夏刚

(中石化江汉盐化工湖北有限公司，湖北 潜江 433123)

1 基本情况

中石化江汉盐化工湖北有限公司(以下简称“江汉盐化工”)是江汉油田综合开发利用地下盐卤资源而兴建的综合性化工企业。江汉盐化工具备60万t/a盐硝联产、20万t/a离子膜烧碱、6万t/a钠法漂粉精和3万t/a强氯精的生产能力，产品主要有工业盐和食用盐、离子膜烧碱和液氯、漂粉精和强氯精等3个系列10多个品种。

江汉盐化工电解V装置产能为4万t/a,由I槽、J槽电解单槽组成，采用蓝星(北京)化工机械有限公司电解槽工艺，于2011年4月20日投产。电解工艺是国家首批重点监管的危险化工工艺，为满足安全管理的相关要求，江汉盐化工对电解V装置开展了装置联锁回路的SIL评估工作，为后期电解装置配置独立的SIS系统提供设计依据。

SIL定级方法有风险图法、风险矩阵法和保护层分析法，此次对电解V装置进行SIL定级采用的方法是保护层分析法(LOPA)。

2 SIL评估基本情况

2.1 评估目的

SIL定级是在HAZOP分析的基础上，对分析范围内带控制点的工艺流程图(PID)的安全设计进行评估，针对潜在的危害严重性事件，识别风险的可接受性，对安全仪表系统进行设计评估，能对误操作的后果进行分析评价并提出相应的改进措施和防范建议，继而确定整个回路的安全仪表完整性等级要求[1]。

2.2 评估方法

保护层分析(LOPA)技术是在危险识别的基础上，进一步评估事故场景中保护措施的有效性，确保事故场景的风险减少到可接受水平的一种方法，其典型的分析方法如图1所示。

IPL表示有效的独立保护层；PFD表示独立保护层的失效概率图1 典型的LOPA分析图Fig.1 Typical LOPA analysis chart

LOPA典型分析步骤为：①识别后果，筛选场景，②选择一个原因/后果场景；③识别场景初始事件，并确定初始事件的频率，④识别独立保护层(IPL)，评估每个IPL的需求时的失效概率(PFD)；⑤计算初始事件减缓后的发生频率，根据后果和发生的频率评估场景风险；⑥进行风险决策。

独立保护层(IPL)：能够阻止场景向不期望后果发展，并且独立于场景的初始事件或其他保护层的一种设备、系统或运动。

要求时的失效概率(PFD)：系统要求独立保护层起作用时，独立保护层失效，不能完成一个具体功能的概率。

平均误动作停车时间间隔(MTTFS):MTTFS代表了因SIF回路中任一元件的安全失效所导致装置的误停车。

2.3 SIL定级标准

SIL定级依据《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》(GB/T 20438—2017/IEC 61508—2010，IDT)，标准将安全完整性等级(SIL)定义为4个等级，即SIL1～SIL4。

SIL4对应的安全仪表系统等级最高，要求安全仪表系统能将该SIF回路降低4个数量级，SIL1对应的安全仪表系统等级最低，要求安全仪表系统能将该SIF回路降低1个数量级。表1给出了低要求模式下SIL等级所对应的需求时的失效概率PFD范围及相应的风险降低因子(Risk Reduction Factor)RRF范围。

表1 安全完整性等级对低要求操作模式下的失效概率要求Table 1 failure probability required by safety integrity levelin the case of low demand operation mode

SIL验证是评估每一个SIF回路的结构约束与要求时失效概率(PFDavg)是否满足SIL等级的要求，并满足相关规范要求。根据SIF回路的结构组成，对每一SIF回路的PFDavg、RRF和结构约束进行评估。验证SIF回路是否能够达到目标SIL等级的要求。

3 SIL定级结果

采用LOPA分析方法对江汉盐化工电解V装置开展了SIL定级，每条安全仪表功能回路的传感单元、执行单元、安全仪表功能等信息均被识别出来,并且每条安全仪表功能回路对安全仪表系统在安全方面、环境方面和财产损失方面要求的安全完整性等级及最终要求的安全完整性等级也被确定出来。

表2列出了电解V装置部分回路的SIL等级。

表2 电解V装置部分回路SIL分级一览表Table 2 SIL grading of some circuits for electrolytic device V

采用Markov模型[2]对电解V装置SIF回路的结构约束和要求时的失效概率进行了验证计算，验证过程中部分参数设置如下:操作模式为低需求模式，设备使用寿命为10年，检验测试周期为3年，故障修复时间MTTR定为8 h。表3列举了等级验证计算结果。

表3 电解V装置部分回路SIL验证计算结果Table 3 SIL verification calculation results of some circuits for electrolytic device V

表3表明：在现有的配置条件下，分析的6条回路均满足目标SIL定级要求。

4 结语

(1)采用LOAP分析方法对江汉盐化工电解V装置开展了SIL定级，为下一步电解V装置配置独立的安全仪表系统(SIS)提供了设计基础。

(2)对定级回路开展了SIL等级验证，结果表明，在现有的配置条件下，各回路均满足SIL定级要求。

(3)通过对电解装置各回路进行SIL定级，能有效地发现电解装置中仪表系统配置存在的薄弱环节，提出针对性的解决措施，从而提高装置的本质安全水平，为装置的安稳长满优运行奠定基础。