SIL,SIS,SIF傻傻分不清楚？自动化工程师需要知道的安全系统标准及概念分享

安全完整性等级书

安全完整性等级(Safety Integrity Level)表示风险降低的程度，强力设备、易燃化学品和高压工艺都很容易导致危险甚至致命的事故。加工行业，尤其是石油、天然气和化工行业，危险性很高，确保我们的资产和工人的安全至关重要。因此，识别和预防现场潜在的危险至关重要。

01 安全仪表系统 (SIS)

要了解什么是安全仪表系统 (SIS)，以及它如何帮助预防危险，我们首先需要了解不同的防线 (LOD) / 保护层 (LOPA)，以及安全仪表系统 (SIS) 在其中的位置。

这些防线 (LOD) / 保护层 (LOP) 是独立的层级，其作用是防止初始事件（如冷却损失）演变成事故（如危险物质泄漏），或在事故发生后减轻其后果。

防线，也称为保护层，有助于防止危害

第一层是基本过程控制系统（BPCS）。基本过程控制系统 (BPCS) 可控制压力、液位、温度、流量等。

但问题是，过程控制系统（BPCS）可能会出现故障！设计师和工程师不可能预见到所有可能发生的危险，也不可能设计出能够预防所有危险的控制系统。如果能做到这一点，我们就不需要报警系统、泄压阀、火炬系统等。但事实并非如此，工艺设备需要多层保护......

当 BPCS 出现故障时，操作员干预后的下一层保护是独立于 BPCS 的安全仪表系统 (SIS)。

安全仪表系统（SIS）不控制任何东西。它监控许多与 BPCS 相同的变量，但只在变量超出正常范围时才采取行动，这通常意味着过程控制系统 (BPCS) 出现故障。

每个 SIS 执行一个或多个**安全仪表功能 (SIF)**。

02 安全仪表功能 (SIF)

安全仪表功能 (SIF) 包括三个要素：传感器（如流量计）和逻辑解算器（如安全 PLC），用于检测危险状况，以及最终控制元件（如阀门），用于实现安全状态。

SIF 的 3 个要素是传感器、逻辑解算器和最终要素

03 安全仪表级别 (SIL)

安全完整性等级（SIL）表示在给定过程中由安全仪表系统（SIS）实施的仪表安全功能（SIF）所提供的风险降低程度。换句话说，SIL 是以按需失效概率 (PFD) 来衡量 SIF 性能的一种方法。

在设计 SIF 时，适当的 SIL 对于达到所需的安全水平至关重要。

IEC 61508定义了四个 SIL 等级，其中 SIL 4 提供最gaoji别的安全性能。例如，SIL 1 相当于风险降低系数 (RRF) 至少为 10，而 SIL 4 相当于风险降低系数 (RRF) 至少为 10,000。

下表显示了每个 SIL 的相关平均按需故障概率 (PFDAvg) 和平均风险降低系数 (RRFAvg)。

说明每个筒仓按需发生故障的平均概率和平均风险降低系数的数字

因此，SIL 级越高，相关的安全级别就越高，系统出现故障的概率就越低。通常，SIL 级越高，意味着系统越复杂，安装和维护成本越高。

工艺设备通常只需要 SIL 1 和 SIL 2 SIF。SIL 3 和 SIL 4 SIF 非常罕见，由于需要大量的重复工作，实施起来通常没有经济效益。在大多数情况下，应重新考虑工艺的基本设计。

这里还必须提及的是，SIL 等级只适用于 SIF。单个产品或组件没有 SIL 等级。不过，它们可以被标记为适合在特定 SIL 环境中使用。

04 功能安全标准：IEC 61508/61511

让我们来谈谈 IEC 61508 和其他标准。

1998 年，国际电工委员会 (IEC) 发布了 IEC 61508 标准，这是第一个量化电气控制系统安全性能并引入生命周期概念的guojibiaozhun。该标准的主要目标是最大限度地减少所有电气/电子/可编程电子安全相关系统的故障。

IEC 61511标准是作为 IEC 61508 的流程部门实施标准而制定的，对安全仪表系统 (SIS) 的规格、设计、安装、运行和维护提出了要求。

美国采用ANSI/ISA-84.0。该标准与guojibiaozhun IEC 61511 相同，但增加了一个不溯既往的条款，以适应现有的 SIS 安装。

这些标准代表了当前全球加工厂管理 SIF 的良好做法。采用这些标准将确保适当的风险管理。因此，SIL 评估软件/SIL 计算软件也应与这些标准保持一致。

05 计算安全仪表级别 (SIL)

要确定 SIF 的 SIL 级别，必须计算 SIF 的整体 PFD。这种 SIL 计算基本上是将每个 SIF 组件（即传感器、逻辑解算器和控制元件）的故障率数据结合起来，并考虑测试频率、冗余度、表决安排等因素。

每个部件的故障率数据可从设备制造商处获得。但即使有这些数据，计算也相当复杂。因此，建议使用youxiu的 SIL 评估软件/SIL 计算软件来确定 SIL。此外，用户的能力和经验也是至关重要的，并且需要许多学科的投入。

但是，SIL 计算如何与全局相适应？为此，我们需要了解安全生命周期。

06 计算安全仪表级别 (SIL)

IEC 标准定义了一个称为 "安全生命周期 "的概念。这是一个循环过程，在这个过程中，所有危险都会被识别和分析，以了解哪些危险需要 SIS。

安全生命周期可以用几个步骤来概括，以说明 SIL 计算的作用：

首先，确定危害及其发生频率。确定该频率是否可接受（无 SIS）。如果是，则无需 SIS，否则：通过计算每个 SIF 的目标 RRF，确定危险的 SIL 级别。确定 SIF 的最小 RRF。这是危险频率（不含 SIS）除以可接受频率。已知最小 RRF 后，即可从 SIL 表中获得 SIF 的目标 SIL 级别。SIF 可能有不同的目标 SIL 级。设计一个 SIS，使每个 SIF 都有一个与目标 SIL 级别相对应的 PFD。

通过 SIL 计算确定 SIF 的总体 PFD。然后将 SIF 的 RRF 与最低要求的 RRF 进行比较（记住 RRF = 1/PFD）。如果大于最低要求的 RRF，则 SIF 足够使用。

SIL 的确定需要谨慎。因此，在选择 SIL 评估软件/SIL 计算软件时也应谨慎。理想情况下，软件不仅应专注于 SIL 计算，还应协助进行整个安全生命周期分析。