯(lián)鎖功能、聯(lián)鎖執(zhí)行的條件及原因、執(zhí)行成功
與否的標準、執(zhí)行的后果、聯(lián)鎖的等級要求、誤跳
車要求、冗余要求以及共因失效控制要求等很多
方面。但實際上在絕大多數(shù)情況下，我國在石化
裝置的建設過程中，未能嚴格按照IEC61511標準
的規(guī)定對聯(lián)鎖的設計提出詳細的設計任務書，使
得一些聯(lián)鎖中存在的問題被帶入到運行階段，以
至于裝置運行后不得不花費數(shù)倍的人力、物力來
解決聯(lián)鎖中出現(xiàn)的上述問題。因此，在裝置的設
計階段開展SIL評估是最有意義且最經濟的。
2．3 SIL評估建議的實施
開展聯(lián)鎖系統(tǒng)的SIL評估將形成涉及工藝、
設備、儀表和安全管理方面的改進建議和措施，如
何將這些建議、措施應用于實踐，決定了SIL技術
應用的效果。依據(jù)我國石化企業(yè)目前的運行現(xiàn)
狀，若要對SIL評估結果進行應用，必須經過由業(yè)
主、設計單位和管理部門的共同認可。但對于一
些早期建設的石化裝置，依據(jù)新頒布的標準實施
的評估形成的改進建議要獲得原設計單位的認
可，困難重重。特別是對涉及工藝改進、聯(lián)鎖改造
方面的建議，由于不同部門在改進建議實施過程
中承擔的責任與獲得的利益不同，更給改進建議
的應用帶來極大的障礙。
SIL是一種系統(tǒng)的評估方法，該評估結論的
獲得，凝聚了包括工藝、設備、儀表以及裝置日常
管理等專業(yè)的專家共同的智慧，形成的建議也充
分反映了各專業(yè)專家的意見，因而提出的改進建
議與措施具有很強的針對性與可操作性。如何使
改進建議在裝置上獲得順利實施，還需要探索相
應的機制。
2．4 SIL評估的軟件
開展SIL評估主要需要就裝置的危險性和風
險進行定量分析，依據(jù)裝置風險的可接受標準確
定聯(lián)鎖需要的SIL等級并依據(jù)聯(lián)鎖的設置和設備
的選型，計算聯(lián)鎖的可靠性。對于復雜的聯(lián)鎖系
統(tǒng)，不但需要就聯(lián)鎖的充分必要性進行工藝分析，
還需要就聯(lián)鎖的可靠性進行計算。由于SIL評估
涉及的范圍很廣，很難用一個軟件完成評估的全
過程。因此，到目前為止，絕大多數(shù)可用于SIL分
析的軟件一般只用于單一目的，如Exida開發(fā)的
exSILentia@軟件可用于聯(lián)鎖回路的可靠性計算；
SILAlarm@用于聯(lián)鎖報警的管理；Honeywell開發(fā)
的SafeCalc@只用于依據(jù)聯(lián)鎖的設置計算可靠
性。在開展SIL評估時，由于不同階段要使用不
同的軟件，數(shù)據(jù)傳遞和文檔管理十分復雜，加上軟
件的語言的限制，不利于國內SIL評估技術的發(fā)
展。
在石化裝置上開展多年SIL評估實踐的基礎
上，本課題組研發(fā)了國內首款具有自主知識產權
的SIL評估軟件——通用過程工業(yè)功能安全完整
性評估系統(tǒng)。該軟件集成了SIL分析、聯(lián)鎖可靠
性計算、保護層分析及標準符合性檢查等功能，是
目前為止集成度較高，且經過大量工程實踐驗證
的軟件。該軟件已在天津、蘭州、茂名及寧波等地
的石化裝置SIL評估中應用，表現(xiàn)出良好的性能，
可用于今后在國內石化裝置的SIL評估實踐中。
3 結論
3．1 在石化裝置上開展SIL評估表明，我國石化
裝置的代表性聯(lián)鎖回路中，普遍存在聯(lián)鎖安全完
萬方數(shù)據(jù)
第10期朱建新等．安全完整性技術(SIL)在我國石化裝置上的應用實踐及思考1259
整性不足與誤跳車過高問題。針對石化裝置開展
SIL評估對解決上述聯(lián)鎖中的問題具有切實作
用，從這個意義上說，SIL技術是提高石化裝置的
安全長周期運行水平的重要手段，建議進行推廣。
3．2在已開展的SIL評估實踐中，絕大多數(shù)聯(lián)鎖
的問題均可追溯到設計階段，可見在設計階段對
開展裝置的SIL評估是十分必要的。評估發(fā)現(xiàn)的
這些問題與IEC61511標準提出的在裝置設計階
段進行SIL評估的要求是一致的。一些在設計階
段遺留的問題，如工藝設計、設備選型等方面的考
慮不周將導致聯(lián)鎖要求的急劇上升，也給裝置建
成后聯(lián)鎖的改造帶來很大困難，因此建議在新建
裝置的設計階段開展大規(guī)模的SIL技術應用。
3．3 SIL技術在國外石化行業(yè)已獲得廣泛應用，
部分采用國外專利技術興建的裝置中，聯(lián)鎖的安
全完整性要求已不斷提高。在已經開展的SIL技
術應用中，充分吸收國外評估技術的優(yōu)點，對形成
我國的SIL技術體系及規(guī)范無疑提供了豐富的經
驗。建議我國盡快著手SIL的技術體系及規(guī)范方
面的工作，以建立符合我國特點，又與國外接軌的
SIL技術與法規(guī)體系，提高石化行業(yè)的整體競爭
力。
3．4 SIL技術的發(fā)展，不但要積極加強與國外權
威機構的交流，還需要針對我國石化的特點開展
細致的研究工作。建議政府監(jiān)管部門、主要石化
公司以及相關檢驗機構及學會組織等加強聯(lián)系，
就SIL技術成立相應的研究機構，引導國內SIL
技術的發(fā)展與應用。
本課題得到國家“十二五”科技支撐計劃項目
(2011BAK06802、2012BAKl3803)，安徽省國際科技合作
項目(08080703023)，安徽省自然科學基金項目
(11040606M106)，2009年安徽省博士后研究人員科研項
目，中國石化科技開發(fā)項目(311028)的支持。
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(下轉第1322頁)
萬方數(shù)據(jù)
1322
一?；ぷ詣踊皟x表第39卷
a$m(”nop”)；
Send7290(0x70，OxOd，0x07)；
／／ZLG7290B地址為70H，掃描位數(shù)寄存
器為0DH，顯示位數(shù)為1～8
for(k=0；k<=7；k++)
{XS=shuzi[k]；
Send7790(Ox70，DpRam+k，xs)；
}
PieCtrlRegs．PIEIERl．all=M—INT4；／／PIE級中斷
使能
IER J-M—INTl；／／CPU級中斷使能
EINT；／／使能全局中斷INTM
ERTM；
while(1)；
6結束語
現(xiàn)代測量對儀表的要求越來越高，智能儀表
系統(tǒng)可以配備多個通道，具有同時測量多種參數(shù)
或多個同類參數(shù)的功能。智能儀表的軟件與通用
微型計算機系統(tǒng)不同，通用微型計算機系統(tǒng)的命
令主要來自鍵盤或通信接口，而智能儀表不僅要
處理來自儀表按鍵、通信接1：3方面的命令實現(xiàn)人
機聯(lián)系，而且要有實時處理能力，即根據(jù)被控對象
的實時中斷請求，完成各種測量和控制任務。利
用DSP可以對數(shù)據(jù)進行快速分析和處理，實現(xiàn)多
通道測量和顯示。
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Data Acquisition System with Multi-channels Based on DSP
AI Hong
‘
(School ofAutomation，Beijing Information Science&amp;amp;Technology University，Beijing 100192，China)
Abstract The DSP—based multi·channel data acquisition and display system was expounded，and the memori．
zer circuit’s hardware connection diagram based on 12C bus was presented．including the timer module’s fre—
quency division principle，and the main idea for timer program design as well as the parameter setting of ADC
program design for data acquisition．
Key words data acquisition，timer，display，memorizer
(上接第1259頁)
Application Study on Safety Integrity Level Technology
in Chinese PetrochemicaJInstaIlations
ZHU Jian—xin，F(xiàn)ANG Xiang-rong，ZHUANG Li-jian，CHEN Xue-dong
(National Technical Research Center on Safety Engineering of Pressure Vessels
and Pipelines，Hefei General Machinery Research Institute，Hefei 230031，China)
Abstract Based on analyzing the safety integrity level(SIL)of 220一odd interlocking loops in 12 installations
in China，both SIL application and development at home were discussed，including the problems found in the
application．By analyzing the required and maximum achievable SIL of each SIF in petrochemical installations，
the fundamental causes of lacking safety integrity and the excessive malfunctions were presented，including the
discussion of typical problems which bothering the interlocking system of petrochemical units．
Key words safety integrity level(SIL)，engineering risk，lacking safety integrity，excessive malfunctions
l

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