基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法制造技术

本发明专利技术公开了基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法，结合工程实际，考虑随检验测试方案和功能要求率变化对其的影响，能够将整个计算过程中涉及到所有元件的设备信息和失效数据以及计算结果都可通过软件系统生成可靠性框图报表，便于清晰的展示SIF回路的可靠性框图，并通过展示出PFD和MTTF得出回路中各元件随机失效概率和架构约束对整体功能的影响，最终确定SIF回路随机失效概率PFD、风险降低因子RRF、随机失效的SIL、架构约束的SIL和SIF回路SIL等级；对于不同的表决结构MooN，开展安全仪表系统SIF回路进行建模计算，可以有效提高SIF回路计算平均失效概率PFD的结果的准确性。的结果的准确性。的结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法


[0001]本专利技术涉及石油、天然气、化工、电力、冶金、制药、制冷、海上平台等过程工业安全仪表系统(SIS)硬件可靠性评估
，具体涉及基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法。

技术介绍

[0002]2000年以来，随着功能安全基础标准IEC 61508、IEC 61511的发布，功能安全技术已经在国际上得到广泛应用，国内也将其转化为GB/T 20438和GB/T 21109，后续也陆续发布了GB/T 35320、GB/T 32857等功能安全相关技术方法标准，为石油、化工、电力、制药、铁路等行业采用功能安全技术实现安全保障，提供指导。随着GB/T 20438和GB/T 21109的广泛应用，功能安全概念得到有效普及。在石油、化工、电力、制药等过程工业，功能安全研究的就是如何保障包括安全仪表系统在内的保护层实现足够的风险管控能力。安全仪表系统是石油、化工、电力、制药等过程工业企业必须要使用的安全管控技术，其特点是在工艺装置正常运行时其处于休眠状态，监测生产过程中出现的或者潜伏的危险，发出告警信息或直接执行预定程序，立即将装置导入安全状态，防止事故的发生、降低事故带来的危害及其影响。安全仪表系统是由一个或多个具有特定保护场景的安全仪表功能构成。
[0003]在基本工艺流程设计完成后，应通过危险和风险分析(如危险与可操作性分析，HAZOP)和SIL定级(如保护层分析，LOPA)来识别当前设计中存在的风险点，提出安全仪表功能(SIF)设置需求和SIL等级要求，在完成SIS设计和选型配置后，则需要通过SIL验证来确保设计和配置满足安全要求。SIL验证是一种定量的分析方法，通过计算确定回路实际实现的SIL等级，常用的SIL验证方法有可靠性框图法、故障树分析法和马尔可夫模型分析法。
[0004]常用的SIL验证方法中可靠性框图法没有考虑检验测试覆盖率和功能要求之间的时间间隔变化造成的影响，导致SIF回路计算平均失效概率PFD的结果不够准确，不能反映出实际情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法，结合工程实际，考虑随检验测试方案和功能要求率变化对其的影响，提高安全仪表系统SIF回路计算结果的准确性，这样就与实际情况相近，从而提升过程工业领域安全仪表系统的可靠性水平，可以有效的减少安全事故。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法，包括以下步骤：
[0007]S110、将构建可靠性框图的安全仪表功能SIF回路中所有元件进行模块划分归类，每个元件对应划分到传感单元、逻辑单元和执行单元；
[0008]S120、根据传感单元、逻辑单元和执行单元中各元件的表决结构MooN搭建的多层可靠性框图模型；其中MooN中N个同样元件有M个能正常运行则可以保证安全性；
[0009]S130、根据传感单元、逻辑单元和执行单元各元件的失效数据分别计算各单元的安全失效分数SFF和硬件故障裕度HFT，从而得到SIF回路架构约束SIL；
[0010]S140、根据不同的表决结构并基于元件的参数计算传感单元、逻辑单元和执行单元要求时的随机失效概率PFD；
[0011]S150、根据传感单元、逻辑单元和执行单元各自要求时的随机失效概率PFD，得到SIF回路的随机失效概率PFD、风险降低因子RRF、随机失效的SIL、架构约束的SIL和SIF回路SIL等级；
[0012]S160、根据计算后得到的SIF回路的随机失效概率PFD、风险降低因子RRF、随机失效的SIL、架构约束的SIL和SIL等级，可以由软件自动生成SIL验证工作的可靠性框图报表和SIF一览表。
[0013]前述基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法，其中所述步骤S120中传感单元、逻辑单元和执行单元中各元件的表决结构MooN具体为：1oo1、1oo2、2oo2、1oo3、3oo3、1oo4、4oo4，1oo1、1oo2、2oo2、1oo3、2oo3、3oo3、1oo4、2oo4、3oo4、4oo4、5oo5、6oo6，1oo1D、1oo2D、
[0014]2oo2D；
[0015]多层可靠性框图模型表示成串联、并联、表决几种基本结构的一种或者两种以上组合，其中可靠性框图是由传感单元、逻辑单元和执行单元三部分组成，三者之间使用串联形式相连接；逻辑单元在可靠性框图中的形式是一个方框，传感单元和执行单元根据实际来展示结构，可以为如上的表决结构MooN中的任意一个结构。
[0016]前述基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法，其中所述步骤S130具体为：
[0017]S131、由国际可信数据库、业主提供的产品认证数据得到传感单元、逻辑单元和执行单元各元件的失效数据，每个元件的失效数据具体为λ
DD
、λ
DU
、λ
SD
和λ
SU
；λ
DD
为被检测到的危险失效率，λ
DU
为未检测到的危险失效率，λ
SD
为被检测的安全失效率，λ
SU
为未检测的安全失效率。
[0018]S132、计算各单元的安全失效分数SFF，公式为；
[0019][0020]其中λ
DD
为被检测到的危险失效率，λ
DU
为未检测到的危险失效率，λ
SD
为被检测的安全失效率，λ
SU
为未检测的安全失效率；
[0021]S133、通过所述各元件的表决结构MooN，计算各单元的硬件故障裕度HFT，计算公式为：
[0022]HFT＝N
‑
M，
[0023]若计算表决结构2oo3的HFT，则HFT＝3
‑
2，计算结果为1；
[0024]S134、根据现场实际安装的仪表设备确定其仪表类型为A类或B类，根据不同类别的仪表，再结合SFF和HFT确定架构约束SIL的值。
[0025]前述基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法，其中所述步骤S140具体为：
[0026]S141、传感单元和执行单元常用的表决结构MooN包括：1oo1、1oo2、2oo2、1oo3、
2oo3、3oo3、1oo4、2oo4、3oo4、4oo4、5oo5和6oo6，根据表决结构计算传感单元和执行单元要求时的随机失效概率PFD；
[0027]表决结构为1oo1时，随机失效概率PFD计算公式为：
[0028][0029]其中PTC为检验测试覆盖率；TI为检验测试时间间隔(h)；Td为要求之间的时间间隔(h)；MTTR为平均恢复时间(h)；MRT为平均维修时间(h)；λ
DD
为被检测到的危险失效率；λ
DU...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法，其特征在于，包括以下步骤：S110、将构建可靠性框图的安全仪表功能SIF回路中所有元件进行模块划分归类，每个元件对应划分到传感单元、逻辑单元和执行单元；S120、根据传感单元、逻辑单元和执行单元中各元件的表决结构MooN搭建的多层可靠性框图模型；S130、根据传感单元、逻辑单元和执行单元各元件的失效数据分别计算各单元的安全失效分数SFF和硬件故障裕度HFT，从而得到SIF回路架构约束SIL；S140、根据不同的表决结构并基于元件的参数计算传感单元、逻辑单元和执行单元要求时的随机失效概率PFD；S150、根据传感单元、逻辑单元和执行单元各自要求时的随机失效概率PFD，得到SIF回路的随机失效概率PFD、风险降低因子RRF、随机失效的SIL、架构约束的SIL和SIF回路SIL等级；S160、根据计算后得到的SIF回路的随机失效概率PFD、风险降低因子RRF、随机失效的SIL、架构约束的SIL和SIL等级，可以由软件自动生成SIL验证工作的可靠性框图报表和SIF一览表。2.根据权利要求1所述的基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法，其特征在于，所述步骤S120中传感单元、逻辑单元和执行单元中各元件的表决结构MooN具体为：1oo1、1oo2、2oo2、1oo3、3oo3、1oo4、4oo4，1oo1、1oo2、2oo2、1oo3、2oo3、3oo3、1oo4、2oo4、3oo4、4oo4、5oo5、6oo6，1oo1D、1oo2D、2oo2D；多层可靠性框图模型表示成串联、并联、表决几种基本结构的一种或者两种以上组合，其中可靠性框图是由传感单元、逻辑单元和执行单元三部分组成，三者之间使用串联形式相连接；逻辑单元在可靠性框图中的形式是一个方框，传感单元和执行单元根据实际来展示结构，可以为表决结构MooN中的任意一个结构。3.根据权利要求2所述的基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法，其特征在于，所述步骤S130具体为：S131、由国际可信数据库、业主提供的产品认证数据得到传感单元、逻辑单元和执行单元各元件的失效数据，每个元件的失效数据具体为λ
DD
、λ
DU
、λ
SD
和λ
SU
；λ
DD
为被检测到的危险失效率，λ
DU
为未检测到的危险失效率，λ
SD
为被检测的安全失效率，λ
SU
为未检测的安全失效率；S132、计算各单元的安全失效分数SFF，公式为：其中λ
DD
为被检测到的危险失效率，λ
DU
为未检测到的危险失效率，λ
SD
为被检测的安全失效率，λ
SU
为未检测的安全失效率；S133、通过所述各元件的表决结构MooN，计算各单元的硬件故障裕度HFT，计算公式为：HFT＝N
‑
M，若计算表决结构2oo3的HFT，则HFT＝3
‑
2，计算结果为1；S134、根据现场实际安装的仪表设备确定其仪表类型为A类或B类，根据不同类别的仪
表，再结合SFF和HFT确定架构约束SIL的值。4.根据权利要求3所述的基于可靠性框图的随要求率和检测方案变化的PFD算法，其特征在于，所述步骤S140具体为：S141、传感单元和执行单元常用的表决结构MooN包括：1oo1、1oo2、2oo2、1oo3、2oo3、3oo3、1oo4、2oo4、3oo4、4oo4、5oo5和6oo6，根据表决结构计算传感单元和执行单元要求时的随机失效概率PFD；表决结构为1oo1时，随机失效概率PFD计算公式为：其中PTC为检验测试覆盖率；TI为检验测试时间间隔(h)；Td为要求之间的时间间隔(h)；MTTR为平均恢复时间(h)；MRT为平均维修时间(h)；λ
DD
为被检测到的危险失效率；λ
DU
为未检测到的危险失效率；λ
D
＝λ
DU
+λ
DDDDDDDD
其中t
CE
为1oo1、1oo2、2oo2、2oo3结构中通道的等效平均不工作时间(h)；t
GE
为1oo2、2oo3结构中表决组的等效平均不工作时间(h)；t
G2E
为1oo3、1oo4、2oo4结构中表决组的等效平均不工作时间(h)；t
G3E
为1oo4结构中表决组的等效平均不工作时间(h)；表决结构为1oo2时，随机失效概率PFD计算公式为：其中β为具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑶，帅冰，朱明露，孟邹清，熊文泽，
申请(专利权)人：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，
类型：发明
国别省市：