如何規(guī)范安全儀表系統(tǒng)（SIS）在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘要：依照家安監(jiān)總局發(fā)布的《關(guān)于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》（安監(jiān)總管三【2014】116號）上的相關(guān)要求，分析了我國目前安全儀表系統(tǒng)管理上的現(xiàn)狀及存在的問題。通過對IEC65611安全生命周期各階段內(nèi)容說明，明確了安全儀表系統(tǒng)管理的基本程序。

關(guān)鍵詞：安全儀表系統(tǒng)；生命周期；危險化學(xué)品；SIL認證

近幾年來，全國安全生產(chǎn)形勢總體趨向好轉(zhuǎn)，但形勢依然嚴峻，問題依然突出，安全生產(chǎn)水平落后，安全儀表系統(tǒng)管理基礎(chǔ)薄弱。發(fā)生的重大化工（危險化學(xué)品）事故大都與安全儀表失效或設(shè)置不當有關(guān)。為加強化工安全儀表系統(tǒng)管理，防止和減少危險化學(xué)品事故發(fā)生，國家安監(jiān)總局發(fā)布了《關(guān)于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》（安監(jiān)總管三【2014】116號），對化工系統(tǒng)安全儀表系統(tǒng)工作的推進，提出了具體要求：

（1）從2018年1月1日起，所有新建涉及“兩重點一重大”的化工裝置和危險化學(xué)品儲存設(shè)施要設(shè)計符合要求的安全儀表系統(tǒng)。其他新建化工裝置、危險化學(xué)品儲存設(shè)施安全儀表系統(tǒng)，從2020年1月1日起，應(yīng)執(zhí)行功能安全相關(guān)標準要求，設(shè)計符合要求的安全儀表系統(tǒng)。

（2）企業(yè)應(yīng)在評估基礎(chǔ)上，制定安全儀表系統(tǒng)管理方案和定期檢驗測試計劃。對于不滿足要求的安全儀表功能，要制定相關(guān)維護方案和整改計劃，2019年底前完成安全儀表系統(tǒng)評估和完善工作。其他化工裝置、危險化學(xué)品儲存設(shè)施，要參照本意見要求實施。

（3）為響應(yīng)安監(jiān)總局的要求，各企業(yè)都在積極推進安全儀表系統(tǒng)的實施工作。但國內(nèi)化工系統(tǒng)安全儀表系統(tǒng)的建立這項工作也就這幾年才全面展開，基礎(chǔ)薄弱，認識水平低，專業(yè)人員缺乏。安全儀表系統(tǒng)管理工作大多只做了表面工作，其真正的內(nèi)涵及要求沒有理解清楚，以至于安全儀表系統(tǒng)在企業(yè)安全生產(chǎn)中起不到真正的保護作用，達不到預(yù)定的目標，不能將危險及損害減少到最小。

安全儀表系統(tǒng)管理是一個系統(tǒng)工程，提出了安全生命周期活動這種概念，將安全儀表系統(tǒng)管理貫穿到安全生命周期的各個階段，每個階段活動的內(nèi)容和目標都不一樣，直到安全儀表系統(tǒng)停運。所以說這項工作應(yīng)由一個團隊來完成，應(yīng)包含工藝、設(shè)備、評價、認證、設(shè)計、自控、安裝、維修、操作運行等專業(yè)，不是說有幾個設(shè)計或評價人員就可以完成，只有這樣，才能保證安全生命周期的內(nèi)容一是做了，二是做到位了，三是按合理的順序做的。

一、安全儀表系統(tǒng)（SIS）發(fā)展及現(xiàn)狀

在石油/天然氣開采運輸、石油化工、發(fā)電、化工等工業(yè)領(lǐng)域，安全儀表系統(tǒng)很早就被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)工藝及設(shè)備防護的特定場合。如緊急停車系統(tǒng)（ESD）、燃燒器管理系統(tǒng)（BMS）、火災(zāi)和氣體安全系統(tǒng)（FGS）、高完整性壓力保護系統(tǒng)（HIPPS）等的應(yīng)用，均以提高系統(tǒng)安全保護能力，降低安全事故損害程度為目的，將對生產(chǎn)設(shè)施、人員及環(huán)境的損害減少到最小。

隨著化工技術(shù)的發(fā)展，工藝過程越來越復(fù)雜，規(guī)模越來越大，安全要求越來越高，僅僅依靠自動化控制技術(shù)，已經(jīng)不能滿足安全生產(chǎn)的要求，建立一套以功能安全為核心的安全管理體系成為必然。目前，安全儀表系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)的過程控制概念中脫穎而出，并與基本過程控制系統(tǒng)（如DCS）并駕齊驅(qū)，成為自控領(lǐng)域的一個重要分支。

為了確保安全儀表系統(tǒng)的功能得到切實執(zhí)行，功能安全的相關(guān)研究誕生了。

近年來，歐美發(fā)達國家都在致力研究解決安全儀表系統(tǒng)的功能安全問題，均發(fā)布了一系列功能安全相關(guān)標準。1996年美國儀器儀表協(xié)會首先完成一個關(guān)于過程工業(yè)安全儀表系統(tǒng)的標準ANSI/ISA-S84.01〔1〕。但隨著國際電工委員會在1998年出臺了功能安全國際標準IEC61508；2003年發(fā)布了適合于過程工業(yè)的國際標準IEC61511，安全儀表系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的標準逐步得到統(tǒng)一。

該標準是功能安全的通用標準，是行業(yè)制訂功能安全標準的基礎(chǔ)，好多國家都將它作為自己的國家標準或在它基礎(chǔ)上完善了自己的標準。我國分別于2006年、2007年分別發(fā)布了等同IEC61508/ IEC61511的GB/T20438/GB/T21109〔2〕〔3〕標準，這些標準對系統(tǒng)的安全功能提出了要求，但沒有明確具體實施的方法和步驟。

化工生產(chǎn)的特點多年來一直是“高溫、高壓、高技術(shù)，易燃、易爆、易中毒”，系統(tǒng)復(fù)雜，控制要求高，易發(fā)生事故。隨著國家安監(jiān)部門對化工企業(yè)安全管理力度的加強，技術(shù)要求的提高，企業(yè)對安全生產(chǎn)的重視程度越來越強，安全設(shè)施逐步得到完善。在自動化程度得到提高的同時，安全儀表系統(tǒng)也進一步得到完善。安全儀表系統(tǒng)所包含的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、緊急停車系統(tǒng)和有毒有害、可燃氣體及火災(zāi)檢測保護系統(tǒng)等都投入運行，對確保企業(yè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運行起到了重大作用。但不可否認，我們的安全儀表系統(tǒng)管理工作起步較晚，還處于初級階段，還有許多需要進一步完善的地方，離IEC61508/IEC61511標準的要求還有很大差距。如缺乏具體的實施步驟及驗收標準；對設(shè)計、認證機構(gòu)的工作內(nèi)容及要求標準不明確；專業(yè)人員缺乏，一些工作還多局限在表面現(xiàn)象。正如國家安監(jiān)總局116號文所要求的：“隨著我國化工裝置、危險化學(xué)品儲存設(shè)施規(guī)模大型化、生產(chǎn)過程自動化水平逐步提高，同步加強和規(guī)范安全儀表系統(tǒng)管理，十分緊迫和必要。〔4〕”

二、安全儀表系統(tǒng)生命周期及內(nèi)容

（一）安全儀表系統(tǒng)定義

安全儀表系統(tǒng)（SAFEty Instrument System，SIS）是用來實現(xiàn)一個和多個安全儀表功能的控制系統(tǒng)。

它是由傳感器、邏輯控制器、最終執(zhí)行元件組成。當工藝控制參數(shù)達到或超過預(yù)定的設(shè)置值時，按照預(yù)先設(shè)置的程序動作，將工藝過程或生產(chǎn)裝置置于安全狀態(tài)。防止危險的發(fā)生或減輕事故后果，最終保證人員、設(shè)備和環(huán)境的安全。

（二）IEC61508與IEC61511的內(nèi)容

1EC61508是一個適合于各個工業(yè)領(lǐng)域的標準，而1EC61511是基于過程工業(yè)行之有效的工程實踐制定的功能安全標準，側(cè)重于行業(yè)應(yīng)用。

對于安全儀表系統(tǒng)的設(shè)備，1EC61511只提出外在性能指標要求，如可靠性、安全完整性、硬件故障裕度、診斷覆蓋等，并沒有對設(shè)備研發(fā)和制造做出要求。

因此對于設(shè)備制造商來說，開發(fā)產(chǎn)品應(yīng)遵循1EC61508的相關(guān)規(guī)定，而對于設(shè)計院、安裝單位、最終用戶來說，則應(yīng)遵循IEC61511的要求，如圖1

1EC61511是IEC發(fā)布的一個基于1EC61508的特定行業(yè)—過程工業(yè)的功能安全標準，適合于過程工業(yè)的廣泛領(lǐng)域應(yīng)用，如化工、石油/天然氣開采及儲運、發(fā)電等行業(yè)。它所體現(xiàn)的管理理念，代表了當今過程工業(yè)功能安全最好的應(yīng)用實踐活動，有非常高的應(yīng)用價值。

從IEC61508/ IEC61511標準產(chǎn)生的背景可以看出，企業(yè)積累的應(yīng)用理論和工程規(guī)范，成就了國際標準；反過來，標準的發(fā)布，又在更高層次上，促進了業(yè)界的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

IEC61511標準采納了一個關(guān)鍵條款“宗親條款”對實際應(yīng)用非常有意義?！白谟H條款”的含義是：對于按照以前的標準規(guī)范和工程實踐設(shè)計、建造的、已經(jīng)存在的安全儀表系統(tǒng)，業(yè)主可以通過以下兩方面確認“設(shè)備是以安全的方式設(shè)計、維護、校驗、測試和操作”。

①確認進行了危險和風(fēng)險分析，以定量的或定性的方式，確定原來SIS中的每個SIF達到新標準中所要求的風(fēng)險降低水平要求。

②確認對已經(jīng)存在的SIF進行了評估，確定它們滿足了所需要的風(fēng)險降低要求。

通過以上兩方面確認，再滿足IEC61511標準給出的“經(jīng)驗使用”的選型原則，原來存在的安全儀表系統(tǒng)就符合IEC61511標準的要求，可以繼續(xù)使用。

這對于已經(jīng)運行很多年的系統(tǒng)來說是個利好的消息，我們可以對已存在的安全儀表系統(tǒng)重新進行確認、驗收、審計、完善，只要滿足IEC61511標準的要求，就沒必要另外上一套安全儀表系統(tǒng)，這將大大減少企業(yè)的負擔。

（三）IEC61511標準的安全生命周期及內(nèi)容

1.安全生命周期

安全生命周期（SLC）是指從項目設(shè)計階段開始，到SIS使用結(jié)束，這樣一個時間周期內(nèi)，與執(zhí)行安全儀表功能有關(guān)的所有發(fā)生的必要活動。IEC61511標準的安全生命周期包括三個大的階段活動：分析、工程實施、操作運行。如圖2所示

2.安全生命周期內(nèi)容

IEC61511標準的安全生命周期主要分十個階段，每個階段都有相應(yīng)目的。

（1）危險和風(fēng)險分析。確定工藝流程及其相關(guān)設(shè)備存在的風(fēng)險和危險事件、導(dǎo)致危險事件的事件順序、與危險事件相關(guān)的原因、風(fēng)險降低要求，以及為取得必要風(fēng)險降低所要求的安全功能。

（2）將功能安全分配到保護層。對每個安全儀表功能確定相應(yīng)的安全完整性等級。

（3）SIS安全要求規(guī)格書。指定每個SIS所要求的安全儀表功能，以及為取得所要求的功能安全，每個安全儀表功能相應(yīng)的安全完整性要求。

（4）SIS的設(shè)計和工程。設(shè)計SIS系統(tǒng)，滿足安全儀表功能及安全完整性要求。

（5）SIS的安裝、調(diào)試、驗證、審計。SIS的集成并測試。確認SIS系統(tǒng)滿足安全儀表功能及安全完整性要求。

（6）SIS操作及維護。在SIS操作和維護期間，確保SIS保持安全功能。

（7）SIS修改。對SIS進行修改、功能完善。確保安全完整性等級達到要求并保持不降低。

（8）停用。確保由相應(yīng)的管理部門或組織對氣進行全面的審查，并保證停用不會對安全保護造成影響。

（9）SIS確認。對特定階段的輸出進行測試和評定，確保本階段的成果與本標準提示的該階段輸入保持一致，并正確無誤。

（10）SIS功能安全評估。對SIS達到的功能安全水平進行調(diào)研、評審。

在安全儀表系統(tǒng)的生命周期內(nèi)，每個階段都有相應(yīng)的目的、要求以及為滿足要求所采取的辦法，我們應(yīng)嚴格按照這些要求去做。

三、安全完整性等級（SIL）認證

（一）安全完整性等級

在規(guī)定的狀態(tài)和時間周期內(nèi)，SIS圓滿完成所要求的安全儀表功能的平均概率被稱為安全完整性。

安全完整性等級越高，其執(zhí)行所要求的功能安全失效的概率就越低。安全完整性等級（SIL）一般分四級，SIL1為最低安全完整性等級，SIL4為最高級安全完整性等級，包括對產(chǎn)品和對系統(tǒng)兩個層次。

安全完整性等級的劃分，為工程設(shè)計和SIS設(shè)備選型提供基準。在工程實踐中，我們可以采用較低的SIL系統(tǒng)配置較高的SIL要求的SIF。如將兩個SIL1的系統(tǒng)并聯(lián)，可滿足SIL2的功能要求。

（二）SIL認證

SIL認證就是基于IEC 61508， IEC 61511， IEC61513， IEC 13849-1， IEC 62061， IEC 61800-5-2等標準，對安全設(shè)備的安全完整性等級（SIL）進行評估和確認的一種第三方評估、驗證和認證。

功能安全認證主要涉及針對安全設(shè)備開發(fā)流程的文檔管理（FSM）評估，硬件可靠性計算和評估、軟件評估、環(huán)境試驗、EMC電磁兼容性測試等內(nèi)容。

SIL認證首先要確保認證機構(gòu)有相應(yīng)的認證資質(zhì)，有資質(zhì)的才擁有相應(yīng)的認證資格，國內(nèi)目前有很多SIL認證機構(gòu)，掛著SIL認證的名義，實則無認證相關(guān)資質(zhì)，導(dǎo)致認證結(jié)果不能做到真實有效，對后續(xù)工作的開展影響很大。

國內(nèi)SIL認證比較熟知的有：德國萊茵TüV集團、上海所、北京所、法國BV等機構(gòu)。

認證機構(gòu)所出具的SIL認證證書必須規(guī)范準確，內(nèi)容全面。至少包含以下五方面內(nèi)容。

①認證產(chǎn)品名稱；

②認證產(chǎn)品等級；

③認證參考的標準；

④認證產(chǎn)品類別；

⑤認證產(chǎn)品重要參數(shù)等。

在驗收、審計階段，一定要對證書上提供的參數(shù)逐一確認，杜絕虛假數(shù)據(jù)，以確保SIF安全功能的實現(xiàn)。

四、結(jié)論

安全儀表系統(tǒng)（SIL）管理是個系統(tǒng)工程，涉及面廣、層次深、周期長，需要有一系列技術(shù)標準和認證體系支撐，與原來的單一的聯(lián)鎖保護系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別，將事故的預(yù)防及控制定量化。

其本質(zhì)是通過加強管理，提高SIF的可靠性，達到安全功能的實現(xiàn)，將安全事故的發(fā)生及造成的損害減少到最小。

目前雖然基礎(chǔ)薄弱，但我們應(yīng)該提高認識水平，加強管理，規(guī)范程序，杜絕弄虛作假，真正將化工安全儀表系統(tǒng)管理水平提高一個新的高度。

（作者單位：陽煤豐企集團臨猗分公司）

作者簡介：陳社有，1965年生，男，工程師，學(xué)士，畢業(yè)于山西大學(xué)物理系，研究方向：煤化工技改及生產(chǎn)管理等。

參考文獻

[1]張建國.安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應(yīng)用[M].中國電力出版社，2010.

[2]電器/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全[S]GB/T20438.

[3]過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全[S]GB/T21109.

[4]《關(guān)于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》安監(jiān)總管三，2014.