LNG气化站安全仪表系统功能安全评价方法研究

发布时间：2017-09-04 18:11

  本文关键词：LNG气化站安全仪表系统功能安全评价方法研究

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【摘要】：LNG气化站作为城镇天然气供应工程中的重要组成部分,承担着气源供应、应急调峰等重要作用,储存有大量LNG,一般属于重大危险源,一旦发生泄漏气化并扩散,极易造成火灾、爆炸等各类灾难性后果,安全仪表系统是保障气化站安全可靠运行的有效措施之一。目前,国内针对LNG气化站安全仪表系统的功能安全评价尚处于起步阶段,还没有一套系统的功能安全评价方法,在实际应用中存在安全仪表功能是否足够、冗余结构是否合适、安全完整性等级是否满足实际要求等一系列问题。因此,调研LNG气化站安全仪表系统设置现状,分析存在的突出问题,建立适用于LNG气化站的安全完整性等级定级和验证方法,形成系统的LNG气化站安全仪表系统功能安全评价方法,对于LNG气化站的安全功能辨识、完整性等级定级与验证、冗余结构确定、仪表选型、功能测试周期确定及保障安全运行具有重要指导意义。对此,本文开展了以下研究工作：(1)通过对LNG气化站设计规范和资料的详细调研,归纳分析了各规范对气化站安全仪表系统的要求,实际站场中安全仪表的配置情况和联锁逻辑关系,以及存在的突出问题：1)相关设计规范关于安全仪表只有一些原则性、指导性的条款,安全仪表系统应该采用何种冗余结构、SIL等级达到什么等级并未涉及；2)虽然设计人员基本遵循规范设计安全仪表系统,但是现有安全仪表功能基本都只采用了1ool冗余结构,能否达到目标SIL等级要求,是否还需要新增其他安全仪表功能并未得到验证。(2)为了保证后续SIL定级工作的高效进行,不同等级的气化站使用相适应的定级方法,针对LNG气化站无分级的问题,参照石油天然气站场分级标准,提出了LNG气化站的分级方法,将LNG气化站按照储存总容量划分为五个等级：总容量V15000 m3为一级；2000 m3V1≤5000 m3为二级；1000 m3V1≤2000 m3为三级；200 m3V1≤1000 m。为四级；V1200 m3为五级。(3)对比分析了常用工艺危险分析方法的优缺点,结合LNG气化站工艺设备众多、工艺复杂等具体特点,推荐选用危险与可操作性分析(HAZOP)方法作为LNG气化站的安全仪表功能辨识方法,并根据分析报告确定安全仪表功能。(4)研究了三种常见的SIL定级方法：风险矩阵法、风险图法和保护层分析法,根据各方法的优缺点、适用范围及LNG气化站分级标准,提出了适用于不同等级LNG气化站的定级方法：一、二级LNG气化站采用保护层分析法；三、四级采用风险图或保护层分析法；五级采用风险矩阵或风险图法,并建立了相应的SIL定级流程。(5)研究了SIL验证常见的三种方法：故障树、可靠性框图和马尔可夫,并对比分析了各自的优缺点及适用范围,推荐使用马尔可夫作为LNG气化站可靠性建模的基础验证方法。探讨了失效模式、冗余结构、共因失效、设备自诊断功能等影响可靠性建模精度和复杂度的关键因素,选取β模型作为共因失效模型,建立了LNG气化站1oo1、 1oo2、2oo2和2oo3冗余结构的马尔可夫模型及适用于LNG气化站的SIL验证流程。并采用C#和Matlab混合编程,编写了包含了三种验证方法的LNG气化站SIL验证计算程序。(6)对一个LNG储存总量为900m3的气化站开展了安全仪表系统功能安全评价,结果表明：1)通过HAZOP分析,辨识出7个安全仪表功能,包括现有的5个安全仪表功能及需新增的2个安全仪表功能,新增的2个安全仪表功能为储罐超压联锁排放和气化器过压保护功能；2)通过LNG气化站分级方法,确定该站属于四级站场,根据SIL定级流程,选取准确度较高的LOPA分析法对7个安全仪表功能进行了SIL定级,定级结果为：1个SIF无安全需求,3个SIF为SIL1等级,3个SIF为SIL2等级：3)利用建立的马尔可夫验证模型及编写的验证计算程序,对7个安全仪表功能进行了验证,所有的SIF只能满足SIL1等级要求,其中3个不能满足目标SIL2等级要求；4)以紧急停车系统(SIF-5)为例,从结构冗余、功能测试周期和仪表自检三种措施讨论了各个措施对SIL等级的影响,最后对未满足要求的安全仪表系统提出了多种措施组合的改进方案。
【关键词】：LNG气化站 安全仪表系统 功能安全评价 安全仪表功能辨识 安全完整性等级定级 安全完整性等级验证
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU996
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究目的及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 功能安全标准现状11-12
• 1.2.2 安全完整性等级定级方法12-13
• 1.2.3 安全完整性等级验证方法13-15
• 1.2.4 安全仪表系统功能安全评价应用现状15
• 1.3 研究内容与技术路线15-18
• 1.3.1 研究内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-18
• 1.4 主要创新点18-19
• 第2章 LNG气化站安全仪表系统设计分析19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 安全仪表系统19-22
• 2.2.1 安全仪表系统概念及其构成19-20
• 2.2.2 安全仪表系统分类20-22
• 2.2.3 安全仪表系统与基本过程控制系统22
• 2.3 LNG气化站安全仪表系统设计方法分析22-27
• 2.3.1 气化站概况22-24
• 2.3.2 安全仪表系统规范分析24-26
• 2.3.3 安全仪表系统设置分析26-27
• 2.4 LNG气化站分级27-28
• 2.5 功能安全评价流程28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 安全仪表功能辨识31-39
• 3.1 引言31
• 3.2 工艺危险分析方法比选31-33
• 3.2.1 LNG气化站危险性分析31-32
• 3.2.2 LNG气化站典型事故统计与分析32
• 3.2.3 常用的工艺危险分析方法32-33
• 3.3 HAZOP分析33-37
• 3.3.1 相关术语34
• 3.3.2 常用引导词34-35
• 3.3.3 基本原理35
• 3.3.4 分析步骤35-37
• 3.4 安全仪表功能辨识37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 安全完整性等级定级方法研究39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 安全完整性等级与风险降低关系分析39-42
• 4.2.1 险降低与安全保护层39-42
• 4.2.2 安全完整性等级与必要的风险降低的关系42
• 4.3 SIL定级方法比选42-48
• 4.3.1 风险矩阵法43
• 4.3.2 风险图法43-44
• 4.3.3 保护层分析法44-48
• 4.3.4 方法比选48
• 4.4 LNG气化站SIL定级流程48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 安全完整性等级验证方法研究50-72
• 5.1 引言50
• 5.2 可靠性理论50-52
• 5.2.1 可靠性指标50-51
• 5.2.2 失效数据51-52
• 5.3 SIL验证方法比选52-56
• 5.3.1 故障树分析52-53
• 5.3.2 可靠性框图53-54
• 5.3.3 马尔可夫54-55
• 5.3.4 方法比选55-56
• 5.4 LNG气化站可靠性建模56-65
• 5.4.1 失效模式56-57
• 5.4.2 冗余结构57-58
• 5.4.3 共因失效58-59
• 5.4.4 诊断覆盖率59-60
• 5.4.5 可靠性模型的建立60-65
• 5.5 LNG气化站SIL验证流程65-66
• 5.6 SIL验证计算程序开发66-71
• 5.6.1 流程设计67
• 5.6.2 功能设计67-70
• 5.6.3 软件准确性验证70-71
• 5.7 本章小结71-72
• 第6章 案例分析72-93
• 6.1 引言72
• 6.2 某LNG气化站概况72-74
• 6.3 安全仪表功能辨识74-78
• 6.3.1 HAZOP分析74-78
• 6.3.2 安全仪表功能的确定78
• 6.4 安全完整性等级定级78-79
• 6.4.1 保护层分析78-79
• 6.4.2 SIL等级的确定79
• 6.5 安全完整性等级验证79-87
• 6.5.1 安全仪表功能逻辑关系的确定79-81
• 6.5.2 可靠性数据的确定81-83
• 6.5.3 SIL验证计算83-87
• 6.6 安全仪表系统的改进分析87-92
• 6.6.1 冗余结构改进方案87-90
• 6.6.2 功能测试周期改进方案90-91
• 6.6.3 仪表自检改进方案91
• 6.6.4 改进方案汇总91-92
• 6.7 本章小结92-93
• 第7章 结论与展望93-95
• 7.1 结论93-94
• 7.2 展望94-95
• 致谢95-96
• 参考文献96-100
• 附录一 传感器和执行器设备表100-103
• 附录二 LNG气化站带控制点的工艺流程图103-104
• 附录三 HAZOP分析表104-117
• 附录四 LOPA分析表117-120
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果120

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 岑康;涂昆;姚婷;张优;郑昕;;LNG卫星站安全仪表系统功能安全评价[J];中国安全生产科学技术;2016年S1期

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本文编号：793054