海上石油平台安全仪表系统功能安全评估方法研究

一、海上石油平台安全仪表系统功能安全评估流程

1.1 确定安全完整性等级

利用危险与可操作性分析（HAZOP）、故障类型、影响及危害性分析（FMECA）等手段，针对海上石油平台的工艺流程和设备展开全面的危险分析，找出潜藏的危险事件，比如管道泄漏、设备故障引发的火灾爆炸等。在此基础上，借助风险矩阵法、保护层分析（LOPA）等工具，评判危险事件出现的可能性及其带来的后果严重程度，从而判定风险等级。按照风险等级以及企业的风险可接受标准，来制定安全仪表系统应达标的 SIL 等级。

针对已经确定的 SIL 等级进行验证，保证其合理、可行。验证方法可以采用定量计算或者定性分析的方法：定量计算可以参考相关的标准和公式，对系统的可靠性参数进行计算，判断是否满足要求的 SIL 等级；定性分析可以通过专家评审、经验对比等方法，评估系统的设计和配置是否可以达到 SIL 等级。

1.2 失效模式分析

针对安全仪表系统的硬件设备，比如传感器、控制器、执行器等展开失效模式分析，用故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）之类的方法，找出硬件设备也许会有的失效情况，像传感器错报、控制器死机、执行器卡死等，再剖析这些失效情况给系统安全功能带来的影响。通过对硬件失效模式的剖析，找出系统的脆弱之处，为硬件的挑选、保护和改良提供根据。

安全仪表系统当中软件应用愈发普遍起来，软件失效分析也就变得越发重要。用软件可靠性工程手段，针对系统软件展开缺陷识别、风险评定以及测试检验，剖析软件设计、编程、测试环节可能产生的错误，如逻辑错误、算法错误、数据处理错误等，评价这些错误给系统功能安全带来的影响，制订出对应的软件质量保证举措，从而提升软件的可靠度与安全性。

1.3 可靠性计算

按照安全仪表系统结构和功能特性来创建对应的可靠性模型，常用的可靠性模型包含串联模型、并联模型、表决模型等。当多台设备串联形成的安全仪表回路，其整体可靠性就相当于各个设备可靠性的乘积；若多个设备采用并联冗余配置，则系统的可靠性就会有所改善。通过创建正确的可靠性模型，就可以更为精确地去核算系统的可靠性指标。

按照可靠性模型以及设备的可靠性数据，算出安全仪表系统的可靠性参数，包含平均故障间隔时间（MTBF）、平均修复时间（MTTR）、危险失效概率（PFH）等。这些参数是评判系统功能安全水平的关键依据，把算出的参数同目标 SIL等级对应的可靠性指标做比较，就能判定系统是不是符合功能安全要求。

1.4 评估报告编制

把功能安全评价过程中所得到的各项分析结果、各种计算数据、验证结论等加以整理归纳，形成详尽的功能安全评价报告。报告里包含评价目的、评价范围、评价方法、评价结果、存在的问题以及改善建议等内容。评价报告是海上石油平台安全仪表系统功能安全评价的最后成果，可以给系统的设计改良、维持管理以及安全决策给予重要参照。

二、海上石油平台安全仪表系统功能安全评估方法

2.1 定性评估方法

HAZOP 分析把系统的工艺参数和操作流程当作对象，用引导词像“无”“过量”“伴随”之类跟工艺参数组合起来，针对每一个节点逐一加以分析。其执行步骤大致如下：第一，创建由工艺工程师、仪表工程师、安全专家等多领域人员组成的分析小组；第二，把海上石油平台的工艺流程划分成若干个节点，比如原油开采单元、油气分离单元、储存运输单元等等；第三，针对每个节点的工艺参数，采用引导词开展分析，拿“温度”碰到引导词“过量”来说，分析温度过高引发的超压危险，安全仪表系统在监测和控制温度方面是否有不足之处；第四，把识别出的危险和可操作性问题记录下来，给出相应的改善建议。

海上石油平台实际运用中，HAZOP 适合项目设计阶段，能提前找出工艺流程和安全仪表系统设计里潜藏的问题。就拿新建海上石油平台设计阶段来说，通过 HAZOP 分析，发现原油加热环节中温度传感器的安装位置可能会造成不能及时察觉局部过热状况，从而引发火灾。因此设计团队把传感器的安装位置加以改变，而且增添了冗余设置，进而改进了系统的安全性。

FMECA 的实施主要分为三个步骤：首先确定分析对象，将安全仪表系统分解为传感器子系统、控制器子系统、执行器子系统等；然后对每个子系统的组成部件进行故障类型识别，如传感器可能存在零点漂移、线路短路等故障，控制器可能存在程序死机、通信中断等故障；最后分析每种故障类型对系统功能的影响，根据故障发生概率和影响程度来判断危害性等级，危害性等级一般分为灾难性、严重性、一般、可忽略四级。

2.2 定量评估方法

故障树分析首先要找到不希望发生的事件，如海上石油平台安全仪表系统没有及时响应可燃气体泄漏报警。然后从顶事件出发，利用逻辑门逐层分析导致顶事件发生的直接原因和间接原因，建立故障树模型。比如导致可燃气体泄漏报警失效的直接原因可能是传感器故障、控制器故障、通信线路故障等，这些原因通过或门与顶事件相连；传感器故障又可能由于元件老化、受潮等引起，通过与门连接。

LOPA 评估流程包含确定初始事件、识别已有保护层、评估保护层有效性、算出风险降低程度等步骤。在海上石油平台里，初始事件大概就是管道破裂致使原油泄漏，现有的保护层一般会包含工艺控制手段（自动调节阀门）、报警系统、安全仪表系统等等。要评价保护层是否有效，就要找出每个保护层的危险失效概率（PFD），像安全仪表系统的 PFD 可以依照其硬件、软件的可靠度参数来算出。通过计算初始事件风险和经过保护层之后的残余风险，然后和企业的风险可接受标准进行比较，看是否需要改进或者增加安全仪表系统。如果残余风险超过了可接受标准，就表示现有的安全仪表系统的 SIL 等级不够高，要进行改进或者优化。

结语：

海上石油平台安全仪表系统功能安全评估对保证海上石油平台的安全生产有着十分重要的意义。在实际应用中，应针对海上石油平台的实际情况和需要，采取多种评估方法综合使用，不断完善海上石油平台安全仪表系统功能安全评估体系，为海上石油平台安全仪表系统的设计、运行及维护等提供强有力的技术支持，保障海上石油生产作业的安全稳定进行。

参考文献：

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[2] 闫 子 剑 . 海 上 石 油 平 台 安 全 风 险 分 析 方 法 研 究 [J]. 化 工 管理 ,2025,(12):87-89.