火氣系統(tǒng)功能有效性的績(jī)效評(píng)估方法

劉 宇,張海鋒,路 通

(中海石油技術(shù)檢測(cè)有限公司,天津 300452)

火氣系統(tǒng)功能有效性的績(jī)效評(píng)估方法

劉 宇,張海鋒,路 通

(中海石油技術(shù)檢測(cè)有限公司,天津 300452)

火氣系統(tǒng)作為減災(zāi)保護(hù)層安全儀表系統(tǒng)，以抑制火災(zāi)和氣體泄漏帶來的風(fēng)險(xiǎn)為目的，在石化現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮著重要的保護(hù)作用。風(fēng)險(xiǎn)抑制能力取決于火氣系統(tǒng)的功能有效性，受多方因素影響，如現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器的布置、系統(tǒng)自身配置、應(yīng)急響應(yīng)和滅火能力等。要實(shí)現(xiàn)對(duì)火氣系統(tǒng)功能有效性的績(jī)效評(píng)估，需要綜合多方因素進(jìn)行分析。采用ISA-TR84.00.07推薦的事件樹風(fēng)險(xiǎn)分析模型，從探測(cè)覆蓋率、系統(tǒng)安全完整性及災(zāi)難抑制措施有效性三個(gè)層面綜合分析、計(jì)算系統(tǒng)的功能有效性和風(fēng)險(xiǎn)抑制能力，從而實(shí)現(xiàn)定量評(píng)價(jià)。通過典型案例分析，對(duì)探測(cè)覆蓋率分析技術(shù)和安全完整性評(píng)估技術(shù)的基本理論和方法進(jìn)行了梳理和介紹，并驗(yàn)證了基于事件樹模型的火氣系統(tǒng)有效性評(píng)估理論的可操作性，證明了采用事件樹模型、結(jié)合探測(cè)覆蓋率和功能安全基礎(chǔ)理論，可以較好地實(shí)現(xiàn)火氣系統(tǒng)功能有效性的績(jī)效評(píng)估。

監(jiān)測(cè)報(bào)警； 安全儀表系統(tǒng)； 安全完整性等級(jí); 功能安全； SFF； HFT

0 引言

火災(zāi)及氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)(fire and gas system，F(xiàn)GS)，簡(jiǎn)稱火氣系統(tǒng)，是用于監(jiān)控火災(zāi)和可燃?xì)饧岸練庑孤┦鹿?，并具備?bào)警和一定滅火功能的安全儀表系統(tǒng)。火氣系統(tǒng)屬于減災(zāi)保護(hù)層安全儀表系統(tǒng)，與預(yù)防保護(hù)層安全儀表系統(tǒng)(如緊急停車系統(tǒng))相比，影響火氣系統(tǒng)功能有效性的因素更為復(fù)雜。除FGS自身的安全完整性外，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)設(shè)備的數(shù)量、布局和安裝位置、輸出響應(yīng)后消防、噴淋等災(zāi)難抑制措施的有效性、人員應(yīng)急響應(yīng)能力等因素都對(duì)會(huì)火氣系統(tǒng)的整體有效性造成影響[1]。依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通常對(duì)火氣系統(tǒng)的功能有效性和風(fēng)險(xiǎn)削減能力作深層次分析，但這其實(shí)與安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理要求存在差距。

國(guó)家安監(jiān)總局在“安監(jiān)總管三〔2014〕116號(hào)文件——加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見”中明確將火氣系統(tǒng)列入了安全儀表系統(tǒng)范疇，并要求加強(qiáng)對(duì)新建及在役“兩重點(diǎn)一重大”化工裝置和危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施的安全儀表系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理。如何對(duì)火氣系統(tǒng)的功能有效性(風(fēng)險(xiǎn)削減水平)進(jìn)行績(jī)效評(píng)估已成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)及管理的重點(diǎn)課題。

1 FGS有效性評(píng)估模型

綜合分析火氣系統(tǒng)的原理和功能，火氣系統(tǒng)的功能有效性取決于三方面的因素：探測(cè)覆蓋率、系統(tǒng)安全完整性、災(zāi)難抑制措施有效性[2]。

探測(cè)覆蓋率：在預(yù)設(shè)表決機(jī)制下，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器探測(cè)覆蓋空間占火災(zāi)/泄漏可能出現(xiàn)空間的比重，也可以理解為現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)/泄漏事件被有效探測(cè)到的概率。

安全完整性：火氣系統(tǒng)有效執(zhí)行某項(xiàng)安全儀表功能(safety instrumented function，SIF)的能力，通常可以用SIF要求的平均失效概率或稱平均危險(xiǎn)故障率(probability of failure on demand，PFDavg)，或安全完整性等級(jí)(safety integrity level，SIL)來表征。

災(zāi)難抑制措施有效性：?jiǎn)?dòng)終端減災(zāi)設(shè)備，可有效減弱危害后果的概率，如阻止火災(zāi)的蔓延和泄漏氣體的積累。減災(zāi)措施需要以足夠迅速的方式進(jìn)行啟動(dòng)才能有效減弱事故的嚴(yán)重性。否則，減災(zāi)措施可能會(huì)失效或不足，例如：

①滅火系統(tǒng)不足以控制火勢(shì)；

②隔離或泄壓太慢，未能阻止泄漏氣體的積累；

③通知和提醒設(shè)備啟動(dòng)不夠迅速，人員逃離滯后；

④應(yīng)急預(yù)案不足以正確指導(dǎo)人員撤離。

在ISA-TR84.00.07研究報(bào)告中，推薦采用事件樹模型來定量評(píng)估火氣系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)削減水平[2-3]。該模型以火災(zāi)或氣體泄漏危險(xiǎn)情景為起點(diǎn)，按照險(xiǎn)情的發(fā)展趨勢(shì)，分析每一個(gè)因素對(duì)火氣系統(tǒng)正確執(zhí)行功能(成功YES / 失敗NO)的影響，用定量分析的方式計(jì)算每一種可能性的發(fā)生概率。用事件概率與后果嚴(yán)重性的乘積來表征過程風(fēng)險(xiǎn)，可加權(quán)計(jì)算出由火氣系統(tǒng)失效所引入的風(fēng)險(xiǎn)因子(weighted average consequence，CWA)，其倒數(shù)1/CWA便可表征火氣系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)削減倍數(shù)。事件樹風(fēng)險(xiǎn)分析模型如圖1所示。

圖1 事件樹風(fēng)險(xiǎn)分析模型

在上述模型的基礎(chǔ)上，可按式(1)定量計(jì)算火氣過程風(fēng)險(xiǎn)(R)。R=CWA×Funmiltigated×PFD(IPL1)×PFD(IPL2)×…×PFD(IPLn)

(1)

式中： Funmitigated為火氣危險(xiǎn)事件發(fā)生的頻率(次/年)；PFD(IPL)為針對(duì)此火氣危險(xiǎn)事件其他獨(dú)立保護(hù)層的失效概率。將過程風(fēng)險(xiǎn)與用戶風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，就可以判斷當(dāng)前火氣系統(tǒng)的功能有效性及其他保護(hù)層措施是否滿足火氣風(fēng)險(xiǎn)的控制要求。

2 FGS探測(cè)覆蓋率分析技術(shù)

探測(cè)覆蓋率作為火氣系統(tǒng)的特征參數(shù)，直接影響系統(tǒng)的功能有效性。如果現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)設(shè)備覆蓋率不足，硬件配置再高的火氣系統(tǒng)也未必能有效削減現(xiàn)場(chǎng)火氣風(fēng)險(xiǎn)。

表1引用了GeneralMonitors相關(guān)研究報(bào)告(SIL104)中的風(fēng)險(xiǎn)降低數(shù)據(jù)[4]，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：在探測(cè)覆蓋率95%的條件下，硬件配置達(dá)到SIL3(PFDavg=9.9×10-4)的系統(tǒng)，實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)削減能力僅為5.09×10-2，相當(dāng)于SIL1水平。由此可見，對(duì)于火氣系統(tǒng)而言，拋開探測(cè)覆蓋率而單純追求系統(tǒng)硬件的高可靠性是沒有意義的。

表1 風(fēng)險(xiǎn)降低數(shù)據(jù)(SIL104)

FGS探測(cè)覆蓋率分析，實(shí)際上就是定量評(píng)價(jià)火災(zāi)/泄漏危險(xiǎn)事件被有效探測(cè)到的概率。采用幾何投影技術(shù)，對(duì)被保護(hù)區(qū)域內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)探頭的探測(cè)覆蓋率進(jìn)行定量分析。

ISA-TR84.00.07中給出了幾何覆蓋率和場(chǎng)景覆蓋率兩個(gè)概念，可通過圖2給出的海洋石油平臺(tái)單井口撬塊案例進(jìn)行說明[2]。案例的幾何參數(shù)為長(zhǎng)12.2 m、寬3.7 m、高3.7 m；撬塊中僅包含一套井口裝置，如圖2(a)中圓形位置；撬塊對(duì)角位置設(shè)置2臺(tái)火焰探測(cè)器，共同監(jiān)測(cè)此該區(qū)域內(nèi)火災(zāi)事件。

根據(jù)火焰探測(cè)器自身探測(cè)范圍參數(shù)，在考慮空間遮擋的情況下，可核算出該區(qū)域內(nèi)的探測(cè)覆蓋范圍，如圖2(a)所示。其中：區(qū)域一被2臺(tái)探測(cè)器覆蓋；區(qū)域二被1臺(tái)探測(cè)器覆蓋；區(qū)域三無探測(cè)器覆蓋。系統(tǒng)預(yù)設(shè)的表決機(jī)制為2ooN結(jié)構(gòu)，即2臺(tái)探測(cè)器同時(shí)報(bào)警時(shí)輸出下一步響應(yīng)，所以可以認(rèn)為區(qū)域一為有效探測(cè)區(qū)域。計(jì)算區(qū)域一面積占總區(qū)域面積的比例，即為被保護(hù)空間內(nèi)的幾何覆蓋率。經(jīng)計(jì)算，本案例的FGS幾何覆蓋率為64.5%。

在幾何覆蓋率的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步進(jìn)行場(chǎng)景覆蓋率分析：在整個(gè)受保護(hù)區(qū)域內(nèi)，僅井口位置存在因可燃物質(zhì)泄漏引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。通過定量風(fēng)險(xiǎn)分析，預(yù)測(cè)可能形成長(zhǎng)2 m、直徑0.3 m的噴射火焰；火焰噴射方向隨機(jī)，假設(shè)有8個(gè)方向的可能，如圖2(b)所示。在這個(gè)危險(xiǎn)場(chǎng)景下，計(jì)算探測(cè)器對(duì)可能出現(xiàn)火焰區(qū)域的探測(cè)覆蓋率就是FGS場(chǎng)景覆蓋率。經(jīng)計(jì)算，在火焰可能出現(xiàn)的區(qū)域內(nèi)，88%的區(qū)域被2臺(tái)探測(cè)器同時(shí)覆蓋，即本案例的FGS場(chǎng)景覆蓋率為88%。

圖2 FGS探測(cè)覆蓋率分析案例

在實(shí)際工程項(xiàng)目中，現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境更復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)也更多，簡(jiǎn)化的二維理論模型分析不易實(shí)施，且偏差較大。通?？刹捎?D建模的方式，利用幾何投影技術(shù)相關(guān)工程軟件進(jìn)行FGS探測(cè)覆蓋率的細(xì)化分析。在火氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化等環(huán)節(jié)， FGS探測(cè)覆蓋率分析技術(shù)都可發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3 FGS安全完整性評(píng)估技術(shù)

火氣系統(tǒng)作為安全儀表系統(tǒng)的一個(gè)分支，系統(tǒng)的安全完整性可按相關(guān)功能安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定量評(píng)估[5]。

為了保證工藝裝置的生產(chǎn)安全，安全儀表系統(tǒng)必須具備與工藝過程相適應(yīng)的SIL可靠度。評(píng)估安全完整性等級(jí)SIL的主要參數(shù)為PFDavg，按其從高到低依次分為1～4級(jí)。石化行業(yè)一般涉及的只有1～3級(jí)[6-7]。低要求模式下，SIL與PFDavg及目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)降低能力(target risk reduction，TRR)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 低要求模式下SIL、PFDavg、TRR對(duì)應(yīng)關(guān)系

火氣系統(tǒng)每項(xiàng)SIF實(shí)際具備的SIL是由回路中各環(huán)節(jié)的失效概率所決定的[8]。IEC 61508/IEC 61511給出了系統(tǒng)平均失效概率計(jì)算和評(píng)估的指導(dǎo)方法，最常用的方法為可靠性框圖法、馬爾可夫模型法[8-9]。針對(duì)每個(gè)SIF的PFDavg計(jì)算步驟如下。

(1)畫出表示傳感器子系統(tǒng)(輸入)各部件、邏輯子系統(tǒng)各部件、最終元件子系統(tǒng)(輸出)各部件的塊圖，將每一個(gè)子系統(tǒng)描繪成MooN表決組結(jié)構(gòu)。

(2)確定檢驗(yàn)測(cè)試時(shí)間間隔(test interval，TI)；確定每次失效的平均恢復(fù)時(shí)間(mean time to restoration，MTTR)。

(3)對(duì)于每一個(gè)子系統(tǒng)的表決組，確定：

①表決結(jié)構(gòu)(例如2oo3)；

②每個(gè)通道的診斷覆蓋率(diagnostic coverage，DC)(例如60%)；

③每個(gè)通道的失效率(每小時(shí))λ(包括：λD、λS、λDD、λDU、λSD、λSU)；

④表決組中通道之間相互作用的共同原因失效的系數(shù)β。

(4)將確定的參數(shù)代入數(shù)學(xué)模型，計(jì)算每個(gè)子系統(tǒng)的失效概率PFDavg。PFDavg計(jì)算模型如圖3所示。

圖3 PFDawg計(jì)算模型示意圖

計(jì)算模型此處不作進(jìn)一步詳述，具體方法可參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)IEC 61508/IEC 61511，評(píng)估SIF的SIL時(shí)，不僅要考察SIF的PFDawg是否符合表2的要求，同時(shí)還需考評(píng)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)約束是否滿足表3的要求。對(duì)于結(jié)構(gòu)約束的考評(píng)，主要針對(duì)安全失效分?jǐn)?shù)(safe failure fraction，SFF)和硬件故障裕度(hardware fault tolerance，HFT)2個(gè)參數(shù)。

表3 SIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)約束要求

表3中：A型子系統(tǒng)指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的常用設(shè)備，如閥門、繼電器、檢測(cè)開關(guān)等；B型子系統(tǒng)指結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、或者采用維處理器技術(shù)的設(shè)備，如可編程控制器、智能變送器等。

4 應(yīng)用案例

以海上平臺(tái)典型甲板為案例，對(duì)火氣系統(tǒng)功能有效性評(píng)估流程和方法進(jìn)行介紹。

分析對(duì)象基本信息：海洋平臺(tái)某甲板撬塊內(nèi)部布置3個(gè)罐體，罐內(nèi)為可燃物質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。甲板四周設(shè)置3臺(tái)火焰探測(cè)器，監(jiān)測(cè)撬塊內(nèi)火災(zāi)事件。甲板撬塊FGS保護(hù)模型如圖4所示。

圖4 甲板撬塊FGS保護(hù)模型

火氣系統(tǒng)功能有效性評(píng)估流程如下。

①用戶的可接受風(fēng)險(xiǎn)分析。通過用戶的可接受風(fēng)險(xiǎn)分析，確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，作為火氣系統(tǒng)功能效性的評(píng)判準(zhǔn)則。本案例預(yù)定的可接受風(fēng)險(xiǎn)為1×10-4/年，即用戶可容忍此撬塊發(fā)生火災(zāi)災(zāi)害的頻率為10 000年1次。

②火災(zāi)初始風(fēng)險(xiǎn)分析。火災(zāi)初始風(fēng)險(xiǎn)分析主要是綜合考慮被保護(hù)對(duì)象的溫度、壓力、組分及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素，通過定量風(fēng)險(xiǎn)分析(quantitative risk analysis，QRA)、裝置失效分析、經(jīng)驗(yàn)假設(shè)、歷史比對(duì)等方法對(duì)火災(zāi)可能出現(xiàn)的范圍及頻率進(jìn)行定量評(píng)定，作為FGS功能有效性評(píng)估的輸入項(xiàng)。火災(zāi)初始風(fēng)險(xiǎn)分析相關(guān)技術(shù)已超出本文范圍，此處不作細(xì)化。對(duì)本案例作簡(jiǎn)化分析后，得出結(jié)論：火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域?yàn)槿鐖D4中的虛線區(qū)域，火災(zāi)發(fā)生頻率Funmitigated=1.0×10-3次/年。

③FGS探測(cè)覆蓋率分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)火氣探頭的布置情況，采用3D投影技術(shù)計(jì)算探測(cè)覆蓋率，得出FGS探測(cè)覆蓋區(qū)域分布情況(h=1.5 m)如圖5所示。

圖5 FGS探測(cè)覆蓋區(qū)域分布圖(h=1.5 m)

計(jì)算得出火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的FGS探測(cè)覆蓋率如表4所示?；饸庀到y(tǒng)設(shè)定的現(xiàn)場(chǎng)探頭表決制作為2ooN，故此案例的FGS探測(cè)覆蓋率為77.9%。

表4 FGS探測(cè)覆蓋率

④FGS安全完整性分析。本案例的SIF回路由現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器、邏輯控制器和終端執(zhí)行器組成，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器表決結(jié)構(gòu)為2ooN，邏輯控制器為1oo2D冗余結(jié)構(gòu)，輸出啟動(dòng)消防電磁閥組為1oo2結(jié)構(gòu)。SIL回路內(nèi)各環(huán)節(jié)硬件的可靠性數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 FGS回路的可靠性數(shù)據(jù)

FGS子系統(tǒng)失效概率計(jì)算表如表6所示。

表6 FGS子系統(tǒng)失效概率計(jì)算表

計(jì)算SIL回路整體的失效概率為：

FGS的硬件有效性為：1-0.84×10-3=99.916%。在失效概率層面，該FGS系統(tǒng)的硬件配置可達(dá)到SIL2的水平。

⑤FGS減災(zāi)有效性分析。FGS系統(tǒng)正常啟動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的輸出信號(hào)，后續(xù)的消防、噴淋、應(yīng)急系統(tǒng)將進(jìn)一步對(duì)火災(zāi)進(jìn)行撲救及抑制[10]。FGS減災(zāi)有效性取決于減災(zāi)措施的啟動(dòng)速度和災(zāi)難削減能力。對(duì)于此方面的分析，本文不作進(jìn)一步詳述。假設(shè)本案例的減災(zāi)有效性為0.95，即FGS正常啟動(dòng)后，減災(zāi)措施抑制災(zāi)難發(fā)生及惡化的幾率為95%。

⑥FGS功能有效性績(jī)效評(píng)估。應(yīng)用事件樹模型，評(píng)估火氣系統(tǒng)的功能有效性如圖6所示。

圖6 FGS功能有效性評(píng)估模型

此火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)在無其他獨(dú)立保護(hù)層的情況下，當(dāng)前的火氣過程風(fēng)險(xiǎn)為：

R=CWA×Funmitigated×PFD(IPL1)×PFD(IPL2×…×PFD(IPLn)=0.27×1.0×10-3×1×…×1=2.7×10-4/年

此數(shù)值超過了用戶的可容忍風(fēng)險(xiǎn)1×10-4/年，可判定當(dāng)前配置下火氣系統(tǒng)的功能有效性尚無法滿足用戶的風(fēng)險(xiǎn)削減要求。

⑦改進(jìn)與優(yōu)化。當(dāng)前火氣系統(tǒng)配置無法滿足風(fēng)險(xiǎn)控制要求，需進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。分析系統(tǒng)的幾項(xiàng)指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)：在當(dāng)前系統(tǒng)的相關(guān)硬件安全完整性已達(dá)到較高水準(zhǔn)(SIL2)的情況下，系統(tǒng)的探測(cè)覆蓋率僅為77.9%，還有進(jìn)一步提升的空間。

設(shè)計(jì)兩套方案實(shí)現(xiàn)FGS探測(cè)覆蓋率提升：方案一，將現(xiàn)場(chǎng)探頭表決方式更改為1ooN(單探頭報(bào)警即響應(yīng)輸出)，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)覆蓋率可增加至98.1%(數(shù)據(jù)見表4)；方案二，現(xiàn)場(chǎng)增加布置一個(gè)火焰探測(cè)器，改進(jìn)的FGS保持模型如圖7所示。經(jīng)計(jì)算，方案二的探測(cè)覆蓋率可增至97.2%。

圖7 改進(jìn)的FGS保護(hù)模型(方案二)

FGS改進(jìn)方案對(duì)比如表7所示。

表7 FGS改進(jìn)方案對(duì)比

通過參數(shù)對(duì)比，兩個(gè)改進(jìn)方案均能有效提高FGS現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)覆蓋率，并使得火氣系統(tǒng)的整體功能有效性滿足現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的控制要求。但是，考慮到1ooN的探頭表決結(jié)構(gòu)會(huì)增加系統(tǒng)的誤報(bào)警幾率，降低系統(tǒng)的可用性，對(duì)正常生產(chǎn)造成不良影響，故建議在條件允許的情況下，采用增加現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器的方式(方案二)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

5 結(jié)束語(yǔ)

火氣系統(tǒng)作為石化現(xiàn)場(chǎng)重要的安全保障系統(tǒng)，其功能有效性越來越受到重視。相比于預(yù)防保護(hù)層的安全儀表系統(tǒng)，影響火氣系統(tǒng)功能有效性的因素則更為復(fù)雜。

利用事件樹風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，可以從探測(cè)覆蓋率、系統(tǒng)安全完整性及災(zāi)難抑制措施有效性三個(gè)層面，定量分析系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)抑制能力和功能有效性，實(shí)現(xiàn)對(duì)火氣系統(tǒng)功能有效性的績(jī)效評(píng)估。

[1] 徐偉華.火/氣探測(cè)系統(tǒng)與安全儀表技術(shù)[J].自動(dòng)化博覽,2011(S1):16-18.

[2] Instrument Society of America.ISA-TR84.00.07 Technical Report Guidance on the Evaluation of Fire,Combustible Gas and Toxic Gas System Effectiveness[R].2010.

[3] 張照千.基于FGS風(fēng)險(xiǎn)模型定量分析探測(cè)效果[J].石油化工自動(dòng)化,2011,5(10):5-8.

[4] General Monitors Systems Asia.Technical Report SIL 104:Impact of gas detection coverage on SIF SIL rating[R].2008.

[5] International Electro technical Commission.IEC61511 Functional Safety-safety Instrumented Systems for the Process Industry Sector[R]. 2003.

[6] 張建國(guó).安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社,2010.

[7] 陽(yáng)憲惠,郭海濤.安全儀表系統(tǒng)的功能安全[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

[8] 吳少國(guó),張麗麗,俞文光.在役安全儀表系統(tǒng)的SIL驗(yàn)證方法與實(shí)例[J].自動(dòng)化儀表,2016,37(1):6-8.

[9] 許忠儀.安全儀表系統(tǒng)(SIS)的SIL評(píng)估[J].化工自動(dòng)化及儀表,2009,36(5):62-66.

[10]李季.火氣系統(tǒng)在海上油氣田的應(yīng)用研究[J].儀器儀表用戶,2015,21(2):43-45.

Performance Evaluation Method for Function Effectiveness of FGS

LIU Yu,ZHANG Haifeng,LU Tong

(CNOOC Technical Inspection Co.,Ltd.,Tianjin 300452，China)

As one of the safety instrument systems of the disaster mitigation and protection layer,with the goal of eliminating the risks of fire and gas leakage,the fire and gas system (FGS) plays an important protective role in petrochemical fields.Risk suppression capability depends on the functional effectiveness of FGS;it is affected by many factors,such as the layout of the detectors in the field,the configuration of the system,and the capability of emergency response and extinguishing,etc.To achieve the performance evaluation of functional effectiveness of FGS,it is necessary to comprehensively analyze multiple factors.The event tree risk analysis model recommended by ISA-TR84.00.07 can be used;the analysis includes three aspects,i.e.,the coverage of detection,the safety integrity,and the disaster mitigation measures,then the functional effectiveness of system and risk suppression capability are calculated,thus the quantitative evaluation is implemented. Through analyzing the practical cases,the basic theories and methods of the coverage analysis technology and safety integrity assessment technology are introduced and sorted,the operability of the assessment theory based on event tree model is verified.It is proved that event tree model combing with the basic theories of detector coverage and functional safety is effective for function effectiveness evaluation of FGS.

Monitoring and alarm; Safety instrumented system; Safety integrity level； Functional safety; SFF; HFT

劉宇(1981—)，男，碩士，工程師，主要從事海洋石油儀表系統(tǒng)檢測(cè)評(píng)估的研究和應(yīng)用工作。E-mail:liuyu21@cnooc.com.cn。

TH701；TP277

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201704006

修改稿收到日期：2017-01-23