安全仪表系统的功能安全评估研究

论文摘要

在工业过程控制领域,为了防止生产装置在危险状态下造成人身事故和减少环境污染,作为一种安全停车保护系统,并可进行潜在危险诊断的安全仪表系统正在被越来越广泛的使用。安全仪表系统是保障生产安全的重要措施,应能在危险发生时正确的执行其安全功能。但是由于系统结构、硬件、软件及周围环境等原因,安全系统本会在不该停车的时候误停车,或需要停车的时候不动作,结果直接造成人员伤亡和巨大的财产损失。因此,安全仪表系统的可靠性要高,并且在必须停车保护时应能确保正确动作。功能安全国际标准IEC61508和IEC61511出台后,有效的解决了上述问题,得到了流程工业、机械工业、交通等领域的广泛接受。标准提出了一种全新的保障安全的原理与方法,也为安全仪表系统的功能安全评估提供了指引。本文在功能安全国际标准的基础上,进行了如下几个方面内容的研究:(1)论述了功能安全标准的产生背景和功能安全的含义,分析了进行功能安全评估的必要性,通过对国内外功能安全评估现状的论述指出我国在进行功能安全评估的研究和应用方面的不足。(2)分析了功能安全评估和安全评价之间的关系,并提出在安全评价时进行安全完整性等级(SIL)分析,使其成为评估安全仪表功能的安全完整性等级的目标。(3)讨论了安全仪表系统的特点及其与基本过程控制系统的区别,突出对安全仪表系统进行功能安全评估的重要性。(4)本文根据整体安全生命周期的理论对三个阶段,即:分析阶段、实现阶段和运行阶段的功能安全评估内容进行了总结和分析。其中在分析阶段重点研究了适用于过程工业的安全评价方法,以及目标安全完整性的确定方法;在实现阶段重点研究了硬件随机故障和系统硬件故障的评估方法;在运行阶段对整体操作和维护,以及整体修改和改型的评估内容进行了总结和分析。(5)本文提出了在满足目标安全完整性时,除了对硬件安全完整性等级进行评估外,也要对系统安全完整性进行分析,并且通过分析以下三个方面的内容,即避免失效、系统故障的控制和沿用经使用证明的系统,来保证系统的安全完整性。

论文目录

• 提要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 功能安全评估的必要性
• 1.3 功能安全评估的研究现状
• 1.3.1 国外现状
• 1.3.2 国内现状
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 本章小结
• 2 安全仪表系统
• 2.1 安全仪表系统及其构成
• 2.2 安全仪表系统与基本过程控制系统
• 2.3 本章小结
• 3 功能安全评估基础
• 3.1 功能安全评估与安全评价的关系
• 3.2 关于功能安全评估中的一些基本概念
• 3.2.1 风险
• 3.2.2 安全完整性等级SIL
• 3.2.3 必要的风险降低和安全完整性的关系
• 3.2.4 风险降低因数和安全完整性等级
• 3.3 本章小结
• 4 功能安全评估的内容
• 4.1 分析阶段的功能安全评估
• 4.1.1 整体范围的定义和过程安全信息的获取
• 4.1.2 系统风险分析
• 4.1.3 整体安全要求的分析
• 4.1.4 安全要求的分配
• 4.2 实现阶段的功能安全评估
• 4.2.1 相应技术的确定
• 4.2.2 硬件安全完整性的评估
• 4.2.3 系统安全完整性的评估
• 4.2.4 安装、试运行和确认阶段的评估
• 4.3 运行阶段的功能安全评估
• 4.3.1 整体操作和维护阶段的评估
• 4.3.2 整体修改和改型的评估
• 4.4 本章小结
• 5 结论与前景展望
• 5.1 结论
• 5.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表的论文及参与的项目
• 详细摘要