如何理解SILa的概念和工程實(shí)施

范詠峰，唐彬

(1. 中科合成油工程有限公司，北京 100028；2. 天津市居安企業(yè)管理咨詢(xún)有限公司，天津 300200)

SILa的概念和實(shí)施方案一直存在較多的爭(zhēng)論，比如： 有人認(rèn)為SILa是風(fēng)險(xiǎn)圖法中的概念，不應(yīng)該用于保護(hù)層分析(LOPA)；有人認(rèn)為SILa沒(méi)有達(dá)到SIL1級(jí)別，這部分風(fēng)險(xiǎn)可以忽略；還有人認(rèn)為SILa要按照SIL1執(zhí)行。

本文從風(fēng)險(xiǎn)降低的目的出發(fā)，從方法論上分析SILa的概念。SILa代表現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)降低手段還沒(méi)有將初始風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受風(fēng)險(xiǎn)，還存在風(fēng)險(xiǎn)缺口，應(yīng)該重視這部分風(fēng)險(xiǎn)，需要時(shí)可以進(jìn)行“盡可能合理降低”原則ALARP(as low as reasonably practicable)分析，并需要考慮其他相關(guān)因素。比如有些行業(yè)或者企業(yè)規(guī)定如果后果嚴(yán)重程度為人身傷亡1～2人或者后果嚴(yán)重程度為更高，本著“以人為本”的原則，通常不采用ALARP分析減少風(fēng)險(xiǎn)降低措施，而是盡可能地將風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受水平。以此為原則，如果后果嚴(yán)重程度為人身傷亡1～2人，經(jīng)過(guò)LOPA分析得出進(jìn)一步安全措施的需求為SILa，這時(shí)應(yīng)切實(shí)地做好這部分風(fēng)險(xiǎn)降低的設(shè)計(jì)和實(shí)施，不應(yīng)忽略這部分風(fēng)險(xiǎn)。

1 風(fēng)險(xiǎn)的定義

風(fēng)險(xiǎn)是傷害發(fā)生的頻率與該傷害嚴(yán)重程度的組合。風(fēng)險(xiǎn)有兩個(gè)部分組成： 可能性/頻率，可能性越高，危險(xiǎn)越大；后果嚴(yán)重程度，嚴(yán)重程度越高，危險(xiǎn)越大。按照影響對(duì)象后果可以分為人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染、聲譽(yù)影響等。

降低風(fēng)險(xiǎn)的措施有： 降低事件發(fā)生的可能性，降低事件后果的嚴(yán)重程度，同時(shí)降低事件發(fā)生的可能性和后果嚴(yán)重程度。

風(fēng)險(xiǎn)分為廠外風(fēng)險(xiǎn)和廠內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)，HAZOP和LOPA分析中通常采用的是廠內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。不同國(guó)家、不同行業(yè)、不同企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)有所不同。

2 可容忍風(fēng)險(xiǎn)

沒(méi)有絕對(duì)的零風(fēng)險(xiǎn)，只有可容忍風(fēng)險(xiǎn)?？扇萑田L(fēng)險(xiǎn)指的是根據(jù)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展水平，在給定的范圍內(nèi)能夠接受的風(fēng)險(xiǎn)。可容忍風(fēng)險(xiǎn)細(xì)分為可容許風(fēng)險(xiǎn)和可忽略風(fēng)險(xiǎn)，這兩者風(fēng)險(xiǎn)之間的區(qū)域?yàn)锳LARP風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域?？扇萑田L(fēng)險(xiǎn)示例見(jiàn)表1所列。

表1 可容忍風(fēng)險(xiǎn)示例

3 “盡可能合理降低”原則

ALARP原則指在當(dāng)前的技術(shù)條件和合理的費(fèi)用下，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的控制要做到在合理可行的原則下“盡可能得低”。ALARP原則示意如圖1所示，按照ALARP原則，風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域可分為以下幾種：

1)不可接受的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。在該區(qū)域，除非特殊情況，風(fēng)險(xiǎn)是不可接受的。

2)允許的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)必須滿(mǎn)足以下條件之一時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)才是可允許的：

a)在當(dāng)前的技術(shù)條件下，進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)不可行。

b)降低風(fēng)險(xiǎn)所需的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降低風(fēng)險(xiǎn)所獲得的收益。

3)廣泛可接受的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。在該區(qū)域，剩余風(fēng)險(xiǎn)水平是可忽略的，一般不要求進(jìn)一步采取措施降低風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 ALARP原則示意

4 風(fēng)險(xiǎn)降低措施

風(fēng)險(xiǎn)降低措施通常通過(guò)獨(dú)立保護(hù)層實(shí)現(xiàn)，一些常見(jiàn)的獨(dú)立保護(hù)層如： 基本過(guò)程控制系統(tǒng)(BPCS)、報(bào)警及響應(yīng)、安全儀表功能(SIF)、安全閥、防火堤等。所有的環(huán)節(jié)均應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的要求。風(fēng)險(xiǎn)降低措施如圖2所示，安全閥同時(shí)具有預(yù)防措施和減緩措施兩種屬性。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)降低措施示意

5 確定安全完整性等級(jí)的方法

安全完整性是SIF達(dá)到規(guī)定安全功能的可能性的一個(gè)度量。一旦確定了目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)并估算了必要的風(fēng)險(xiǎn)降低，就能分配SIS的安全完整性要求。確定安全完整性等級(jí)的方法有多種，包括安全矩陣法、風(fēng)險(xiǎn)圖法、保護(hù)層分析法等。石油化工通常采用保護(hù)層分析法。

6 SILa的定義和標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求

6.1 SILa的定義

本文對(duì)于SILa的定義見(jiàn)表2所列。

表2 SILa的定義

6.2 標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求

6.2.1GB/T 21109中的相關(guān)描述

GB/T21109.3—2007《過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全 第3部分： 確定要求的安全完整性等級(jí)的指南》中附錄D半定性方法： 校正的風(fēng)險(xiǎn)圖中關(guān)于SILa的描述如圖3所示，其中，a表示無(wú)特殊安全要求且相當(dāng)于SILa；b表示單獨(dú)一個(gè)SIF是不夠的；C表示后果參數(shù)；F表示暴露時(shí)間參數(shù)；P表示避免危險(xiǎn)事件的概率；W表示在所考慮的SIF不存在時(shí)的每年發(fā)生危險(xiǎn)事件的次數(shù)；—表示無(wú)安全要求；1，2，3，4表示安全完整性等級(jí)。

圖3 通用型式的風(fēng)險(xiǎn)圖示意

GB/T 21109.3—2007中附錄E定性方法： 風(fēng)險(xiǎn)圖中GB/T 21109，DIN V 19250和VDI/VDE 2180之間的關(guān)系如圖4所示，AK1相當(dāng)于SILa。

圖4 GB/T 21109，DIN V 19250和VDI/VDE 2180之間的關(guān)系示意

6.2.2VDI/VDE 2180 Blatt1 Entwurf： 2018中的相關(guān)描述

有關(guān)SIL0的示意如圖5和圖6所示，SIL0相當(dāng)于SILa。

6.3 標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)要求的總結(jié)

雖然上述所列標(biāo)準(zhǔn)的要求不能和表2中關(guān)于SILa的定義完全對(duì)應(yīng)，但是方法論上和描述風(fēng)險(xiǎn)以及降低風(fēng)險(xiǎn)等方面是相通的，SILa只是一個(gè)代號(hào)，本文采用SILa來(lái)描述的安全功能故障值落在表2定義的區(qū)間對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)降低需求量。

7 需要SILa級(jí)別的風(fēng)險(xiǎn)降低措施的時(shí)機(jī)

LOPA等安全分析后得出的安全功能故障值處于表2定義的區(qū)間時(shí)，通常需要配置SILa級(jí)別的風(fēng)險(xiǎn)降低措施，除非經(jīng)ALARP分析后可以忽略這部分的風(fēng)險(xiǎn)降低需求。分析風(fēng)險(xiǎn)是否可接受的(Ft/Fnp)流程如圖7所示，其中，F(xiàn)t為后果可容忍頻率；Fnp為不考慮SIS保護(hù)的后果發(fā)生頻率(考慮SIS以外的其他保護(hù))，當(dāng)Ft/Fnp<1時(shí)需要進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 VDI/VDE 2180 Blatt1 Entwurf： 2018中關(guān)于SIL0的示意

圖6 VDI/VDE 2180 Blatt1 Entwurf： 2018風(fēng)險(xiǎn)圖關(guān)于SIL0的描述示意

8 SILa實(shí)施方案

SILa可以在BPCS或者SIS中實(shí)現(xiàn)，不需要滿(mǎn)足GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB/T21109.3—2007等標(biāo)準(zhǔn)，但需要滿(mǎn)足其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，比如BPCS，報(bào)警管理等標(biāo)準(zhǔn)的要求。在實(shí)際工程實(shí)施中應(yīng)注意以下的環(huán)節(jié)：

1)對(duì)于一個(gè)事故場(chǎng)景，BPCS不能提供保護(hù)兩次以上，最多只允許參與兩個(gè)獨(dú)立保護(hù)層，并且要求獨(dú)立于初始事件，如果BPCS參與了初始事件，BPCS只允許參與一個(gè)獨(dú)立保護(hù)層。如果BPCS已經(jīng)參與兩個(gè)獨(dú)立保護(hù)層或者參與了一個(gè)獨(dú)立保護(hù)層加初始事件，SILa不允許再由BPCS實(shí)現(xiàn)，SILa應(yīng)由SIS實(shí)現(xiàn)，或者經(jīng)ALARP分析后可以忽略這部分風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 分析風(fēng)險(xiǎn)是否可接受(Ft/Fnp)流程示意

2)對(duì)于一個(gè)事故場(chǎng)景，假設(shè)BPCS提供保護(hù)達(dá)到了兩次，并且其中一個(gè)保護(hù)為BPCS聯(lián)鎖，并且安全分析評(píng)估得出SILa，可以考慮將作為獨(dú)立保護(hù)層的BPCS聯(lián)鎖采用SIS實(shí)現(xiàn)。比如，BPCS聯(lián)鎖失效率取值0.1，安全分析評(píng)估得出的需求為0.5，可以考慮采用PFD=0.05的SIL1級(jí)別的SIS實(shí)現(xiàn)。

9 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)降低措施的分析和評(píng)估是為了將初始風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)圖3風(fēng)險(xiǎn)分為三個(gè)區(qū)域： 不可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域、ALARP風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域、廣泛可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

SILa和SIL1～SIL3沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，都應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)方法論，采取切實(shí)可行的風(fēng)險(xiǎn)降低措施，在ALARP風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域執(zhí)行ALARP分析原則確定需要采取的風(fēng)險(xiǎn)降低措施。有些公司針對(duì)人員傷亡、環(huán)境污染后果要求降低到廣泛可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，針對(duì)財(cái)產(chǎn)損失后果可以采用ALARP分析原則。

不經(jīng)分析就忽略SILa部分的風(fēng)險(xiǎn)降低是不正確的。不需要糾結(jié)SILa的概念和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)源依據(jù)，SILa只是一個(gè)代號(hào)，應(yīng)從方法論出發(fā)，正確理解風(fēng)險(xiǎn)降低的初心，在實(shí)際工程中應(yīng)注意和重視SILa部分的風(fēng)險(xiǎn)降低需求，應(yīng)針對(duì)SILa確定適合的風(fēng)險(xiǎn)降低實(shí)施方案。