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1概述1

1.1安全仪表系统2

1.2本书服务对象3

1.3本书意图3

1.4业界的困惑4

1.4.1技术选择5

1.4.2冗余选择5

1.4.3现场仪表5

1.4.4测试周期5

1.4.5厂商宣传6

1.4.6认证与早先使用6

1.5工业指南、标准以及法规6

1.5.1 HSE-PES7

1.5.2 AIChE-CCPS7

1.5.3 IEC 615087

1.5.4 ANSI/ISA-84.00.01—2004（IEC 61511 Mod）和ANSI/ISA-84.01—19968

1.5.5 NFPA 858

1.5.6 API RP 5569

1.5.7 API RP 14C9

1.5.8 OSHA （29 CFR 1910.119-高危险化学品的过程安全管理）9

1.6标准制定思路的变化11

1.7不能仅凭感觉12

1.8自满是危险的13

1.9学习永无止境14

小结14

参考文献15

2安全生命周期16

2.1后知后觉与先知先觉17

2.2 HSE的调查结果18

2.3安全生命周期20

2.3.1危险和风险分析21

2.3.2将安全功能分配到保护层21

2.3.3编制安全要求规格书22

2.3.4 SIS设计和工程22

2.3.5安装、调试及确认23

2.3.6操作和维护23

2.3.7修改24

2.3.8停用24

小结24

参考文献24

3过程控制与安全控制26

3.1控制和安全定义27

3.2过程控制的特征——主动的或动态的28

3.2.1需要频繁更改控制方式28

3.3安全控制的特征——被动的或休眠的29

3.3.1需要限制更改30

3.3.2要求模式与连续模式30

3.4控制系统和安全系统分别设置30

3.4.1 HSE-PES31

3.4.2 AIChE-CCPS31

3.4.3 IEC 6150832

3.4.4 ANSI/ISA-84.00.01—200432

3.4.5 API RP 14C33

3.4.6 API RP 55434

3.4.7 NFPA 8534

3.4.8 IEEE 60334

3.5共因失效与系统或功能失效35

3.5.1人力因素36

小结37

参考文献37

4保护层39

4.1预防保护层42

4.1.1工艺装置设计42

4.1.2过程控制系统43

4.1.3报警系统43

4.1.4操作规程44

4.1.5停车、联锁仪表系统（安全仪表系统——SIS）45

4.1.6物理保护措施45

4.2减轻保护层45

4.2.1封闭系统45

4.2.2洗涤设备和火炬46

4.2.3火气（F＆G）系统46

4.2.4紧急疏散程序47

4.3差异化措施47

小结48

参考文献49

5编制安全要求规格书50

5.1概述51

5.2 44%的事故归咎于不正确的技术要求规格书51

5.2.1管理系统52

5.2.2工作程序53

5.2.3评估的时间安排53

5.2.4核心人员参与审查过程54

5.2.5职责不明54

5.2.6培训和工具54

5.2.7复杂性和不切实际的预期54

5.2.8文档不完整55

5.2.9规格书最终审查不到位57

5.2.10规格书中存在未被认可的背离57

5.3 ANSI/ISA-84.00.01—2004（IEC 61511 Mod）第1～3部分的要求57

5.4规格书文档要求59

小结59

参考文献60

6确定安全完整性等级（SIL）61

6.1概述62

6.2责任主体63

6.3技术方法63

6.4共性问题64

6.5评估风险64

6.5.1危险64

6.5.2风险65

6.5.3致死率65

6.5.4现代社会的内在风险66

6.5.5自愿风险与非自愿风险67

6.5.6可容忍风险68

6.5.7过程工业可容忍风险68

6.6安全完整性等级70

6.7 SIL定级方法1——合理尽可能低的原则（ALARP）71

6.8 SIL定级方法2——风险矩阵72

6.8.1评估频率73

6.8.2评估严重性73

6.8.3评估整体风险74

6.8.4附加保护层的有效性74

6.9 SIL定级方法3——风险图76

6.10 SIL定级方法4：保护层分析（LOPA）77

6.10.1可容忍的风险78

6.10.2触发事件频率79

6.10.3安全保护层的安全性能水平79

6.10.4 LOPA举例80

小结83

参考文献83

其他资料84

7选择技术85

7.1气动系统86

7.2继电器系统86

7.3固态系统88

7.4微处理器、PLC（基于软件的）系统89

7.4.1灵活性优缺点90

7.4.2软件问题90

7.4.3通用PLC91

7.4.4安全PLC94

7.5与系统规模有关的问题97

7.6与系统复杂性有关的问题98

7.7与其他系统之间的通信98

7.8认证与早先使用99

小结100

参考文献101

8系统评估102

8.1透过现象看本质103

8.2前期分析的重要性105

8.2.1事先警告105

8.3怎样获取失效率信息？106

8.3.1维护记录107

8.3.2供货商记录107

8.3.3第三方数据库107

8.3.4军用形式的计算108

8.4失效模式108

8.4.1安全失效、危险失效109

8.4.2检测出的失效、未被检测出的失效110

8.5测量尺度110

8.5.1失效率、MTBF以及生命期112

8.6建模的精确程度113

8.7建模方法114

8.7.1可靠性方块图114

8.7.2故障树115

8.7.3马尔可夫模型116

8.8冗余的影响116

8.9基本公式119

8.9.1人工测试持续时间的影响120

8.10继电器系统分析121

8.11非冗余PLC系统分析121

8.12 TMR系统分析122

8.12.1公共原因123

8.13现场仪表125

8.13.1阀门的部分行程测试126

8.14故障容错要求128

8.15 SIS设计样本129

8.16分析系统性能的工程工具130

小结130

参考文献131

9与现场仪表有关的问题133

9.1概述134

9.2现场仪表的重要性134

9.2.1现场仪表对系统性能的影响134

9.2.2系统失效各部分比例135

9.3传感器136

9.3.1概述136

9.3.2检测开关138

9.3.3变送器139

9.3.4传感器的失效诊断140

9.3.5智能变送器141

9.4最终元件141

9.4.1概述142

9.4.2阀门的失效诊断143

9.4.3智能阀门定位器143

9.5冗余144

9.5.1表决配置和冗余145

9.6现场仪表设计要求147

9.6.1传感器设计要求148

9.6.2最终元件设计要求149

9.7安装关注点151

9.8现场仪表接线151

小结152

参考文献152

10安全系统的工程实施153

10.1管理要求154

10.1.1时间安排和工作内容定义154

10.1.2人员154

10.1.3沟通155

10.1.4文档155

10.2硬件设计考虑155

10.2.1得电关停与失电关停系统155

10.2.2系统诊断156

10.2.3共因的最小化157

10.2.4盘柜设计157

10.2.5环境因素158

10.2.6供电158

10.2.7接地159

10.2.8检测开关和继电器的选择159

10.2.9旁路159

10.2.10功能测试160

10.2.11安保措施160

10.2.12操作员接口161

10.3软件设计考虑162

10.3.1软件的生命周期162

10.3.2程序和编程语言类型164

10.3.3软件性能的量化165

10.3.4软件测试166

小结167

参考文献167

11安全系统的安装168

11.1概述169

11.2术语170

11.3工厂验收测试（FAT）171

11.4安装172

11.4.1安装检查173

11.5确认、现场验收测试（SAT）174

11.5.1必要的文档175

11.6功能安全评估、开车前安全审查（PSSR）175

11.7培训176

11.8交付给工艺操作部门177

11.9开车177

11.10开车之后的后续活动178

小结178

参考文献179

12功能测试180

12.1概述181

12.2测试的需要181

12.2.1 ANSI/ISA-84.00.01—2004对功能测试的要求184

12.2.2一般性指南185

12.3确定测试频率186

12.4测试的责任主体187

12.5测试装备和规程187

12.6文档189

12.6.1测试规程文档样本190

小结192

参考文献192

13系统的变更管理193

13.1概述194

13.2变更管理的需要194

13.3何时要求变更管理（MOC）？195

13.4何时不适用变更管理？196

13.5 ANSI/ISA-84.00.01—2004的要求197

13.6变更管理（MOC）规程199

13.7变更管理（MOC）文档200

小结201

参考文献201

14安全系统的可行性评判202

14.1概述203

14.2安全系统失效模式204

14.3可行性评判206

14.4评判的责任主体207

14.5如何进行评判207

14.6生命周期成本209

14.7审查示例210

14.8生命周期成本分析214

14.9优化安全、可靠性以及生命周期成本216

小结217

参考文献217

15 SIS设计检查表218

15.1概述219

15.2检查表概览220

第1部分：管理要求221

第2部分：安全要求规格书222

第3部分：SIS的概念设计223

第4部分：SIS的详细设计224

第5部分：供电和接地225

第6部分：现场仪表226

第7部分：操作员接口227

第8部分：维护和工程接口228

第9部分：通信228

第10部分：硬件技术规格书229

第11部分：硬件制造230

第12部分：应用逻辑要求230

第13部分：嵌入（厂商）软件231

第14部分：软件组态232

第15部分：工厂测试233

第16部分：安装和调试234

第17部分：操作和维护236

第18部分：测试237

第19部分：变更管理238

第20部分：停用239

参考文献239

16案例分析240

16.1概述241

16.2安全生命周期及其重要性241

16.3案例描述：加热炉、燃烧加热器安全停车系统243

16.4分析范围244

16.5确定SIL目标值245

16.6制定安全要求规格书（SRS）246

16.7 SIS概念设计249

16.8生命周期成本分析251

16.9验证概念设计满足SIL要求252

16.10详细设计253

16.11安装、调试，以及开车前测试254

16.12操作和维护规程254

小结256

参考文献256