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基于SIL的玉成输气站场仪表功能安全评价

作　者: 吕路
导　师: 李长俊
学　校: 西南石油大学
专　业: 油气储运工程
关键词: 输气站场 紧急停车系统 安全完整性等级 SIL定级 SIL验证
分类号: TE977
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 21次
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内容摘要


输气站场是整个管输天然气系统的中的重要环节,安全仪表系统能够有效降低站场风险,是保证输气站场安全,高效运行必备措施。然而安全仪表系统自身的安全功能并不是绝对安全的,不可避免的存在安全问题。对输气站场的安全仪表功能评估就是为了衡量安全仪表系统的可靠性,提高安全仪表系统的功能安全水平,降低因安全仪表失效造成的损失。本文针对玉成输气站SIL评价开展了以下几个方面的研究：(1)通过对25个输气站场安全仪表系统的详细调研,确定了输气站场紧急停车系统为站场安全仪表系统中失效最严重的系统,确定以输气站场的紧急停车系统为研究对象,针对玉成输气站场的紧急停车系统建立了故障树,分析故障树最小割集,发现执行器为玉成站紧急停车系统中的薄弱环节。(2)本文从SIL定级和SIL验证两方面开展了方法研究。在SIL定级方面,比较了SIL定级的两种方法：定性的校正风险图和半定量的保护层分析法,分析了保护层分析法在量化定级方面的优势,采用结合危险与可操作性分析的保护层分析法对玉成输气站场紧急停车系统进行定级,确定了玉成输气站ESD系统5个安全仪表功能,其中有1个SIF为SIL-(无安全需求),1个SIF为SIL1,3个SIF为SIL2,没有属于SIL3和SIL1的安全仪表功能。(3)在SIL验证方面,研究了SIL验证的三种方法：可靠性框图法、故障树法和马尔可夫法。通过例子,总结了马尔可夫法在思维和编程计算上具有直观性和可扩展性的优势,建立了玉成输气站场ESD系统1oo1、1oo2、2oo2和2oo3四种冗余结构的要求的平均失效概率计算的马尔可夫模型,并利用Visual Basic6.0环境编写了计算SIL等级的程序,辅助计算；验证结果显示,玉成输气站ESD子系统的执行器部分无冗余配置,对其功能的安全完整性等级影响最大,其危险失效概率最多的占到整个系统的92.14%,触发器次之,逻辑控制器子系统的影响最小。(4)从结构冗余、功能测试周期和仪表选择三个方面讨论了改进后对系统安全完整性等级的影响，总结了提高系统安全系可用的改进方法。本文的研究结论对降低输气站场紧急停车系统失效及提高输气站场可靠性方面具有一定意义。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-12
  1.1 研究目的及意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-10
    1.2.1 国外研究现状  8-9
    1.2.2 国内研究现状  9-10
  1.3 本文的主要工作及研究目标  10-12
    1.3.1 本文的主要工作  10-11
    1.3.2 本文研究的主要目标  11
    1.3.3 研究技术路线  11-12
第2章 玉成输气站场安全仪表系统及失效分析  12-30
  2.1 安全仪表系统及其分类  12-14
    2.1.1 安全仪表系统构成及功能  12-13
    2.1.2 安全仪表系统的分类  13-14
  2.2 玉成输气站安全仪表系统基本情况  14-20
    2.2.1 玉成输气站概况  14-16
    2.2.2 玉成输气站安全仪表系统  16-20
  2.3 安全仪表功能的失效模式  20-21
  2.4 输气站场安全仪表设备的失效分析  21-23
  2.5 玉成输气站ESD系统失效分析  23-29
    2.5.1 故障树分析法简介  23-24
    2.5.2 紧急停车系统失效故障树分析  24-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章 SIL定级方法研究  30-42
  3.1 安全完整性等级(SIL)  30-31
    3.1.1 安全完整性  30
    3.1.2 安全完整性等级(SIL)  30-31
    3.1.3 风险降低与SIL的关系  31
  3.2 校正的风险图法确定SIL等级  31-33
  3.3 HAZOP/LOPA方法确定SIL等级  33-40
    3.3.1 独立保护层  33-34
    3.3.2 HAZOP/LOPA分析方法  34-40
  3.4 玉成输气站SIL定级流程  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 SIL验证方法研究及计算模型建立  42-62
  4.1 玉成输气站场SIL验证方法  42-43
  4.2 安全仪表可靠性理论  43-45
    4.2.1 安全仪表可靠性指标  43-44
    4.2.2 失效率分类  44-45
    4.2.3 安全仪表功能要求的失效概率  45
  4.3 安全仪表功能失效概率计算模型  45-54
    4.3.1 可靠性框图(RBD)模型  45-47
    4.3.2 故障树(FTA)模型  47
    4.3.3 马尔可夫(Markov)模型  47-48
    4.3.4 失效概率计算模型比较  48-54
  4.4 玉成输气站ESD系统可靠性模型建立  54-60
    4.4.1 1oo2结构模型  54-56
    4.4.2 2oo2结构模型  56-57
    4.4.3 2oo3结构模型  57-60
  4.5 基于马尔可夫模型的SIL计算编程  60-61
  4.6 本章小结  61-62
第5章 玉成输气站SIL评价  62-77
  5.1 玉成输气站紧急停车系统SIL定级  62-66
  5.2 玉成站紧急停车系统逻辑关系  66-68
  5.3 玉成站紧急停车系统SIL等级验算  68-76
    5.3.1 元件可靠性数据选择  68-69
    5.3.2 玉成站SIF失效率计算  69-76
  5.4 本章小结  76-77
第6章 安全仪表功能(SIF)的改进  77-87
  6.1 基于传感器的冗余改进  77-82
  6.2 基于执行器的冗余改进  82-83
  6.3 功能测试周期改进  83-85
  6.4 选择仪表改进  85-86
  6.5 本章小结  86-87
第7章 结论与建议  87-89
  7.1 主要结论  87-88
  7.2 建议  88-89
致谢  89-90
参考文献  90-94
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  94

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 油气储运机械设备 > 油气集输机械设备
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