本文關(guān)鍵詞：LNG氣化站安全儀表系統(tǒng)功能安全評(píng)價(jià)方法研究

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【摘要】：LNG氣化站作為城鎮(zhèn)天然氣供應(yīng)工程中的重要組成部分,承擔(dān)著氣源供應(yīng)、應(yīng)急調(diào)峰等重要作用,儲(chǔ)存有大量LNG,一般屬于重大危險(xiǎn)源,一旦發(fā)生泄漏氣化并擴(kuò)散,極易造成火災(zāi)、爆炸等各類災(zāi)難性后果,安全儀表系統(tǒng)是保障氣化站安全可靠運(yùn)行的有效措施之一。目前,國內(nèi)針對(duì)LNG氣化站安全儀表系統(tǒng)的功能安全評(píng)價(jià)尚處于起步階段,還沒有一套系統(tǒng)的功能安全評(píng)價(jià)方法,在實(shí)際應(yīng)用中存在安全儀表功能是否足夠、冗余結(jié)構(gòu)是否合適、安全完整性等級(jí)是否滿足實(shí)際要求等一系列問題。因此,調(diào)研LNG氣化站安全儀表系統(tǒng)設(shè)置現(xiàn)狀,分析存在的突出問題,建立適用于LNG氣化站的安全完整性等級(jí)定級(jí)和驗(yàn)證方法,形成系統(tǒng)的LNG氣化站安全儀表系統(tǒng)功能安全評(píng)價(jià)方法,對(duì)于LNG氣化站的安全功能辨識(shí)、完整性等級(jí)定級(jí)與驗(yàn)證、冗余結(jié)構(gòu)確定、儀表選型、功能測(cè)試周期確定及保障安全運(yùn)行具有重要指導(dǎo)意義。對(duì)此,本文開展了以下研究工作：(1)通過對(duì)LNG氣化站設(shè)計(jì)規(guī)范和資料的詳細(xì)調(diào)研,歸納分析了各規(guī)范對(duì)氣化站安全儀表系統(tǒng)的要求,實(shí)際站場(chǎng)中安全儀表的配置情況和聯(lián)鎖邏輯關(guān)系,以及存在的突出問題：1)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于安全儀表只有一些原則性、指導(dǎo)性的條款,安全儀表系統(tǒng)應(yīng)該采用何種冗余結(jié)構(gòu)、SIL等級(jí)達(dá)到什么等級(jí)并未涉及；2)雖然設(shè)計(jì)人員基本遵循規(guī)范設(shè)計(jì)安全儀表系統(tǒng),但是現(xiàn)有安全儀表功能基本都只采用了1ool冗余結(jié)構(gòu),能否達(dá)到目標(biāo)SIL等級(jí)要求,是否還需要新增其他安全儀表功能并未得到驗(yàn)證。(2)為了保證后續(xù)SIL定級(jí)工作的高效進(jìn)行,不同等級(jí)的氣化站使用相適應(yīng)的定級(jí)方法,針對(duì)LNG氣化站無分級(jí)的問題,參照石油天然氣站場(chǎng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),提出了LNG氣化站的分級(jí)方法,將LNG氣化站按照儲(chǔ)存總?cè)萘縿澐譃槲鍌�(gè)等級(jí)：總?cè)萘縑15000 m3為一級(jí)；2000 m3V1≤5000 m3為二級(jí)；1000 m3V1≤2000 m3為三級(jí)；200 m3V1≤1000 m。為四級(jí)；V1200 m3為五級(jí)。(3)對(duì)比分析了常用工藝危險(xiǎn)分析方法的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合LNG氣化站工藝設(shè)備眾多、工藝復(fù)雜等具體特點(diǎn),推薦選用危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP)方法作為L(zhǎng)NG氣化站的安全儀表功能辨識(shí)方法,并根據(jù)分析報(bào)告確定安全儀表功能。(4)研究了三種常見的SIL定級(jí)方法：風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、風(fēng)險(xiǎn)圖法和保護(hù)層分析法,根據(jù)各方法的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍及LNG氣化站分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),提出了適用于不同等級(jí)LNG氣化站的定級(jí)方法：一、二級(jí)LNG氣化站采用保護(hù)層分析法；三、四級(jí)采用風(fēng)險(xiǎn)圖或保護(hù)層分析法；五級(jí)采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣或風(fēng)險(xiǎn)圖法,并建立了相應(yīng)的SIL定級(jí)流程。(5)研究了SIL驗(yàn)證常見的三種方法：故障樹、可靠性框圖和馬爾可夫,并對(duì)比分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍,推薦使用馬爾可夫作為L(zhǎng)NG氣化站可靠性建模的基礎(chǔ)驗(yàn)證方法。探討了失效模式、冗余結(jié)構(gòu)、共因失效、設(shè)備自診斷功能等影響可靠性建模精度和復(fù)雜度的關(guān)鍵因素,選取β模型作為共因失效模型,建立了LNG氣化站1oo1、 1oo2、2oo2和2oo3冗余結(jié)構(gòu)的馬爾可夫模型及適用于LNG氣化站的SIL驗(yàn)證流程。并采用C#和Matlab混合編程,編寫了包含了三種驗(yàn)證方法的LNG氣化站SIL驗(yàn)證計(jì)算程序。(6)對(duì)一個(gè)LNG儲(chǔ)存總量為900m3的氣化站開展了安全儀表系統(tǒng)功能安全評(píng)價(jià),結(jié)果表明：1)通過HAZOP分析,辨識(shí)出7個(gè)安全儀表功能,包括現(xiàn)有的5個(gè)安全儀表功能及需新增的2個(gè)安全儀表功能,新增的2個(gè)安全儀表功能為儲(chǔ)罐超壓聯(lián)鎖排放和氣化器過壓保護(hù)功能；2)通過LNG氣化站分級(jí)方法,確定該站屬于四級(jí)站場(chǎng),根據(jù)SIL定級(jí)流程,選取準(zhǔn)確度較高的LOPA分析法對(duì)7個(gè)安全儀表功能進(jìn)行了SIL定級(jí),定級(jí)結(jié)果為：1個(gè)SIF無安全需求,3個(gè)SIF為SIL1等級(jí),3個(gè)SIF為SIL2等級(jí)：3)利用建立的馬爾可夫驗(yàn)證模型及編寫的驗(yàn)證計(jì)算程序,對(duì)7個(gè)安全儀表功能進(jìn)行了驗(yàn)證,所有的SIF只能滿足SIL1等級(jí)要求,其中3個(gè)不能滿足目標(biāo)SIL2等級(jí)要求；4)以緊急停車系統(tǒng)(SIF-5)為例,從結(jié)構(gòu)冗余、功能測(cè)試周期和儀表自檢三種措施討論了各個(gè)措施對(duì)SIL等級(jí)的影響,最后對(duì)未滿足要求的安全儀表系統(tǒng)提出了多種措施組合的改進(jìn)方案。
【關(guān)鍵詞】：LNG氣化站 安全儀表系統(tǒng) 功能安全評(píng)價(jià) 安全儀表功能辨識(shí) 安全完整性等級(jí)定級(jí) 安全完整性等級(jí)驗(yàn)證
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU996
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究目的及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 功能安全標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 安全完整性等級(jí)定級(jí)方法12-13
• 1.2.3 安全完整性等級(jí)驗(yàn)證方法13-15
• 1.2.4 安全儀表系統(tǒng)功能安全評(píng)價(jià)應(yīng)用現(xiàn)狀15
• 1.3 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線15-18
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.3.2 技術(shù)路線16-18
• 1.4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)18-19
• 第2章 LNG氣化站安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 安全儀表系統(tǒng)19-22
• 2.2.1 安全儀表系統(tǒng)概念及其構(gòu)成19-20
• 2.2.2 安全儀表系統(tǒng)分類20-22
• 2.2.3 安全儀表系統(tǒng)與基本過程控制系統(tǒng)22
• 2.3 LNG氣化站安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法分析22-27
• 2.3.1 氣化站概況22-24
• 2.3.2 安全儀表系統(tǒng)規(guī)范分析24-26
• 2.3.3 安全儀表系統(tǒng)設(shè)置分析26-27
• 2.4 LNG氣化站分級(jí)27-28
• 2.5 功能安全評(píng)價(jià)流程28-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第3章 安全儀表功能辨識(shí)31-39
• 3.1 引言31
• 3.2 工藝危險(xiǎn)分析方法比選31-33
• 3.2.1 LNG氣化站危險(xiǎn)性分析31-32
• 3.2.2 LNG氣化站典型事故統(tǒng)計(jì)與分析32
• 3.2.3 常用的工藝危險(xiǎn)分析方法32-33
• 3.3 HAZOP分析33-37
• 3.3.1 相關(guān)術(shù)語34
• 3.3.2 常用引導(dǎo)詞34-35
• 3.3.3 基本原理35
• 3.3.4 分析步驟35-37
• 3.4 安全儀表功能辨識(shí)37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第4章 安全完整性等級(jí)定級(jí)方法研究39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 安全完整性等級(jí)與風(fēng)險(xiǎn)降低關(guān)系分析39-42
• 4.2.1 險(xiǎn)降低與安全保護(hù)層39-42
• 4.2.2 安全完整性等級(jí)與必要的風(fēng)險(xiǎn)降低的關(guān)系42
• 4.3 SIL定級(jí)方法比選42-48
• 4.3.1 風(fēng)險(xiǎn)矩陣法43
• 4.3.2 風(fēng)險(xiǎn)圖法43-44
• 4.3.3 保護(hù)層分析法44-48
• 4.3.4 方法比選48
• 4.4 LNG氣化站SIL定級(jí)流程48-49
• 4.5 本章小結(jié)49-50
• 第5章 安全完整性等級(jí)驗(yàn)證方法研究50-72
• 5.1 引言50
• 5.2 可靠性理論50-52
• 5.2.1 可靠性指標(biāo)50-51
• 5.2.2 失效數(shù)據(jù)51-52
• 5.3 SIL驗(yàn)證方法比選52-56
• 5.3.1 故障樹分析52-53
• 5.3.2 可靠性框圖53-54
• 5.3.3 馬爾可夫54-55
• 5.3.4 方法比選55-56
• 5.4 LNG氣化站可靠性建模56-65
• 5.4.1 失效模式56-57
• 5.4.2 冗余結(jié)構(gòu)57-58
• 5.4.3 共因失效58-59
• 5.4.4 診斷覆蓋率59-60
• 5.4.5 可靠性模型的建立60-65
• 5.5 LNG氣化站SIL驗(yàn)證流程65-66
• 5.6 SIL驗(yàn)證計(jì)算程序開發(fā)66-71
• 5.6.1 流程設(shè)計(jì)67
• 5.6.2 功能設(shè)計(jì)67-70
• 5.6.3 軟件準(zhǔn)確性驗(yàn)證70-71
• 5.7 本章小結(jié)71-72
• 第6章 案例分析72-93
• 6.1 引言72
• 6.2 某LNG氣化站概況72-74
• 6.3 安全儀表功能辨識(shí)74-78
• 6.3.1 HAZOP分析74-78
• 6.3.2 安全儀表功能的確定78
• 6.4 安全完整性等級(jí)定級(jí)78-79
• 6.4.1 保護(hù)層分析78-79
• 6.4.2 SIL等級(jí)的確定79
• 6.5 安全完整性等級(jí)驗(yàn)證79-87
• 6.5.1 安全儀表功能邏輯關(guān)系的確定79-81
• 6.5.2 可靠性數(shù)據(jù)的確定81-83
• 6.5.3 SIL驗(yàn)證計(jì)算83-87
• 6.6 安全儀表系統(tǒng)的改進(jìn)分析87-92
• 6.6.1 冗余結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案87-90
• 6.6.2 功能測(cè)試周期改進(jìn)方案90-91
• 6.6.3 儀表自檢改進(jìn)方案91
• 6.6.4 改進(jìn)方案匯總91-92
• 6.7 本章小結(jié)92-93
• 第7章 結(jié)論與展望93-95
• 7.1 結(jié)論93-94
• 7.2 展望94-95
• 致謝95-96
• 參考文獻(xiàn)96-100
• 附錄一 傳感器和執(zhí)行器設(shè)備表100-103
• 附錄二 LNG氣化站帶控制點(diǎn)的工藝流程圖103-104
• 附錄三 HAZOP分析表104-117
• 附錄四 LOPA分析表117-120
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果120

【引證文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 岑康;涂昆;姚婷;張優(yōu);鄭昕;;LNG衛(wèi)星站安全儀表系統(tǒng)功能安全評(píng)價(jià)[J];中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù);2016年S1期

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本文編號(hào)：793054