安全儀表系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用（第二版）

1概述（1）
1.1安全儀表系統(tǒng)（2）
1.2本書(shū)服務(wù)對(duì)象（3）
1.3本書(shū)意圖（3）
1.4業(yè)界的困惑（4）
1.4.1技術(shù)選擇（5）
1.4.2冗余選擇（5）
1.4.3現(xiàn)場(chǎng)儀表（5）
1.4.4測(cè)試周期（5）
1.4.5廠商宣傳（6）
1.4.6認(rèn)證與早先使用（6）
1.5工業(yè)指南、標(biāo)準(zhǔn)以及法規(guī)（6）
1.5.1HSE-PES（7）
1.5.2AIChE-CCPS（7）
1.5.3IEC 61508（7）
1.5.4ANSI/ISA-84.00.01—2004（IEC 61511 Mod）和
ANSI/ISA-84.01—1996（8）
1.5.5NFPA 85（8）
1.5.6API RP 556（9）
1.5.7API RP 14C（9）
1.5.8OSHA（29 CFR 1910.119-高危險(xiǎn)化學(xué)品的過(guò)程安全管理）（9）
1.6標(biāo)準(zhǔn)制定思路的變化（11）
1.7不能僅憑感覺(jué)（12）
1.8自滿是危險(xiǎn)的（13）
1.9學(xué)習(xí)永無(wú)止境（14）
小結(jié)（14）
參考文獻(xiàn)（15）
2安全生命周期（16）
2.1后知后覺(jué)與先知先覺(jué)（17）
2.2HSE的調(diào)查結(jié)果（18）
2.3安全生命周期（20）
2.3.1危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)分析（21）
2.3.2將安全功能分配到保護(hù)層（21）
2.3.3編制安全要求規(guī)格書(shū)（22）
2.3.4SIS設(shè)計(jì)和工程（22）
2.3.5安裝、調(diào)試及確認(rèn)（23）
2.3.6操作和維護(hù)（23）
2.3.7修改（24）
2.3.8停用（24）
小結(jié)（24）
參考文獻(xiàn)（24）
3過(guò)程控制與安全控制（26）
3.1控制和安全定義（27）
3.2過(guò)程控制的特征——主動(dòng)的或動(dòng)態(tài)的（28）
3.2.1需要頻繁更改控制方式（28）
3.3安全控制的特征——被動(dòng)的或休眠的（29）
3.3.1需要限制更改（30）
3.3.2要求模式與連續(xù)模式（30）
3.4控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)分別設(shè)置（30）
3.4.1HSE-PES（31）
3.4.2AIChE-CCPS（31）
3.4.3IEC 61508（32）
3.4.4ANSI/ISA-84.00.01—2004（32）
3.4.5API RP 14C（33）
3.4.6API RP 554（34）
3.4.7NFPA 85（34）
3.4.8IEEE 603（34）
3.5共因失效與系統(tǒng)或功能失效（35）
3.5.1人力因素（36）
小結(jié)（37）
參考文獻(xiàn)（37）
4保護(hù)層（39）
4.1預(yù)防保護(hù)層（42）
4.1.1工藝裝置設(shè)計(jì)（42）
4.1.2過(guò)程控制系統(tǒng)（43）
4.1.3報(bào)警系統(tǒng)（43）
4.1.4操作規(guī)程（44）
4.1.5停車、聯(lián)鎖儀表系統(tǒng)（安全儀表系統(tǒng)——SIS）（45）
4.1.6物理保護(hù)措施（45）
4.2減輕保護(hù)層（45）
4.2.1封閉系統(tǒng)（45）
4.2.2洗滌設(shè)備和火炬（46）
4.2.3火氣（F&G）系統(tǒng)（46）
4.2.4緊急疏散程序（47）
4.3差異化措施（47）
小結(jié)（48）
參考文獻(xiàn)（49）
5編制安全要求規(guī)格書(shū)（50）
5.1概述（51）
5.244%的事故歸咎于不正確的技術(shù)要求規(guī)格書(shū)（51）
5.2.1管理系統(tǒng)（52）
5.2.2工作程序（53）
5.2.3評(píng)估的時(shí)間安排（53）
5.2.4核心人員參與審查過(guò)程（54）
5.2.5職責(zé)不明（54）
5.2.6培訓(xùn)和工具（54）
5.2.7復(fù)雜性和不切實(shí)際的預(yù)期（54）
5.2.8文檔不完整（55）
5.2.9規(guī)格書(shū)最終審查不到位（57）
5.2.10規(guī)格書(shū)中存在未被認(rèn)可的背離（57）
5.3ANSI/ISA-84.00.01—2004(IEC 61511 Mod)第1~3部分的要求（57）
5.4規(guī)格書(shū)文檔要求（59）
小結(jié)（59）
參考文獻(xiàn)（60）
6確定安全完整性等級(jí)（SIL）（61）
6.1概述（62）
6.2責(zé)任主體（63）
6.3技術(shù)方法（63）
6.4共性問(wèn)題（64）
6.5評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)（64）
6.5.1危險(xiǎn)（64）
6.5.2風(fēng)險(xiǎn)（65）
6.5.3致死率（65）
6.5.4現(xiàn)代社會(huì)的內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)（66）
6.5.5自愿風(fēng)險(xiǎn)與非自愿風(fēng)險(xiǎn)（67）
6.5.6可容忍風(fēng)險(xiǎn)（68）
6.5.7過(guò)程工業(yè)可容忍風(fēng)險(xiǎn)（68）
6.6安全完整性等級(jí)（70）
6.7SIL定級(jí)方法1——合理盡可能低的原則（ALARP)（71）
6.8SIL定級(jí)方法2——風(fēng)險(xiǎn)矩陣（72）
6.8.1評(píng)估頻率（73）
6.8.2評(píng)估嚴(yán)重性（73）
6.8.3評(píng)估整體風(fēng)險(xiǎn)（74）
6.8.4附加保護(hù)層的有效性（74）
6.9SIL定級(jí)方法3——風(fēng)險(xiǎn)圖（76）
6.10SIL定級(jí)方法4：保護(hù)層分析（LOPA）（77）
6.10.1可容忍的風(fēng)險(xiǎn)（78）
6.10.2觸發(fā)事件頻率（79）
6.10.3安全保護(hù)層的安全性能水平（79）
6.10.4LOPA舉例（80）
小結(jié)（83）
參考文獻(xiàn)（83）
其他資料（84）
7選擇技術(shù)（85）
7.1氣動(dòng)系統(tǒng)（86）
7.2繼電器系統(tǒng)（86）
7.3固態(tài)系統(tǒng)（88）
7.4微處理器、PLC（基于軟件的）系統(tǒng)（89）
7.4.1靈活性優(yōu)缺點(diǎn)（90）
7.4.2軟件問(wèn)題（90）
7.4.3通用PLC（91）
7.4.4安全PLC（94）
7.5與系統(tǒng)規(guī)模有關(guān)的問(wèn)題（97）
7.6與系統(tǒng)復(fù)雜性有關(guān)的問(wèn)題（98）
7.7與其他系統(tǒng)之間的通信（98）
7.8認(rèn)證與早先使用（99）
小結(jié)（100）
參考文獻(xiàn)（101）
8系統(tǒng)評(píng)估（102）
8.1透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)（103）
8.2前期分析的重要性（105）
8.2.1事先警告（105）
8.3怎樣獲取失效率信息？（106）
8.3.1維護(hù)記錄（107）
8.3.2供貨商記錄（107）
8.3.3第三方數(shù)據(jù)庫(kù)（107）
8.3.4軍用形式的計(jì)算（108）
8.4失效模式（108）
8.4.1安全失效、危險(xiǎn)失效（109）
8.4.2檢測(cè)出的失效、未被檢測(cè)出的失效（110）
8.5測(cè)量尺度（110）
8.5.1失效率、MTBF以及生命期（112）
8.6建模的精確程度（113）
8.7建模方法（114）
8.7.1可靠性方塊圖（114）
8.7.2故障樹(shù)（115）
8.7.3馬爾可夫模型（116）
8.8冗余的影響（116）
8.9基本公式（119）
8.9.1人工測(cè)試持續(xù)時(shí)間的影響（120）
8.10繼電器系統(tǒng)分析（121）
8.11非冗余PLC系統(tǒng)分析（121）
8.12TMR系統(tǒng)分析（122）
8.12.1公共原因（123）
8.13現(xiàn)場(chǎng)儀表（125）
8.13.1閥門的部分行程測(cè)試（126）
8.14故障容錯(cuò)要求（128）
8.15SIS設(shè)計(jì)樣本（129）
8.16分析系統(tǒng)性能的工程工具（130）
小結(jié)（130）
參考文獻(xiàn)（131）
9與現(xiàn)場(chǎng)儀表有關(guān)的問(wèn)題（133）
9.1概述（134）
9.2現(xiàn)場(chǎng)儀表的重要性（134）
9.2.1現(xiàn)場(chǎng)儀表對(duì)系統(tǒng)性能的影響（134）
9.2.2系統(tǒng)失效各部分比例（135）
9.3傳感器（136）
9.3.1概述（136）
9.3.2檢測(cè)開(kāi)關(guān)（138）
9.3.3變送器（139）
9.3.4傳感器的失效診斷（140）
9.3.5智能變送器（141）
9.4最終元件（141）
9.4.1概述（142）
9.4.2閥門的失效診斷（143）
9.4.3智能閥門定位器（143）
9.5冗余（144）
9.5.1表決配置和冗余（145）
9.6現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)計(jì)要求（147）
9.6.1傳感器設(shè)計(jì)要求（148）
9.6.2最終元件設(shè)計(jì)要求（149）
9.7安裝關(guān)注點(diǎn)（151）
9.8現(xiàn)場(chǎng)儀表接線（151）
小結(jié)（152）
參考文獻(xiàn)（152）
10安全系統(tǒng)的工程實(shí)施（153）
10.1管理要求（154）
10.1.1時(shí)間安排和工作內(nèi)容定義（154）
10.1.2人員（154）
10.1.3溝通（155）
10.1.4文檔（155）
10.2硬件設(shè)計(jì)考慮（155）
10.2.1得電關(guān)停與失電關(guān)停系統(tǒng)（155）
10.2.2系統(tǒng)診斷（156）
10.2.3共因的最小化（157）
10.2.4盤(pán)柜設(shè)計(jì)（157）
10.2.5環(huán)境因素（158）
10.2.6供電（158）
10.2.7接地（159）
10.2.8檢測(cè)開(kāi)關(guān)和繼電器的選擇（159）
10.2.9旁路（159）
10.2.10功能測(cè)試（160）
10.2.11安保措施（160）
10.2.12操作員接口（161）
10.3軟件設(shè)計(jì)考慮（162）
10.3.1軟件的生命周期（162）
10.3.2程序和編程語(yǔ)言類型（164）
10.3.3軟件性能的量化（165）
10.3.4軟件測(cè)試（166）
小結(jié)（167）
參考文獻(xiàn)（167）
11安全系統(tǒng)的安裝（168）
11.1概述（169）
11.2術(shù)語(yǔ)（170）
11.3工廠驗(yàn)收測(cè)試（FAT）（171）
11.4安裝（172）
11.4.1安裝檢查（173）
11.5確認(rèn)、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試（SAT）（174）
11.5.1必要的文檔（175）
11.6功能安全評(píng)估、開(kāi)車前安全審查（PSSR）（175）
11.7培訓(xùn)（176）
11.8交付給工藝操作部門（177）
11.9開(kāi)車（177）
11.10開(kāi)車之后的后續(xù)活動(dòng)（178）
小結(jié)（178）
參考文獻(xiàn)（179）
12功能測(cè)試（180）
12.1概述（181）
12.2測(cè)試的需要（181）
12.2.1ANSI/ISA-84.00.01—2004對(duì)功能測(cè)試的要求（184）
12.2.2一般性指南（185）
12.3確定測(cè)試頻率（186）
12.4測(cè)試的責(zé)任主體（187）
12.5測(cè)試裝備和規(guī)程（187）
12.6文檔（189）
12.6.1測(cè)試規(guī)程文檔樣本（190）
小結(jié)（192）
參考文獻(xiàn)（192）
13系統(tǒng)的變更管理（193）
13.1概述（194）
13.2變更管理的需要（194）
13.3何時(shí)要求變更管理（MOC）？（195）
13.4何時(shí)不適用變更管理？（196）
13.5ANSI/ISA-84.00.01—2004的要求（197）
13.6變更管理(MOC)規(guī)程（199）
13.7變更管理(MOC)文檔（200）
小結(jié)（201）
參考文獻(xiàn)（201）
14安全系統(tǒng)的可行性評(píng)判（202）
14.1概述（203）
14.2安全系統(tǒng)失效模式（204）
14.3可行性評(píng)判（206）
14.4評(píng)判的責(zé)任主體（207）
14.5如何進(jìn)行評(píng)判（207）
14.6生命周期成本（209）
14.7審查示例（210）
14.8生命周期成本分析（214）
14.9優(yōu)化安全、可靠性以及生命周期成本（216）
小結(jié)（217）
參考文獻(xiàn)（217）
15SIS設(shè)計(jì)檢查表（218）
15.1概述（219）
15.2檢查表概覽（220）
第1部分：管理要求（221）
第2部分：安全要求規(guī)格書(shū)（222）
第3部分：SIS的概念設(shè)計(jì)（223）
第4部分：SIS的詳細(xì)設(shè)計(jì)（224）
第5部分：供電和接地（225）
第6部分：現(xiàn)場(chǎng)儀表（226）
第7部分：操作員接口（227）
第8部分：維護(hù)和工程接口（228）
第9部分：通信（228）
第10部分：硬件技術(shù)規(guī)格書(shū)（229）
第11部分：硬件制造（230）
第12部分：應(yīng)用邏輯要求（230）
第13部分：嵌入（廠商）軟件（231）
第14部分：軟件組態(tài)（232）
第15部分：工廠測(cè)試（233）
第16部分：安裝和調(diào)試（234）
第17部分：操作和維護(hù)（236）
第18部分：測(cè)試（237）
第19部分:變更管理（238）
第20部分：停用（239）
參考文獻(xiàn)（239）
16案例分析（240）
16.1概述（241）
16.2安全生命周期及其重要性（241）
16.3案例描述：加熱爐、燃燒加熱器安全停車系統(tǒng)（243）
16.4分析范圍（244）
16.5確定SIL目標(biāo)值（245）
16.6制定安全要求規(guī)格書(shū)（SRS）（246）
16.7SIS概念設(shè)計(jì)（249）
16.8生命周期成本分析（251）
16.9驗(yàn)證概念設(shè)計(jì)滿足SIL要求（252）
16.10詳細(xì)設(shè)計(jì)（253）
16.11安裝、調(diào)試，以及開(kāi)車前測(cè)試（254）
16.12操作和維護(hù)規(guī)程（254）
小結(jié)（256）
參考文獻(xiàn)（256）