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氨制冷系统安全完整性等级的确定

李力;许开立;王犇;姚锡文

【摘要】在安全完整性等级的评价过程中定义了风险概率降低值Qrpr,并给出了

Qrpr的计算公式.Qrpr是用来表征风险概率降低的大小,其数值大小与系统安全完

整性等级所要求的失效概率存在对应关系,进而可以确定系统的安全完整性等级.在

经典的HAZOP-LOPA评价方法中融入Qrpr的计算,可以更加准确、快速地评价

系统的安全完整性等级.采用该方法对氨制冷系统进行安全完整性等级评价.分析了

氨制冷系统可能发生的泄漏爆炸事故,并对其安全相关系统进行了安全完整性等级

评价,验证了该方法的有效性和可行性.

【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2019(040)007

【总页数】5页(P1034-1038)

【关键词】安全完整性等级;风险概率降低值;HAZOP-LOPA;氨制冷;失效概率

【作者】李力;许开立;王犇;姚锡文

【作者单位】东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学资源与

土木工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳

110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819

【正文语种】中文

【中图分类】X913.4

液氨作为一种性能良好的制冷剂被广泛地应用在制冷行业,尤其是冷库制冷.我国80%

的冷库都选用液氨作为制冷剂.但随着冷库氨泄漏、爆炸的事故频发,氨制冷系统的

安全性已不容忽视.而系统的安全完整性等级的评价能够有效地反映出系统的安全

状态.对氨制冷系统进行安全完整性研究能够有效地分析出其可能发生事故的原因

以及系统整体的风险状态,对安全生产管理有着重要的意义.

Kim等[1]对硬件的安全完整性等级(safetyintegritylevel,SIL)确定进行了研究,通

过给出各子系统SIL来确定整个硬件系统的SIL;Kim等[2]使用HARA和FMEDA

法来确定发电站火焰监测系统的SIL;Baghaei[3]使用风险图对目标SIL进行确定,

并对风险图中的参数进行了改进.Dutuit等[4]使用故障树来确定SIL;周荣义等[5]对

确定SIL的常用方法进行了比较分析.

本文在传统的HAZOP-LOPA分析方法中引入风险概率降低值来确定氨制冷系统

的安全完整性等级,使评价过程更加快速、准确.对氨制冷系统可能发生的泄漏爆炸

事故进行了分析,确定现有的安全相关系统的安全完整性等级是否能够满足.能够对

氨制冷系统的安全状态进行有效的评估,有助于减少氨制冷系统的事故发生.

1安全完整性理论概述

安全完整性(safetyintegrity)是指在规定条件和时间内,系统中存在的安全相关系

统能够成功实现相应的安全功能的概率,其大小是用安全完整性水平来衡量的[6].为

了区分安全完整性水平的大小,给相关的安全系统制定了不同的安全等级,即安全完

整性等级[7].安全完整性等级(SIL)表示系统安全完整性水平的离散等级,用于规定分

配给安全相关系统安全完整性要求的大小[8].

在IEC61508中,根据安全功能动作的频率将安全相关系统的工作模式分为两种:低

要求操作模式和高要求操作模式(或连续操作模式).低要求操作模式的动作频率低于

每年一次,一般的化工生产为这类模式,其平均“要求时失效”概率用PFDavg表示;

高要求操作模式的动作频率高于每年一次,一般的机械制造业为这类模式,其平均

“要求时失效”概率用PFDperhour表示.低要求模式下与高要求模式下的安全完

整性等级的分类如表1所示[9].显然,如果能计算出安全相关系统的PFDavg或

PFDperhour,就可以根据表1的划分标准来确定其安全完整性等级.

表1不同要求操作模式的SILTable1SILwithdifferentrequiredoperating

modesSIL平均“要求时失效”概率低要求操作模式高要求操作模式410-4～10-

510-8～10-9310-3～10-410-7～10-8210-2～10-310-6～10-7110-1～10-

210-5～10-6

安全完整性等级是用来衡量安全相关系统降低风险的能力,主要是通过降低事故发

生的概率来达到降低风险的目的.这里引入风险概率降低值(riskp