贫数据条件下安全完整性等级评估技术研究及应用

发布时间：2020-11-08 10:51

　　 安全仪表系统(SIS)是安全相关系统的重要类别,在石油化工等过程行业中有广泛应用。安全仪表系统可靠性较高,历史失效数据稀少、经验不足,导致SIS评估结果不够合理,因此,获得符合实际的高质量数据、选择合适模型是SIL评估关键。传统SIL评估模型简化及参数假设引入多种不确定性因素,使得SIS系统可靠性及可用性评估结果与实际存在较大偏差,对风险决策结果准确性造成重要影响,而目前工程应用中不确定性因素对计算结果影响却往往被忽略,缺少降低不确定性因素影响计算方法及计算模型。本文结合已有研究成果,以过程工业典型安全仪表控制系统为研究对象,分析相关参数重要度,建立常见冗余表决结构贫数据条件下安全完整性等级确定模型及安全完整性等级验证模型,并开发安全仪表系统功能评估计算软件。通过归纳总结主要安全仪表系统类型存在不确定性因素,提出降低不确定性影响的分析方法,分析不同参数对平均需求失效概率影响;以IEC 61508风险图法及保护层分析方法为基础,结合具体工艺场景,建立贫数据条件下改进风险图法安全完整性等级确定模型,并将SIL确定结果与传统方法对比分析。利用有限差分方法对失效率及诊断覆盖率等参数进行重要度评估,系统研究贫数据条件下安全完整性等级确定及验证方法,结合概率模型及模糊数学理论,研究不同类型数据缺乏对应安全完整性评估方法及小子样情况、无失效数据情况下安全完整性等级验证方法,并以共因失效半定量修正及诊断覆盖率半定量修正方法为基础,建立异型设备典型冗余结构安全完整性等级验证计算模型;以ISA-TR 84.00.02 STR计算方法为基础,建立贫数据条件下STR计算模型。以IEC 61508及IEC 61511为基础,以经典模糊方法及蒙特卡洛模拟为机理,利用Matlab开发数据条件下安全仪表系统功能评估计算机辅助软件系统,并将软件应用于典型安全仪表系统案例;分析结果表明,本文建立的以模糊数学理论为基础,结合概率模型的方法能够完成贫数据条件下安全完整性验证;安全仪表系统功能评估软件能够完成平均需求失效概率及误跳车率计算分析,为贫数据条件下安全完整性评估提供方法技术支持。
【学位单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TE65;TQ056;TQ086
【部分图文】：

(5) 点击计算场景发生概率，确定安全完整性等级。SIL 确定模块常见初始事件及独立保护层失效率均来自 CCPS 失效数据。图5-4 初始事件确定界面Fig.5-4 Initial event determination interface图5-5 IPLs确定界面Fig.5-5 IPLs determination interface

(5) 点击计算场景发生概率，确定安全完整性等级。SIL 确定模块常见初始事件及独立保护层失效率均来自 CCPS 失效数据。图5-4 初始事件确定界面Fig.5-4 Initial event determination interface

压力保护安全仪表功能安全完整性等级需达到 SIL2，与 3.1 节贫数据条件下安全完整性确定计算结果一致。图5-6 场景发生概率及SIL确定界面Fig.5-6 Determination interface of probability of scene occurrence and sil5.2.3 SIL 验证模块软件 SIL 验证模块以 FTA 计算模型、Markov 计算模型及 RBD 计算模型为机理，允许选取参数服从对数正态分布、正态分布、Gamma 分布、β 分布、均匀分布等常见分布形式。应用软件 SIL 验证模块对 4.1 节储罐高完整性压力保护系统 HIPPS 进行低要求模式下安全完整性等级验证，SIS 各子系统元件失效数据为表 5-5 储罐可靠性数据。表5-5 储罐HIPPS可靠性数据Table 5-5 Reliability data for HIPPS of storage tank参数 传感器 S(2oo3) 逻辑控制器 LS(1oo2) 执行结构(1oo2)λD(/h) Logn(-14.04, 0.52) Logn (-13.23, 0.67) Logn (-12.43, 0.58)λS(/h) Logn(-14.51, 0.59) Logn (-13.23, 0.67) Logn (-12.29, 0.43)DC Unif(0.4, 0.8) Unif (0.4, 0.8) Unif(0.2, 0.5)β Unif (0.01, 0.1) Unif(0.01, 0.08) Unif (0.01, 0.1)βDUnif(0.01, 0.1) Unif(0.005, 0.04) Unif(0.005, 0.05)MTTR(h) Unif (4,24) Unif (4, 24) Unif (4, 24)T 1 年(8760h) 1 年(8760h) 1 年(8760h)选取各参数分布并输入确定分布的参数值(μ、σ2等)，选取计算模型(Markov，FTA，RBD)，点击“Simulation”进行计算，系统自动计算 95%置信区间及 PFDavg(S)、PFDavg(LS)、PFDavg(FE)、PFDavg(SIS)均值及直方图
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 方辉;;基于结构约束的硬件安全完整性等级验证研究[J];化工自动化及仪表;2015年07期

2 曾世文;陈亚;朱文明;;城市轨道交通车辆客室门系统的安全完整性水平分配[J];城市轨道交通研究;2013年11期

3 陈垚;于传和;张伟;;安全完整性评价管理模式探讨[J];安全、健康和环境;2011年10期

4 史学玲;冯晓升;;功能安全与安全完整性等级综述[J];自动化博览;2013年03期

5 吕路;;安全完整性等级确定技术比较[J];化工自动化及仪表;2013年05期

6 王志胜;;资产安全完整性审计要点分析[J];理财;2012年06期

7 陈好;贾媛;许晓丽;秦振林;;安全完整性等级分析方法的应用研究[J];石油化工自动化;2011年01期

8 李荣强;李玉明;姜巍巍;庄腾宇;;安全仪表系统安全完整性等级计算方法研究[J];仪器仪表标准化与计量;2011年06期

9 李玉明;姜巍巍;李荣强;庄腾宇;;安全仪表系统安全完整性等级的评估技术[J];仪器仪表标准化与计量;2010年03期

10 郭海涛;阳宪惠;;安全系统的安全完整性水平及其选择[J];化工自动化及仪表;2006年02期

相关博士学位论文 前3条

1 高莺;列车运行控制系统硬件安全完整性等级验证方法研究[D];中国铁道科学研究院;2019年

2 王鹏;炉膛安全监控系统的功能安全分析[D];华北电力大学;2014年

3 沈学强;功能安全的人因影响及量化分析研究[D];华北电力大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 李成美;贫数据条件下安全完整性等级评估技术研究及应用[D];中国石油大学(华东);2017年

2 李玉洁;基于Petri网的安全仪表系统的安全完整性等级验证研究[D];中国石油大学(华东);2017年

3 李荣强;安全仪表系统安全完整性等级评估技术研究[D];中国石油大学;2011年

4 张宁;多温区耦合对象安全控制系统的安全完整性等级评估研究[D];中国石油大学;2011年

5 奚悦;基于贝叶斯网络的安全仪表系统安全完整性等级验证研究[D];西南大学;2014年

6 谢羽;石化设备仪表系统安全完整性等级评估软件的开发与应用分析[D];中国石油大学(北京);2016年

7 朱冬雪;功能安全分析中安全完整性等级确定方法优化研究[D];沈阳航空航天大学;2017年

8 郁强;基于MARKOV的安全完整性等级评价方法的研究[D];华东理工大学;2015年

9 江东泽;DCS安全性评估及可靠性分析[D];华北电力大学（北京）;2010年

10 鲁晓玲;安全仪表系统的功能安全评估研究[D];首都经济贸易大学;2008年

本文编号：2874681