石油化工安全仪表系统设计规范内容.docx

1、石油化工安全仪表系统设计规范内容1总则 1.1 本规范适用于新建、改扩建石油化工装置(或工厂)安全仪表系统的工程设计。石油化工厂公用工程及辅助设施等工程设计可参照执行。 1.2 安全仪表系统的工程设计必须满足石油化工装置(或工厂）安全等级的要求。 1.3 相关标准如下： IEC 61508 “Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems.” IEC 61511 “Functional safety: safety instrumented systems for

2、 the process industry sector.” ANSI/ISA-84.01 Application of safety instrumented system for the process industries. DIN V 19250 Programmable safety system. IEC 61131 Programmable controller. 执行本标准时，尚应符合国家现行有关标准的要求。1.4 2 名词术语 下列术语适用于本规范: 2.1 危险故障 Dangerous Failure 指能够导致安全仪表系统处于危险或失去功能的故障。 2.2 安全仪表系统

3、Safety Instrumented System (SIS) 指能实现一个或多个安全仪表功能的系统。系统包括传感器，逻辑运算器和最终执行元件。 2.3 安全度等级 Safety Integrity Level(SIL) 指用于描述安全仪表系统安全的等级，共4级 ， 4为最高级， 1为最低级。 2.4 最终执行元件 Final Element 指安全仪表系统的一部分，执行必要的动作，使系统达到安全状态。 2.5 逻辑功能 Logic Function 指将一个或多个输入信息转换为一个或多个输出信息的功能。 2.6 逻辑运算器 Logic Solver 指安全仪表系统或过程控制系统中完成一个或

4、多个逻辑功能的部件。 2.7 过程危险 Process Risk 指由过程引起的危险或由过程和过程控制系统相互干扰引起的危险。 2.8 可编程电子系统 Programmable Electronic System （PES） 指由一个或多个可编程电子设备组成，用于控制、保护或监视的系统。该系统包括电源，中央处理单元，输入设备，数据高速通道和其它通信部件，输出设备等。 2.9 安全故障 Safe Failure 指不会导致安全仪表系统处于危险或故障状态。 2.10 过程控制系统 Process Control System(PCS) 指用于直接或间接控制过程及相关设备的控制系统，系统包括分散控制

5、系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）、可编程控制系统（PLC）等。 2.11 冗余 Redundancy 指为实现同一功能，使用多个相同功能的模块或部件。 2.12 容错 Fault Tolerant 指功能模块在出现故障时，仍能继续正确执行特定功能的能力。 2.13 表决 Voting 指系统中将每路数据进行比较和修正，用多数原则确定结论。 2 取 3）2 out of 3（2OO3 例如：2.14 故障安全 Fail to Safe 指系统发生故障时被控制过程回到预定安全状态。 2.15 显性故障 Overt Fault 指能够显示自身存在的故障。 2.16 隐性故障 Covert

6、Fault 指不能显示自身存在的故障。 2.17 平均故障间隔时间 Mean time between Failures(MTBF) 指相邻故障间隔的平均时间。（包括平均失效时间和平均修复时间） 2.18 平均修复时间 Mean time to repair(MTTR) 指故障修复所需要的平均时间（包括诊断，确认及等待时间） 2.19 平均失效时间 Mean time to failure (MTTF) 指功能单元实现规定功能失效平均时间。 2.20 可用性 Availability(A) 指系统可以使用工作时间的概率。 2.21 可靠性 Reliability(R) 指系统在规定的时间间隔内

7、发生故障的概率. 2.22 传感器 Sensor 指用于测量过程变量的单一或组合设备（例如变送器，过程开关，位置开关等） 2.23 三取二2oo3 (2 out of 3) 系统故障时性能递减方式：3-2-O 采用三取二表决方式，即三个CPU中若一个运算结果与其它两个不同，该CPU 故障，其余两个继续工作；若其余两个CPU运算结果再有不同时，则无法表示出哪一个是正确，系统停车。 2.24 二取一带自诊断 1oo2D 1 out of 2 with Diagnostic 系统故障时性能递减方式：2-1-O 当一个CPU被检测出故障时，该CPU 被切除，另一个CPU继续工作；若第二个CPU再被检测

8、出故障时，系统停车。 2.25 双重化二取一带自诊断 2oo4D 2 out of 4 with Diagnostic 系统故障时性能递减方式：4-2-O 系统中二个控制模块各有二个CPU，同时工作又相对独立。当一个控制模块中CPU被检测出故障时，若这一个,方式投入运行1oo2D以CPU工作方式；其余一个控制模块中二个2-0被切除，切换到CPU 该被检测出故障时，系统停车。CPU控制模块中再有一个3. 基本原则 3.1 安全仪表系统独立于过程控制系统，独立完成安全保护功能。 3.2 安全仪表系统包括传感器，逻辑单元和最终执行元件; 当过程达到预定条件时，安全仪表系统动作，将过程带入安全状态。

9、3.3 根据对过程危险性分析，人员、过程、设备及环境的保护要求及安全度等级要求确定安全仪表系统的功能。 3.4 安全仪表系统可按照安全度等级的要求分为1，2，3级。安全等级越高，安全仪表系统的安全功能越强。 3.5 安全仪表系统应设计成故障安全型。 V认证的可编程序控制器系统。 3.6 安全仪表系统采用经T3.7 安全仪表系统应具有硬件和软件诊断和测试功能。 3.8 安全仪表系统构成应使中间环节最少。 3.9 安全仪表系统的传感器、最终执行元件宜单独设置。 3.10 安全仪表系统应能与过程控制系统、工厂管理系统进行通信。 3.11 安全仪表系统应提供独立于逻辑单元的手动设施，直接操作最终执行元

10、件。 3.12 安全仪表系统应设计成当能源中断又恢复后，过程不应自动再起动。 3.13 当多个单元的保护功能在一套安全仪表系统内完成时，其共用部分应符合最高安全等级要求。 安全仪表系统的人机接口宜与过程控制系统相同。3.14 4传感器 4.1 传感器的独立设置原则如下： 4.1.1 1级安全仪表系统，其传感器可与过程控制系统共用； 4.2.2 2级安全仪表系统，其传感器宜与过程控制系统分开； 4.2.3 3级安全仪表系统，其传感器应与过程控制系统分开； 4.2 传感器的冗余设置原则如下： 4.2.1 1级安全仪表系统，可采用单一的传感器； 4.2.2 2级安全仪表系统，宜采用冗余的传感器； 4

11、.2.3 3级安全仪表系统，应采用冗余的传感器； 4.3 传感器的冗余方式选用如下： 4.3.1 当重点考虑系统的安全性时，应采用“或”逻辑结构； 4.3.2 当重点考虑系统的可用性时，应采用“与”逻辑结构； 4.3.3 当系统的安全性和可用性均需保障时，宜采用三取二逻辑结构； 4.4 安全仪表系统的传感器输出信号宜采用420 mA.DC, 不宜采用开关信号。 4.5 安全仪表系统和过程控制系统共用一个过程变量时,可采用二个传感器。 安全仪表系统和过程控制系统共用一个传感器时，宜采用安全仪表系统供电。4.6 5最终执行元件 5.1 最终执行元件可以是安全仪表系统用的切断阀，与过程控制系统共用的

12、控制阀或电动阀等。 气动控制阀或气动切断阀均应带接受安全仪表系统控制信号的电磁阀。 5.2 阀门的独立设置原则如下: 5.2.1 1级安全仪表系统，其阀门可与过程控制系统共用，应确保安全仪表系统的动作优先过程控制系统的动作； 5.2.2 2级安全仪表系统，其阀门宜与过程控制系统分开； 5.2.3 3级安全仪表系统，其阀门应与过程控制系统分开； 5.3 阀门的冗余设置原则如下: 5.3.1 1级安全仪表系统，可采用单一的阀门； 5.3.2 2级安全仪表系统，宜采用冗余的的阀门，如采用单一的阀门，配套的电磁阀门宜冗余配置； 5.3.3 3级安全仪表系统，应采用冗余的的阀门，配套的电磁阀门宜冗余配置

13、； 5.3.4 冗余配置的阀门，可采用一个控制阀和一个切断阀,均带电磁阀； 5.4 电磁阀的设置原则如下: 1. 控制阀上的电磁阀应安装在阀门定位器与执行机构之间； 2. 电磁阀放空口应有防护措施； 3. 当重点考虑系统的安全性时，冗余电磁阀宜采用串联连接； 4. 当重点考虑安系统的可用性时，冗余电磁阀宜采用并联连接； 5电磁阀应采用长期带电型，电磁阀电源应由安全仪表系统提供。 5.5 电动阀的配置原则如下: 1. 电动阀可共用于安全仪表系统和过程控制系统，可共用电动阀。 电动阀不采用冗余配置，必要时可采用冗余的接点接入电气控制回路。2. 6.逻辑单元 6.1 安全仪表系统的逻辑单元可由继电器

14、系统或可编程序电子系统构成,也可由其混合构成。 6.2 逻辑单元的技术选择原则如下: 6.2.1 继电器系统 继电器系统用于输入输出点较少、逻辑功能简单的场合。 6.2.2 可编程序电子系统 (1) 可编程序电子系统用于下列场合： 1) 输入输出点较多； 2) 逻辑功能复杂； 3) 与过程控制系统进行数据通信； (2) 可编程序电子系统可以是可编程序逻辑控制器(PLC)、分散型控制系统(DCS)或其它专用系统。 6.3 逻辑单元的独立原则如下： 6.3.1 1级安全仪表系统，其逻辑单元宜与过程控制系统分开； 6.3.2 2级安全仪表系统，其逻辑单元应与过程控制系统分开； 6.3.3 3级安全仪

15、表系统，其逻辑单元必须与过程控制系统分开； 6.3.4 专用的控制系统(如透平机控制系统)中有保护功能和控制功能，则该系统应符合安全度等级要求。 6.4 逻辑单元的冗余原则如下： 6.4.1 1级安全仪表系统，可采用单一的逻辑单元； 6.4.2 2级安全仪表系统，宜采用冗余的逻辑单元，其中央处理单元，电源单元，通信系统等应冗余配置，输入/输出模宜冗余配置。 6.4.3 3级安全仪表系统，应采用冗余容错的逻辑单元，其中央处理单元，电源单元，输入/输出模块及通信系统等应冗余配置； 6.4.4 专用的控制系统(如透平机控制系统)中含有安全保护功能和过程控制功能，该控制系统宜采用冗余容错的逻辑单元。

16、6.5 安全仪表系统应具有符合安全度等级要求的故障诊断措施。故障诊断应包括安全仪表系统的传感器、逻辑单元和最终执行元件。 应采用同步运行方式。CPU采用冗余容错的逻辑单元时，其 6.67. 通信接口 7. 1 安全仪表系统应支持标准化通信协议，冗余容错通信方式。 7. 2 安全仪表系统与工程师站通信采用RS232/RS422/RS485串行通信方式。 7. 3 安全仪表系统管理网络采用工业以太网通信方式。 7. 4 安全仪表系统与过程控制系统通信采用RS232/RS422/RS485串行通信方式； 过程控制系统为主站，安全仪表系统为从站。 7. 5 安全仪表系统输入到输出事件响应时间不超过20

17、0ms. 。50%安全仪表系统负荷不应超过7. 6 8. 人机接口 8.1 操作员站 8.1.1 操作员站采用过程控制系统操作站； 1显示因果表或逻辑控制画面； 2显示系统状态管理信息； 3完成事件时序记录，瞬时或历史报警记录。 8.1.2 操作员站设计应确保在其失效时，安全仪表系统的自动功能不会受到影响。 8.1.3 操作员站不能修改安全仪表系统的编程软件 8.2 辅助操作台 8.2.1 用于安装紧急停车按钮，开关，信号报警器等。 8.2.2 信号报警器宜采用一体化的闪光报警器，逻辑单元宜采用插卡式模件。 8.2.3 灯光显示应采用闪光、平光或熄灭表示报警顺序的不同状态。 8.2.4 红色灯

18、光表示越限报警或紧急状态; 黄色灯光表示预报警; 绿色灯光表示运转设备或过程变量正常。 8.2.5 通常情况下,宜选择区别第一信号记忆的闪光报警器（有SOE或历史记录的情况不设置）, 信号报警顺序如表8.2.5 表8.2.5 区别第一信号的闪光报警顺序 过程状态 第一信号的灯光显示 其余灯光显示 声响 备注 不响 不亮 不亮正常 其余信号输入闪光 响平光第一信号输入 按确认按钮 不响平光闪光 运行正常不响 不亮 报警信号消失 不亮试验检查响 亮 按试验按钮 亮 8.2.6 一般信号报警采用DCS/PLC实现,重要报警联锁点除CRT操作站上显示外，在辅助操作台上设置独立灯光显示。 8.2.7 紧

19、急停车按钮、开关、信号报警器等与安全仪表系统机柜用硬线连接。 8.2.8 紧急停车按钮宜采用红色,旁路开关宜采用绿色,确认按钮宜采用黑色,试验按钮宜采用白色。 8.3 工程师站 8.3 .1 工程师站应具有下述功能： 1.安全仪表系统编程组态及维护。 对于安全仪表系统操作模式、程序、数据、测试、旁路及维护等进行访问的安全保护。2. 3. 用于安全仪表系统故障诊断，差错处理等。 机。PC机或便携式PC工程师站采用台式8.3.2 9 过程接口 9.1 过程接口包括输入输出卡、事件顺序输入卡、配电器、安全栅、开关、继电器等关联设备。 9.2 输入输出卡应带光电或电磁隔离，每个通道应互相隔离，带故障诊

20、断。 9.3 若采用三取二过程信号应分别接到三个不同的输入卡。 9.4 当一个模拟信号同时用于安全仪表系统和过程控制系统时，宜采用信号分配器，将模拟信号分别接到安全仪表系统及过程控制系统。 9.5 安全仪表系统不采用现场总线通信方式。 输入输出卡相连接的传感器和最终执行元件应设计成故障安全系统。6 910. 软件组态 10.1 软件组态 编程语言应符合IEEC 61131-3 工业标准。 10.2 软件组态的安全性 10.2.1 采用PROM或EPROM存储器存储应用软件，提供防止未被授权人员修改程序的功能。 10.2.2软件应能在线修改及下装。 10.3 软件组态的审查 10.3.1 软件组

21、态的程序应与逻辑图一致。 10.3.2 在系统投用前应对软件组态进行100%的功能测试。 10.4 软件组态文件 10.4.1 功能逻辑图 10.4.2 软件采用的主要参数及变量 软件程序说明，用户手册，使用说明等。10.4.3 11 工程设计 11.1 可行性研究 11.1.1 根据工艺装置的安全度等级的要求，确定安全仪表系统的级别和方案。 11.1.2 根据安全仪表系统级别的要求，确定采用系统，一次元件及执行元件的原则。 11.1.3 编制安全仪表系统的功能说明。 11.2 基础工程设计 11.2.1 根据工艺安全功能说明或因果表，管道仪表流程图（P&ID）,确定安全仪表系统输入/输出信号

22、、清单，逻辑功能图。 11.2.2 编制安全仪表系统功能规格书。 11.2.3 编制安全仪表系统硬件配置图。 11.3 详细工程设计 11.3.1编制安全仪表系统技术规格书。 11.3.2 评审安全仪表系统报价书。 11.3.3 签定安全仪表系统合同及技术附件。 11.3.4 确定软件组态所需数据，工程图纸等文件 11.4 应用软件组态、编译下载、调试投用 11.4.1 编制应用软件组态文件. 11.4.2 审查应用软件组态文件. 11.4.3 编译下装、生成，工厂验收测试（FAT）。 。）SAT现场安装、调试，验收测试（11.4.4 附录A 安全仪表系统技术规格书编制大纲（建议） 1范围 1

23、1 概述 12 目标 13 系统组成 2 定义和缩写 21 定义 22 缩写 3标准规范 31 国际、中国标准规范 32 工程规定 33 相关技术规格书 4通用要求 41 系统环境 42 系统的可用性和可靠性 43 系统冗余 44 电源要求 45 接地 46 防雷保护 47 系统备件、负载和扩展要求 48 标准硬件和软件 5硬件要求 5 1系统总貌 52 认证 53 中央处理器要求 54 存储器 55 输入输出模件要求 56 事件顺序记录 57 安全网络要求 标准规定 8559 人机接口 510 机柜要求 511 配线要求 512 光纤电缆要求 6 功能要求 61 概述 62 标准规规定 63

24、 事件顺序记录 64 系统复位 65 维护选择开关 66 操作选择开关 67模拟信号和报警 68 系统诊断要求 69 设备管理 610 控制阀测试 7 组态要求 71 概述 72 组态服务 73 逻辑功能 74 组态系统 75 组态文件 8 检查和测试 81 一般要求 82 工厂检验测试 现场检验测试 839 项目管理和技术服务 9 1 工程计划和管理 92 设计条件会 93 组态培训 工厂验收 4995 包装运输 96 现场开箱，安装，通电和调试。 97 现场验收 98 系统投运 10质量保证 101 质量保证程序 101 功能测试 102 测试范围 103 测试合格证书 104 ISO 9

25、000质量标准 V 认证书T 105 11文件资料 111 工程设计文件 112 硬件说明书和手册 113 硬件合格证书 114 系统软件说明 115 组态编程文件 116 验收测试程序及报告 12性能保证 121 硬件/软件 122 保修及维护 123 备件支持 附 I/O 清单 附安全仪表系统硬件配置图附录B 缩写 PFD Probability of Failure on Demand 要求故障概率 PCS Process Control System 过程控制系统 PES Programmable Electronic System 可编程序电子系统 PLC Programmable

26、Logic controller 可编程序逻辑控制器 PHA Process Hazard Analysis 过程危险分析 SIF Safety Instrumented Function 安全仪表功能 SIL Safety Integrity Level 安全度等级 SIS Safety Instrument System 安全仪表系统 MTBF Mean Time between Failures 平均故障间隔时间 MTTF Mean Time to Failure 平均故障时间 MTTR Mean Time to Repair 平均修复时间 E/E/PES Electrical/Elec

27、tronic/Programmable Electronic System 电气/电子/可编程序电子系统 CPU Central Processing Unit 中央处理单元 TMR Triple Modular Redundancy 三重模件冗余 QMR Quadruple Modular Redundancy 四重模件冗余 TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/以太网协议 DCS Distributed Control System 分散控制系统 FCS Fieldbus Control System 现

28、场总线控制系统 FLD Function Logic Diagram 功能逻辑图 MOS Maintenance Override Switch 维护切换开关 PC Personal Computer 个人计算机 SER Sequence of events Record 事件顺序记录 TSO Tight Shut off 严密切断 ANSI America National Standard Institute 美国国家标准协会 IEC International Electrotechnical Commission 国际电工委员会 ISA Instrument Society of Am

29、erican 美国仪表学会 DIN Deutsch Industrial Normen (German Industrial Standard) 德国标准 工厂验收测试FAT Factory Acceptance Testing SAT Site Acceptance Testing 现场验收测试 HIFT Hardware Implement Failure Tolerant 硬件实现故障冗错 SIFT Software Implement Failure Tolerant 软件实现故障冗错 IEEE Institute of Electrical and Electronic Engine

30、er 电气、电子工程师协会 TV Technischer berwachungsverin (German body, translates to Technical inspection Agency) UPS Uninterrupted Power Supply 不间断电源 SOE Sequence of Event 事件顺序 SOV Solenoid Operated Valve 电磁阀 CCR Central Control Room 中央控制室 FOC Fibre Optic cable 光纤电缆 HART Highway Addressable Remote Transducer 高速通路寻址远程传输 HMI Human Machine Interface 人机接口 OPC Object Linked Embedding for Process Control (OLE for Process Control) 用于过程控制的对象链接与嵌入技术 本规定用词说明 本规定条文中要求执行严格程度不同的用词，说明如下： 1 表示很严