流程風險分析和安全儀表系統設計

關鍵字
流程風險分析晦了，安全完整性等級，安全儀表系統，風險評估

Keywords
Process Hazard Analysis, Safety Integrity Level, Safety Instrument System, Risk Assessment

摘要
為了實施新的安全設計技術谒府，需要很多對風險的定量和可靠性評估方法。傳統流程危險分析方法集中于危險的識別浮毯，使用對風險評估定性的方法完疫。最近頒布的國際標準IEC 61508泰鸡，提供了流程危險分析和風險評估的一種新方法。

Abstract
In order to implement these newer design techniques, more quantitative methods of risk and reliability assessment are required. Traditional process hazard analysis methods focus on hazard identification with a qualitative approach to risk assessment. A recently released international standard, IEC 61508, provides a new method of process hazard analysis and risk assessment.

危險分析和風險評估

ISA S84 和 IEC 61508 標準中的一個關鍵步驟是危險分析和風險評估躯饿。前面的文章已經討論了美國主要安全與健康局的流程安全管理的重要性障翼，以及為什么流程危險分析是流程安全管理的重要部分。因為很多公司已經習慣使用傳統的流程危險分析（PHA）方法犯弯，他們自然而然也把它們使用到危險分析和風險評估中谚茅，并做為使用新 ISA 和 IEC 標準的基礎。這樣做通常會在工業(yè)中引起很多混亂意澡。

危險分析和風險評估承擔了三個主要任務：危險的識別昙椭、風險的評價和工程及管理控制在就地減輕風險的評估。美國職業(yè)安全和健康局推薦下列方法用于危險的評估：

   ·如果...怎么辦（What If）蒜丙；
   ·核對清單（Checklist）因饥；
   ·如果...怎么辦 / 核對清單（What If/ Checklist）；
   ·危險和可操作研究（HAZOP）溯童；
   ·失效模式和影響危險分析（FMECA）请立；（更適合個人進行工作）
   ·失效樹分析（FTA）；
   ·其他適用的方法如：安全完整性等級的流程危險分析（PHASIL）求馋。

危險評估

在北美捐憔，大多數流程運行使用如果…怎么辦 / 核對清單或者危險和可操作研究的方法。上面的每種方法都有它們自己識別危險的優(yōu)勢迫筑√舜螅基于使用者的經驗，下列表格總結了每種美國職業(yè)安全和健康局流程安全管理方法的優(yōu)點和缺點铣焊。

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風險分析

使用上述介紹的流程危險分析方法（如：如果…怎么辦逊朽，危險操作可操作性研究等）來評價風險，在可能性和事件結果的定性方面還可以曲伊。典型的可能性定義為：頻繁叽讳、可能、偶然坟募、稀少岛蚤，或者從結果嚴重性定義為：忽略、容忍懈糯、臨界涤妒、嚴重或者災難。這些概率和結果的結合能夠組成一幅關于每種事件重要性排列的矩陣圖赚哗。這種定性的風險分析方法是非常簡單的她紫，容易由現場人員實施。

新的 ISA 和 IEC 標準需要一個半定量的風險分析妈唯，做為對危險和風險評估的主要依據泣幼。在 ISA 和 IEC 分析框架內飘含，可靠性要求（SIL）決定安全儀表系統。因為風險評估和安全裝置評價包含在一個傳統的流程風險分析之內几垃，是定性的鼓笨，使用標準技術去評價 SIL 是非常困難的。

安全裝置分析

美國職業(yè)安全與健康局流程安全管理的要求之一是流程危險分析針對“工程和管理控制可應用危險和控制失效結果”劈狼。很多傳統的流程危險分析技術沒有提供評估“控制失效結果”的方法锰胀。IEC 和 ISA 標準本質上是基于“控制失效結果”的評估，這樣的話它們需要知道安全儀表系統是怎樣的可靠（比如：SIL 的值）艺崔。

傳統危險可操作性分析中的一個缺點涣疑，或者任何其他已介紹的分析，多重失效的問題沒有被明確地考慮真王。比如，壓力調節(jié)器的失效在容器中增加壓力安揣，但壓力變送器也許失效發(fā)送了一個信號到 PLC 執(zhí)行一個進氣閥的高壓停車街立。在一個危險操作性分析、或其他已介紹的分析中埠通，安全裝置系統的二次失效概率僅是暗示可能要額外增加安全裝置赎离。這樣問題就轉換成：有沒有一種分析控制失效的有效性方法？－特別是安全儀表系統端辱。

在保守的方法中梁剔，如假設所有安全裝置已失效是不合理的，因為風險降低是對安全儀表系統的要求舞蔽，要么超過要求要么沒有達到要求荣病。

IEC 標準因此提供了一個全面而有用的方法，用于風險分析和安全裝置評估渗柿。實際上 IEC 標準需要用戶在沒有安全裝置的現場評價風險个盆。風險因此能夠基于啟動事件的概率結合所有事件的結果，而這是一個傳統的危險和運行研究/分析后續(xù)要完成的朵栖。這是合理的颊亮，因為如果在現場沒有安全裝置，事件結果完全可能會出現陨溅。這種分析方法有兩個主要優(yōu)點：

1. 啟動事件的概率是非常容易確定的终惑。設備的典型失效率、人員出錯率和外部事件概率是可以得到的健十。

2. 沒有任何安全裝置的風險是安全裝置（工程和管理控制）試圖要減少的所有風險诊拦。

保護層

一旦所有風險已經確定，為了評價安全裝置是否減少了風險织娶，對它們需要確定和分析酌铺。

對于安全工程師散岩，有很多可使用的安全裝置。經常提到是有多個獨立保護層（IPL）辕洗，它們可以滿足某個標準并吸收至少一個數量級（SIL 1）的風險萌圣。代表性的有六個類型的獨立保護層，包括：

   · 管理控制（比如維護和操作程序）趋亡；
   ·報警和操作員低海；
   ·基本流程控制系統；
   ·緊急剎車系統（安全儀表系統）挪其；
   ·主動機械保護（泄流閥顿蝇，閃光系統，滅火系統）什猖；
   ·被動機械保護（堤防票彪，防火墻，設備保護裝置）不狮；
   ·緊急響應程序降铸。

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風險降低和可靠性評估

為了把風險減少到可容忍的水平，各自的保護層必須根據它們的風險降低效力或者可靠性進行評價摇零。一個保護層的可靠性包括很多因素推掸，諸如響應時間、緩解效能驻仅、和平均失效時間谅畅、測試間隔、獨立性和公共發(fā)生因數噪服。

ISA 和 IEC 標準允許每個保護層被指定一定量級的風險降低毡泻。保護層的可靠性因此需要對特定的保護層能吸收多少風險進行估計。IEC 標準一般要求任何設備吸收的一個風險水平要大于一個數量上評價的數量級（SIL 1）粘优。這意味著基本流程控制系統牙捉、管理程序和機械控制一般僅有一個數量級的風險降低水平或者一個 90%以上的成功機會。對于這些 SIL 1妆吱，有個簡單的定性分析用于評價這個安全裝置是否是真正的獨立保護層橘凿。

一旦保護層提供的基本流程控制系統、管理程序和機械控制應用于假定的事件啃端，然后進行剩余風險的評價寡络。為了滿足可容忍風險等級，這個剩余風險也必須要減緩含口。
增加另外的保護層如：一個壓力安全閥（PSV）或者安全儀表系統（SIS）來達到新的要求述搀。風險分析因此提供了一個方便的方法，按安全完整性等級的要求模皱，直接對一個安全儀表系統評價恰避。一旦得到一個安全完整性等級颅蟹，就可以進行一個可靠性評估，驗證特定的安全儀表系統配置是否滿足可靠性（SIL）的要求获殉。定量可靠性評估方法的例子是 ISA 技術報告和 IEC61508 標準中的詳細內容令消。

結論

傳統流程危險的分析方法今天仍然適用，用于定性的危險識別和風險評估轩鸭。由基于性能標準的驅動陋住，企業(yè)在流程運行設計中，朝向基于風險降低和可靠性來使用安全儀表系統墨闲。為了實施這些新方案今妄，需要使用嚴格的評估方法，確保設備中的潛在危險能夠控制在可接受的水平內鸳碧。這使得在現在設計參數時有很大的靈活性和可靠性盾鳞，我們應選擇“適合目標”，而不是“最佳實踐”瞻离。

最近頒布的國際標準腾仅，IEC 61508，已經展示了其更先進的流程危險分析和風險評估方法琐脏。這是一種高品質的流程危險評估風格攒砖，即可以用于流程危險分析缸兔，也可以用于減弱風險安全裝置的集成日裙。這種方法使用半定量風險評價技術，結合一種定量可靠性評估惰蜜。這種新方法的關鍵是風險評價與安裝裝置的可靠性評估分開昂拂。使用這種方法，多個安全裝置失效的貢獻能夠同時有效地檢查推讽。這種方法也導致安全儀表系統設計逻富，以最佳性價比的方式，滿足真正風險降低的要求路槐。

作者：羅克韋爾自動化（中國）有限公司華镕

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