張曉北 王懿

摘 ?要：隨著環(huán)保形勢的嚴峻，聯(lián)合循環(huán)電站因能大幅度提高火力發(fā)電廠熱效率，并解決污染問題，所以成為一種很有發(fā)展前景的發(fā)電技術。汽輪機組容量在不斷增大，蒸汽參數(shù)越來越高，熱力系統(tǒng)越來越復雜。在電站生產(chǎn)運行過程中，設備種類多，工藝復雜，所以要求控制系統(tǒng)不能存在任何安全薄弱環(huán)節(jié)，一旦系統(tǒng)中的工藝設備和儀表工作失常，就可能造成控制系統(tǒng)故障甚至設備停車，發(fā)生高溫蒸汽泄漏、爆炸、火災等事故。主機跳閘保護系統(tǒng)是一種降低生產(chǎn)過程風險的安全保護系統(tǒng)，SIL認證是對主機跳閘保護系統(tǒng)的安全完整性等級進行評估和確認的一種第三方評估、驗證和認證。該文結合某海外工程對SIL的認證方法做了介紹。

關鍵詞：SIL ?跳閘保護 ?認證 ?保護層分析

中圖分類號：U66 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（b）-0034-02

1 ?SIL簡介

SIL認證是基于有關國際標準，對安全設備的安全完整性等級（SIL）或性能等級（PL）評估以及確認，SIL認證是一種第三方評估、驗證和認證。安全認證主要涉及硬件可靠性計算和評估、軟件評估、環(huán)境試驗、EMC電磁兼容性測試以及安全設備開發(fā)流程的文檔管理（FSM）評估等內(nèi)容。

SIL認證分為4個等級，分別為SIL1、SIL2、SIL3、SIL4，包含了對產(chǎn)品和對系統(tǒng)兩個不同層次。其中，SIL4對安全設備的要求最高。

SIL認證適用于所有用來實現(xiàn)過程控制安全功能的儀表及設備，分為安全部件類和安全系統(tǒng)類，例如，安全部件類：傳感器、壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器、物位變送器、物位開關、可編程控制器、現(xiàn)場執(zhí)行機構（氣動/液動/電動）、安全開關、電磁閥、截止閥、安全閥門、隔離柵等;安全系統(tǒng)類：SIS系統(tǒng)（安全儀表系統(tǒng)）、燃燒管理系統(tǒng)（BMS）、儀表保護系統(tǒng)（IPS）、ESD（緊急停車系統(tǒng)）等。

SIL相關主要標準有IEC61508、IEC61511以及IEC62061等。

2 ?SIL定級方法

SIL定級的方法主要有兩類：定性方法的和定量方法。定性方法通過分析風險的后果和發(fā)生風險的可能性分類來描述風險類型，主要有風險矩陣法和風險圖法。定量方法中LOPA分析方法作為一種計算SIL的半定量方法，被廣泛應用。

2.1 風險矩陣

風險矩陣法是基于分類的方法，這種分類可根據(jù)量化的指標，也可根據(jù)定性的描述。用戶需要創(chuàng)建一個矩陣，該矩陣為風險的后果和可能性制定了大致的分類。矩陣的二維坐標（行x、列y）分別為后果和可能性，這樣每一個矩陣元素為—個SIL。

風險矩陣法是一種比較簡單的SIL定級方法。

2.2 風險圖法

風險圖法是根據(jù)德國工業(yè)標準開發(fā)的，在歐洲得到了廣泛應用。風險矩陣中只考慮了后果和可能性兩個參數(shù)，風險圖法考慮了4個參數(shù)來確定SIL等級，這4個參數(shù)為：危險事件的后果（c）、處于危險區(qū)域的頻度（F）、盛開風險狀況的概率（P）和不期望事件的概率（W）。SIL等級的確定是從左面的起點到右面的方格形成一條路徑，按照C、F、P參數(shù)的大小，決定這三者的選中行，具體被選中的行中哪一個方格被選中則取決于W參數(shù)的大小。

2.3 保護層分析法（LOPA）

保護層分析法是一種簡化的風險評估方法。首先需要通過對現(xiàn)有保護措施的可靠性進行量化的評估，以確定現(xiàn)有條件下消除或降低風險的能力，確定采取安全保護措施之前的風險水平，然后分析采取安全保護措施后將風險水平降低的程度。保護層分析法被IEC61511確定為安全儀表系統(tǒng)完整性水平的推薦方法之一。

3 ?工程SIL應用

某海外聯(lián)合循環(huán)電站工程主機跳閘系統(tǒng)需要SIL認證的有燃機控制保護系統(tǒng)、燃機超速保護系統(tǒng)、燃機火焰檢測系統(tǒng)、汽機超速保護系統(tǒng)、余熱鍋爐緊急跳閘系統(tǒng)。

在認證方式的選擇上，該工程選擇了保護層分析（LOPA）。

在分析過程中，通過場景識別與篩選，我們選出了以下13個初始事件：（1）高壓汽包壓力高高;（2）高壓汽包液位低低;（3）高壓汽包溫度高高;（4）#2再熱器溫度高高;（5）中壓汽包壓力高高;（6）中壓汽包液位低低;（7）中壓汽包溫度高高;（8）低壓汽包壓力高高;（9）低壓汽包液位低低;（10）燃氣凝結儲罐液位低低;（11）汽輪機轉(zhuǎn)速高高;（12）汽輪機振動高高;（13）汽輪機軸承溫度高高。

通過IPL評估及場景頻率計算，我們得出了每種初始事件下需要的SIL等級。其中無特別安全要求的有8個，分別為：（1）高壓汽包液位低低;（2）高壓汽包溫度高高;（3）中壓汽包壓力高高;（4）中壓汽包液位低低;（5）中壓汽包溫度高高;（6）低壓汽包液位低低;（7）燃氣凝結儲罐液位低低;（8）汽輪機軸承溫度高高。需要SIL等級為1級的有3個：（1）高壓汽包壓力高高;（2）#2再熱器溫度高高;（3）低壓汽包壓力高高。需要SIL等級為1級的有2個：（1）汽輪機轉(zhuǎn)速高高;（2）汽輪機振動高高。

在5個需要驗證SIL等級的初始事件中，我們通過安全儀表功能（SIF）來降低事件的風險。通過考慮現(xiàn)場傳感器冗余度、DCS中邏輯運算等因素，經(jīng)過SIF軟件計算，我們得出了針對5種不同情況，不同的SIF完整性等級，其中，高壓汽包壓力高高對應的SIF完整性等級為8.60×10-3;#2再熱器溫度高高對應的SIF完整性等級為8.51×10-3;低壓汽包壓力高高對應的SIF完整性等級為8.60×10-3;汽輪機轉(zhuǎn)速高高對應的SIF完整性等級為8.45×10-3;汽輪機振動高高對應的SIF完整性等級為8.55×10-3。5個事件的SIF完整性等級處在10-2～10-3之間，它們的SIL等級能力都為SIL2，所以滿足前面所述的初始條件下所需要的SIL等級。

4 ?結語

安全是工業(yè)生產(chǎn)永恒的主題。對主機跳閘保護系統(tǒng)等安全設備的安全完整性等級（SIL）進行第三方評估、驗證和認證，是生產(chǎn)過程安全的有效保障。

進行LOPA分析是為了確認對于事故后果非常嚴重的風險現(xiàn)有的安全保護措施是否足夠，是否有必要增加新的SIS保護措施，以及增加的SIS系統(tǒng)的風險降低目標的大小。而增加的SIS系統(tǒng)能否實現(xiàn)所要求的SIF，則需通過SIL分析進行驗證。開展SIL分析，能夠?qū)ΡＷo系統(tǒng)的SIS系統(tǒng)進行設計、評估、驗證，使項目SIL的設計以及執(zhí)行達到最優(yōu)化，用最低的成本實現(xiàn)項目的安全需求。

增強對SIL認證重要性的認識，國內(nèi)設計部門、集成商、設備制造商和設備供應商可以正確運用相關國際標準來實現(xiàn)工程所要求的安全功能，與國際工程接軌，積極開展SIL認證，以保證國產(chǎn)儀表和控制系統(tǒng)在各個工業(yè)生產(chǎn)中的安全使用，能夠大大提高國產(chǎn)儀表和控制系統(tǒng)在國際市場上的核心競爭力。

參考文獻

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