SIS和BPCS之间的独立性,通常因以下原因,SIS是同BPCS分开的:
a)为了降低BPCS对SIS的影响,特别是当它们共享共用设备时。例如,当BPCS和SIS共享一个用于停机和控制的共用阀门时,在该阀门的一次危险失效事件中,它并不能用来执行一个SIS停机功能。
b)为了保持与BPCS有关的更改、维护、测试和文档的灵活性。
c)为了有助于SIS的确认和功能安全评估。
d)如果BPCS与SIS组合在一起,为满足修改管理的计划安排,需要限制对BPCS的编程和配置功能的访问。
在共用设备的一次失效可引起向SIS提出一次要求的情况下,应进行一次分析以保证总危险率满足预期值。总的危险率是共用元件的危险失效率和其他要求源的危险率(包括SIS独立部分的危险失效)的总和。
SIS和BPCS之间的分离可使用同种分离或异种分离。同种分离意味着BPCS和SIS使用相同的技术,而异种分离则意味着使用同一制造商或不同制造商的不同技术。
与有助于降低随机失效的同种分离相比,异种分离有利于降低系统失效概率和减小共同原因失效。
在SIS和BPCS之间的同种分离在设计和维护时有一些优势,因为它降低了维护错误的可能性,特别是选择在用户组织范围内此前还未使用过的各种部件。
虽然要考虑共同原因失效的源头和影响,并且要降低它们的可能性,但对SIL1、SIL2和SIL3而言,SIS和BPCS之间的同种分离是可接受的。共同原因失效的一些例子是:
A.仪表连接器的插拔和导线上的脉冲群;
B.侵蚀和腐蚀;
C.由于环境引起的硬件故障;
D.软件误差;
E.动力源和供电;
F.人为误差。
异种分离有助于降低系统失效概率(在SIL3和SIL4应用中此降低因子特别重要)和减小共同原因失效。
一般可供SIS和BPCS进行分离的区域有4个:
1)现场传感器;
2)最终元件;
3)逻辑解算器;
4)配线。
BPCS和SIS之间也不一定需要物理分离,其条件是它们之间应保持独立性,并且设备安排方式和所使用的规程可以保证SIS不受下列因素的危险影响:
BPCS的失效;
在BPCS上进行的作业,如维护、操作或修改。
SIS设计师需规定可保证SIS不受危险影响应使用的规程。
现场传感器
BPCS和SIS共用一个传感器时要求进一步地复审和分析。因为此单一传感器的失效可能产生一种危险情况,故有必要进行额外的复审和分析。例如:当BPCS和SIS使用同一个液位传感器,传感器低位失效时,高液位脱扣会产生一次要求。传感器低位失效导致控制器将驱动阀门开启,由于SIS也使用该传感器,而它并不会检测到作为结果而产生的高液位工况。
在一个BPCS和SIS功能使用单一传感器的情况下,一般只有在传感器诊断可把危险失效率降到足够低且SIS能在要求的时间内把过程置于某个安全状态时,才能满足GB/T21109.1的要求。
实际上,即使是在SIL1应用的情况,也难以达到这一点。对一个SIL2、SIL3或SIL4的仪表安全功能来说,通常需用具有同型或异型冗余的单独SIS传感器来满足要求的安全完整性。
当使用冗余SIS传感器时,通过适当的隔离器也可把这些传感器连接到BPCS上。BPCS中的适当算法,通过降低对SIS的要求率,如“取中间值”,可提高安全性。
最终元件
BPCS和SIS共用一个阀门的情况大致同共用一个传感器的情况一样,也需要进一步地复审和分析。如果阀门失效将向SIS提出一次要求,通常不推荐SIS和BPCS共用一个阀门。
在BPCS和SIS只使用一个阀门的情况下,一般仅当阀门诊断可把危险失效率降到足够低,且SIS能在要求的时间内把过程置于某个安全状态时,才能满足GB/T21109.1的要求。
实际上,即使对SIL1应用而言,要达到上述要求也是困难的。对一个SIL2、SIL3或SIL4仪表安全功能而言,要满足安全完整性通常需要SIS具有同型或异型冗余的单独阀门。
在BPCS和SIS功能使用单一阀门的情况下,设计应保证SIS动作超驰BPCS动作。一般可通过把SIS直接连接到一个电磁阀上来达到这个要求,该电磁阀可直接断开执行器的动力源,例如在阀门定位器和执行器之间。
当使用冗余SIS阀门时,这些阀门可同时连接到SIS和BPCS上。
确定阀门要求的附加考虑有:
a)截断要求;
b)类似过程应用中阀门可靠性的经验;
c)阀门的非安全失效模式;
d)降低阀门作用的操作规程(例如开启旁路阀门);
e)检验测试要求。
配线
有关给脱扣系统供电的问题,通常BPCS和有关现场装置的配线是同SIS和它的现场装置的配线分开的,这是因为安全功能可能意外失效而不通知脱扣系统。有关这类系统的典型指南包括了安装SIS和BPCS专用的多芯电缆和接线盒。在配线未分开的情况下,为了减少维护中可能产生的误差所导致的SIS失效,建议使用良好的标号和维护规程。
加电脱扣系统和断电脱扣系统的电缆支持系统(如电缆支架、管道),除另有原因(如电磁干扰)要求分开外,可以共用。关于给脱扣系统供电的问题,可附加对火灾风险区电缆支架防火的考虑。
节选自《GB/T21109-2007过程工业领域安全仪表系统的功能安全》
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