安全仪表系统工程设计与应用 第2版PDF电子书下载

1概述 1

1.1安全仪表系统 2

1.2本书服务对象 3

1.3本书意图 3

1.4业界的困惑 4

1.4.1技术选择 5

1.4.2冗余选择 5

1.4.3现场仪表 5

1.4.4测试周期 5

1.4.5厂商宣传 6

1.4.6认证与早先使用 6

1.5工业指南、标准以及法规 6

1.5.1 HSE-PES 7

1.5.2 AIChE-CCPS 7

1.5.3 IEC 61508 7

1.5.4 ANSI/ISA-84.00.01—2004（IEC 61511 Mod）和ANSI/ISA-84.01—1996 8

1.5.5 NFPA 85 8

1.5.6 API RP 556 9

1.5.7 API RP 14C 9

1.5.8 OSHA （29 CFR 1910.119-高危险化学品的过程安全管理） 9

1.6标准制定思路的变化 11

1.7不能仅凭感觉 12

1.8自满是危险的 13

1.9学习永无止境 14

小结 14

参考文献 15

2安全生命周期 16

2.1后知后觉与先知先觉 17

2.2 HSE的调查结果 18

2.3安全生命周期 20

2.3.1危险和风险分析 21

2.3.2将安全功能分配到保护层 21

2.3.3编制安全要求规格书 22

2.3.4 SIS设计和工程 22

2.3.5安装、调试及确认 23

2.3.6操作和维护 23

2.3.7修改 24

2.3.8停用 24

小结 24

参考文献 24

3过程控制与安全控制 26

3.1控制和安全定义 27

3.2过程控制的特征——主动的或动态的 28

3.2.1需要频繁更改控制方式 28

3.3安全控制的特征——被动的或休眠的 29

3.3.1需要限制更改 30

3.3.2要求模式与连续模式 30

3.4控制系统和安全系统分别设置 30

3.4.1 HSE-PES 31

3.4.2 AIChE-CCPS 31

3.4.3 IEC 61508 32

3.4.4 ANSI/ISA-84.00.01—2004 32

3.4.5 API RP 14C 33

3.4.6 API RP 554 34

3.4.7 NFPA 85 34

3.4.8 IEEE 603 34

3.5共因失效与系统或功能失效 35

3.5.1人力因素 36

小结 37

参考文献 37

4保护层 39

4.1预防保护层 42

4.1.1工艺装置设计 42

4.1.2过程控制系统 43

4.1.3报警系统 43

4.1.4操作规程 44

4.1.5停车、联锁仪表系统（安全仪表系统——SIS） 45

4.1.6物理保护措施 45

4.2减轻保护层 45

4.2.1封闭系统 45

4.2.2洗涤设备和火炬 46

4.2.3火气（F＆G）系统 46

4.2.4紧急疏散程序 47

4.3差异化措施 47

小结 48

参考文献 49

5编制安全要求规格书 50

5.1概述 51

5.2 44%的事故归咎于不正确的技术要求规格书 51

5.2.1管理系统 52

5.2.2工作程序 53

5.2.3评估的时间安排 53

5.2.4核心人员参与审查过程 54

5.2.5职责不明 54

5.2.6培训和工具 54

5.2.7复杂性和不切实际的预期 54

5.2.8文档不完整 55

5.2.9规格书最终审查不到位 57

5.2.10规格书中存在未被认可的背离 57

5.3 ANSI/ISA-84.00.01—2004（IEC 61511 Mod）第1～3部分的要求 57

5.4规格书文档要求 59

小结 59

参考文献 60

6确定安全完整性等级（SIL） 61

6.1概述 62

6.2责任主体 63

6.3技术方法 63

6.4共性问题 64

6.5评估风险 64

6.5.1危险 64

6.5.2风险 65

6.5.3致死率 65

6.5.4现代社会的内在风险 66

6.5.5自愿风险与非自愿风险 67

6.5.6可容忍风险 68

6.5.7过程工业可容忍风险 68

6.6安全完整性等级 70

6.7 SIL定级方法1——合理尽可能低的原则（ALARP） 71

6.8 SIL定级方法2——风险矩阵 72

6.8.1评估频率 73

6.8.2评估严重性 73

6.8.3评估整体风险 74

6.8.4附加保护层的有效性 74

6.9 SIL定级方法3——风险图 76

6.10 SIL定级方法4：保护层分析（LOPA） 77

6.10.1可容忍的风险 78

6.10.2触发事件频率 79

6.10.3安全保护层的安全性能水平 79

6.10.4 LOPA举例 80

小结 83

参考文献 83

其他资料 84

7选择技术 85

7.1气动系统 86

7.2继电器系统 86

7.3固态系统 88

7.4微处理器、PLC（基于软件的）系统 89

7.4.1灵活性优缺点 90

7.4.2软件问题 90

7.4.3通用PLC 91

7.4.4安全PLC 94

7.5与系统规模有关的问题 97

7.6与系统复杂性有关的问题 98

7.7与其他系统之间的通信 98

7.8认证与早先使用 99

小结 100

参考文献 101

8系统评估 102

8.1透过现象看本质 103

8.2前期分析的重要性 105

8.2.1事先警告 105

8.3怎样获取失效率信息？ 106

8.3.1维护记录 107

8.3.2供货商记录 107

8.3.3第三方数据库 107

8.3.4军用形式的计算 108

8.4失效模式 108

8.4.1安全失效、危险失效 109

8.4.2检测出的失效、未被检测出的失效 110

8.5测量尺度 110

8.5.1失效率、MTBF以及生命期 112

8.6建模的精确程度 113

8.7建模方法 114

8.7.1可靠性方块图 114

8.7.2故障树 115

8.7.3马尔可夫模型 116

8.8冗余的影响 116

8.9基本公式 119

8.9.1人工测试持续时间的影响 120

8.10继电器系统分析 121

8.11非冗余PLC系统分析 121

8.12 TMR系统分析 122

8.12.1公共原因 123

8.13现场仪表 125

8.13.1阀门的部分行程测试 126

8.14故障容错要求 128

8.15 SIS设计样本 129

8.16分析系统性能的工程工具 130

小结 130

参考文献 131

9与现场仪表有关的问题 133

9.1概述 134

9.2现场仪表的重要性 134

9.2.1现场仪表对系统性能的影响 134

9.2.2系统失效各部分比例 135

9.3传感器 136

9.3.1概述 136

9.3.2检测开关 138

9.3.3变送器 139

9.3.4传感器的失效诊断 140

9.3.5智能变送器 141

9.4最终元件 141

9.4.1概述 142

9.4.2阀门的失效诊断 143

9.4.3智能阀门定位器 143

9.5冗余 144

9.5.1表决配置和冗余 145

9.6现场仪表设计要求 147

9.6.1传感器设计要求 148

9.6.2最终元件设计要求 149

9.7安装关注点 151

9.8现场仪表接线 151

小结 152

参考文献 152

10安全系统的工程实施 153

10.1管理要求 154

10.1.1时间安排和工作内容定义 154

10.1.2人员 154

10.1.3沟通 155

10.1.4文档 155

10.2硬件设计考虑 155

10.2.1得电关停与失电关停系统 155

10.2.2系统诊断 156

10.2.3共因的最小化 157

10.2.4盘柜设计 157

10.2.5环境因素 158

10.2.6供电 158

10.2.7接地 159

10.2.8检测开关和继电器的选择 159

10.2.9旁路 159

10.2.10功能测试 160

10.2.11安保措施 160

10.2.12操作员接口 161

10.3软件设计考虑 162

10.3.1软件的生命周期 162

10.3.2程序和编程语言类型 164

10.3.3软件性能的量化 165

10.3.4软件测试 166

小结 167

参考文献 167

11安全系统的安装 168

11.1概述 169

11.2术语 170

11.3工厂验收测试（FAT） 171

11.4安装 172

11.4.1安装检查 173

11.5确认、现场验收测试（SAT） 174

11.5.1必要的文档 175

11.6功能安全评估、开车前安全审查（PSSR） 175

11.7培训 176

11.8交付给工艺操作部门 177

11.9开车 177

11.10开车之后的后续活动 178

小结 178

参考文献 179

12功能测试 180

12.1概述 181

12.2测试的需要 181

12.2.1 ANSI/ISA-84.00.01—2004对功能测试的要求 184

12.2.2一般性指南 185

12.3确定测试频率 186

12.4测试的责任主体 187

12.5测试装备和规程 187

12.6文档 189

12.6.1测试规程文档样本 190

小结 192

参考文献 192

13系统的变更管理 193

13.1概述 194

13.2变更管理的需要 194

13.3何时要求变更管理（MOC）？ 195

13.4何时不适用变更管理？ 196

13.5 ANSI/ISA-84.00.01—2004的要求 197

13.6变更管理（MOC）规程 199

13.7变更管理（MOC）文档 200

小结 201

参考文献 201

14安全系统的可行性评判 202

14.1概述 203

14.2安全系统失效模式 204

14.3可行性评判 206

14.4评判的责任主体 207

14.5如何进行评判 207

14.6生命周期成本 209

14.7审查示例 210

14.8生命周期成本分析 214

14.9优化安全、可靠性以及生命周期成本 216

小结 217

参考文献 217

15 SIS设计检查表 218

15.1概述 219

15.2检查表概览 220

第1部分：管理要求 221

第2部分：安全要求规格书 222

第3部分：SIS的概念设计 223

第4部分：SIS的详细设计 224

第5部分：供电和接地 225

第6部分：现场仪表 226

第7部分：操作员接口 227

第8部分：维护和工程接口 228

第9部分：通信 228

第10部分：硬件技术规格书 229

第11部分：硬件制造 230

第12部分：应用逻辑要求 230

第13部分：嵌入（厂商）软件 231

第14部分：软件组态 232

第15部分：工厂测试 233

第16部分：安装和调试 234

第17部分：操作和维护 236

第18部分：测试 237

第19部分：变更管理 238

第20部分：停用 239

参考文献 239

16案例分析 240

16.1概述 241

16.2安全生命周期及其重要性 241

16.3案例描述：加热炉、燃烧加热器安全停车系统 243

16.4分析范围 244

16.5确定SIL目标值 245

16.6制定安全要求规格书（SRS） 246

16.7 SIS概念设计 249

16.8生命周期成本分析 251

16.9验证概念设计满足SIL要求 252

16.10详细设计 253

16.11安装、调试，以及开车前测试 254

16.12操作和维护规程 254

小结 256

参考文献 256