海洋石油平台安全仪表系统研究

发布时间：2017-10-12 03:44

  本文关键词：海洋石油平台安全仪表系统研究

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【摘要】：海洋石油资源是满足未来人类发展所需的最重要的能源来源之一。然而，海上石油开采和生产过程极具风险，必须配置安全仪表系统（SIS）采取合理的安全保护措施。功能安全国际标准IEC61508以及过程工业中的功能安全标准IEC61511对于SIS生命周期中各个阶段都有明确的定义和要求。然而，我国在功能安全领域研究和实践起步较晚，对安全相关系统的研究相对不足，其设计过程仍存在误区。 本文对SIS系统的相关规范和可靠性理论展开研究，明确SIS的评价标准和设计要求；剖析硬件安全完整性和系统安全完整性内涵，从而探讨强化安全完整性的措施和方法；对安全生命周期实现阶段的任务和要求进行分析，归纳了实现功能安全的方法的核心思想；通过对安全相关系统的可靠性分析方法的研究，归纳了SIS的失效模式，掌握了安全完整性的计算方法；以某中心平台应急关断系统（ESD）为研究对象，结合国外相关的应用经验，以及安全相关规范中的要求，对该ESD系统及其仪表安全功能进行全面分析和系统及功能设计；最后使用安全完整性计算和测试方法，对设计结果进行验证。 验证结果表明，该中心平台ESD的安全完整性，，达到相关仪表安全功能的SIL要求。
【关键词】：海洋石油平台 功能安全 安全仪表系统 安全完整性
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.38
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 安全仪表系统简介10-14
• 1.2.1 基本概念和定义10
• 1.2.2 安全仪表系统与基本过程控制系统的区别10-11
• 1.2.3 安全仪表系统的组成11-12
• 1.2.4 安全仪表系统的容错机制12-13
• 1.2.5 相关标准13-14
• 1.3 安全仪表系统的国内外研究现状与发展趋势14-18
• 1.3.1 国外安全仪表系统研究现状14-15
• 1.3.2 国内安全仪表系统研究现状15-16
• 1.3.3 安全仪表系统的发展趋势16-18
• 1.4 课题意义18
• 1.5 论文主要工作与结构18-20
• 第二章 安全仪表系统的基础理论及实现方法研究20-31
• 2.1 安全仪表系统相关的基础理论分析20-23
• 2.1.1 安全仪表系统的功能和作用20-22
• 2.1.2 安全完整性及其相关概念22
• 2.1.3 安全完整性的内涵分析22-23
• 2.2 安全生命周期及其内涵23-25
• 2.3 安全仪表系统的实现25-30
• 2.3.1 实现过程的基本框架26
• 2.3.2 硬件设计及要求26-28
• 2.3.3 软件设计及要求28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 安全仪表系统的安全性分析方法研究31-44
• 3.1 系统失效模型及可靠性分析方法研究31-35
• 3.1.1 不可维修系统的失效模型31-32
• 3.1.2 系统检修过程的平均要求时失效模型32-33
• 3.1.3 可维修系统的可靠性模型33
• 3.1.4 系统可靠性的分析方法33-35
• 3.2 安全仪表系统的失效分析35-38
• 3.2.1 失效类型分析35-36
• 3.2.2 冗余结构的共因失效分析36-37
• 3.2.3 与失效有关的几个重要指标37-38
• 3.2.4 失效率数据的来源38
• 3.3 安全仪表系统的安全完整性计算38-43
• 3.3.1 安全完整性与可靠性的关系以及计算要求38-39
• 3.3.2 1oo1 结构39-40
• 3.3.3 1oo2 结构40
• 3.3.4 2oo2 结构40-41
• 3.3.5 1oo2D 结构41-42
• 3.3.6 2oo3 结构42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 中心平台应急关断系统对象及需求分析44-55
• 4.1 中心平台的主要功能44-45
• 4.2 中心平台油气生产过程及相关的仪表安全功能分析45-49
• 4.2.1 井口采油及其仪表安全功能45-46
• 4.2.2 原油、天然气和污水的处理过程及其仪表安全功能46-49
• 4.3 火灾和有毒、可燃气体危险相关的仪表安全功能分析49-51
• 4.3.1 危险防护功能50
• 4.3.2 减灾功能50-51
• 4.4 仪表安全功能的分配与要求51-53
• 4.5 平台中控系统的结构53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第五章 中心平台应急关断系统框架及硬件设计55-70
• 5.1 设计原则55
• 5.2 系统框架及控制柜设计55-57
• 5.3 逻辑解算器部分设计57-65
• 5.3.1 CPU 模块的技术特点分析57-58
• 5.3.2 安全 I/O 模块的技术特点分析58-62
• 5.3.3 安全通信方式62-63
• 5.3.4 软件设计开发平台63-64
• 5.3.5 主要模块配置64-65
• 5.4 电源设计65-66
• 5.5 现场传感器、按钮及最终元件的选型原则66-68
• 5.5.1 现场传感器的选型原则66
• 5.5.2 现场按钮的选型和设计66-67
• 5.5.3 高诊断能力按钮设计67
• 5.5.4 最终元件的选型设计67-68
• 5.6 安全回路设计68-69
• 5.7 本章小结69-70
• 第六章 中心平台应急关断系统的功能设计70-81
• 6.1 关断策略设计70-72
• 6.2 因果逻辑图设计72-73
• 6.3 故障处理功能设计73-74
• 6.4 人机操作功能设计74-75
• 6.4.1 权限控制功能74
• 6.4.2 复位功能74
• 6.4.3 旁路功能74-75
• 6.4.4 报警显示及顺序事件记录功能75
• 6.4.5 其他人机操作功能75
• 6.5 安全功能的设计75-80
• 6.5.1 设计开发流程的安全性75-76
• 6.5.2 软件结构设计76-77
• 6.5.3 主要功能的设计77
• 6.5.4 人机操作界面的设计77-80
• 6.6 本章小结80-81
• 第七章 中心平台应急关断系统的验证和测试81-91
• 7.1 硬件安全完整性验证81-84
• 7.1.1 安全回路的安全完整性计算81-84
• 7.1.2 相关软件的验算结果84
• 7.2 系统安全完整性测试84-90
• 7.2.1 测试系统的结构84-86
• 7.2.2 仪表安全功能试验86-87
• 7.2.3 旁通功能试验87-88
• 7.2.4 应急关断系统模拟故障试验88-90
• 7.3 本章小结90-91
• 第八章 总结展望91-93
• 8.1 工作总结91-92
• 8.2 工作展望92-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-98
• 在学校期间发表的学术论文98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张斌;阳宪惠;康荣学;;安全仪表系统中参数满足某分布区间时的SIL评估方法[J];化工自动化及仪表;2008年05期

2 靳江红;吴宗之;赵寿堂;胡玢;;基于不同阶段安全功能失效的安全仪表系统性能评估方法[J];化工自动化及仪表;2010年07期

3 Roger Prew;曾硕巍;;安全系统的结构不再重要[J];仪器仪表标准化与计量;2009年06期

4 刘太元;俞曼丽;郑利军;;安全仪表系统的应用及发展[J];中国安全科学学报;2008年08期

5 张双亮;李庆涛;;海洋石油平台安全仪表系统的设计与应用[J];自动化仪表;2011年09期

6 华昒;;怎样计算要求时的平均失效概率(PFDavg)[J];仪器仪表标准化与计量;2009年03期

本文编号：1016477