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基于Web的石化裝置安全完整性等級評估管理系統(tǒng)的開發(fā)

文檔作者：王偉平包士毅丁振字高增梁文檔來源：浙江工業(yè)大學化工機械設計研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月04日
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基于Web的石化裝置安全完整性等級
評估管理系統(tǒng)的開發(fā)
王偉平，包士毅。丁振字，高增梁
(浙江工業(yè)大學化工機械設計研究所，浙江杭州310032)
摘要：結合評估中涉及的完整性評估信息特點及現(xiàn)行信息管理模式的發(fā)展現(xiàn)狀，提出基于圖形的
信息管理模式，并依據(jù)關系型數(shù)據(jù)庫技術及面向對象的編程方法，研制了基于Web的石化裝置安
全完整性等級評估管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)石化裝置安全完整性等級評估中的信息管理、數(shù)據(jù)查
詢和實時在線信息發(fā)布等功能，對石化行業(yè)的安全完整性等級評估具有一定的實用價值。
關鍵詞：安全聯(lián)鎖系統(tǒng)；安全完整性等級評估；信息管理系統(tǒng)
中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1001—4837(2009)04—0054—06
doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2009．04．012
Development on W eb——based M anagement System
for Safety Integrity Level Assessment of Petrochemical Units
W ANG W ei—ping，BAO Sift —yi，DING Zhen—yu，GAO Zeng—liang
(Zhejiang University of Technology，Institute of Process Equipment and Control Engineering，Hangzhou
310032，China)
Abstract：A novel graph-—based information management model is presented in term s of information fea·-
tures of SIL assessment and current situation of inform ation management mode1．With the model，a web—
based management system for SIL assessment in petrochemical units is developed under the theory of rela—
tional database and object—oriented programming method．Functions like information management，data
query as well as real—time online information release have been realized which have a certain practical
value for SIL assessment in petrochemical industries．
Key words：safety instrumented system ；safety integrity level assessment；inform ation management system
1 前言
安全聯(lián)鎖系統(tǒng)(Safety Instrumented System，簡
稱SIS)是一種自動安全保護系統(tǒng)，執(zhí)行一種或多種
安全聯(lián)鎖功能。作為石化企業(yè)安全的重要保障，安
基金項目：國家“十一五”科技支撐計劃子專題(2006BAK020B02)
· 54 ·
全聯(lián)鎖系統(tǒng)本身的可靠性正日益受到人們的關注。
工業(yè)經驗表明，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中儀器儀表的失效概
率遠高于設備本身的失效概率。一般儀器儀表的失
效概率為lO～ 一10 iX／年，而設備本身的失效概
率為10～ ～10 次／年。鑒于此，有必要對石化企
業(yè)中的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)開展評估工作。近年來，國際
第26卷第4期 壓 力 容 器 總第197期
上針對安全聯(lián)鎖系統(tǒng)提出了相應的定性和定量評估
標準。國際電工學會于2000年正式頒布了針對于
安全聯(lián)鎖系統(tǒng)相關的電氣、電子及可編程器件的安
全評估標準IEC 61508? ，并于2003年頒布了專門
針對于流程工業(yè)的安全評估標準IEC 61511 ，對
流程工業(yè)中安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的規(guī)范、設計、安裝、運行
和維護的要求進行了標準化。目前世界已相繼推出
的其他相關標準有德國的DIN 19250 、美國的ISA
S84．01 、歐盟標準EN 61511 ，中國也分別在
2006年和2007年參照采用國際標準IEC 61508／
IEC 61511頒布了GB／T 20438 和GB／T 21109{ 。
IEC 61508／IEC 61511中定義了安全聯(lián)鎖系統(tǒng)
的可靠性指標，即安全完整性等級(Safety Integrity
Level，簡稱SIL)。SIL不僅是安全聯(lián)鎖系統(tǒng)安全性
能的衡量標準，而且也是整體安全生命周期的主線，
所以，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的評估主要針對的是系統(tǒng)的
SIL評估。SIL評估過程涉及了化工、儀表及管道等
專業(yè)問的合作，而且評估涉及的資料龐雜，因此，對
評估人員提出了較高的要求。隨著計算機技術的發(fā)
展，如何結合先進的計算機輔助技術從而提高SIL
評估的效率已得到業(yè)內的廣泛關注。文中依據(jù)SIL
評估的基本流程及現(xiàn)行相關軟件的發(fā)展現(xiàn)狀，提出
了基于圖形信息管理模式的石化裝置SIL評估管理
系統(tǒng)的設計思想，并結合系統(tǒng)框架圖及功能圖論述
了該系統(tǒng)的設計過程和實現(xiàn)技術。
2 SIL評估
2．1 SIL評估基本流程
SIL評估的整個流程包括裝置確定、資料收集、
過程危險性分析、回路識別、定量風險分析、保護層
分析等部分，如圖1所示。
(1)前期工作
首先結合石化裝置的危險性和重要性等級確定
需進行評估的裝置，并制定該裝置對應的聯(lián)鎖系統(tǒng)
風險矩陣或風險圖。裝置確定之后，工作人員到現(xiàn)
場進行相關資料的收集工作。
(2)安全聯(lián)鎖功能識別
結合裝置的操作流程及設計工藝，評估人員與
技術人員確定需進行評估的安全聯(lián)鎖回路及其對應
的安全聯(lián)鎖功能(Safety Instrumented Function，簡稱
SIF)。確定SIF之后，分析人員結合現(xiàn)場收集的資
料，針對每個聯(lián)鎖回路的SIF，采用過程危險分析技
( 墅塑 ) _-前——
期
工
■ 作
m m
J
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1【 !
不合格 過程危險性分析(PHA)
J
I 聯(lián)鎖回路識別J
— =： 二’一一 ‘
合格I
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● ● ●
I QILA及LoPA分析 壘 是跳車定j1分析I
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《 否 計 ’
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—— ====：；—一 是 囂
否l 定
量
I給出報告l
鹵
圖1 聯(lián)鎖回路評估流程圖
術(Process Hazard Analysis，簡稱PHA)確定SIF的
目的、引起SIF動作的原因以及SIF拒動與誤動后
果等內容 j。該環(huán)節(jié)是整個聯(lián)鎖回路評估中最關
鍵也是周期最長的一環(huán)，需與現(xiàn)場操作人員及專家
組成員進行多次技術交流。
(3)評估過程的定量計算
評估人員結合定量風險分析(Quantitative Risk
Analysis，簡稱QRA)和保護層分析技術(Layers Of
Protection Analysis，簡稱LOPA)確定各個安全聯(lián)鎖
功能所需的SIL等級。對各個安全聯(lián)鎖系統(tǒng)開展安
全與誤跳車情況定量分析工作，依據(jù)分析結果，判斷
安全聯(lián)鎖功能的SIL等級是否滿足企業(yè)風險控制要
求，對SIL等級不足或存在誤跳現(xiàn)象頻繁的聯(lián)鎖回
路提出合理可行的改進意見，必要時對某些改進意
見進行投資回報率計算。
總之，SIL評估是一個長周期及多專業(yè)人員共
同參與的安全功能評估過程。
2．2 現(xiàn)有SIL評估軟件介紹
隨著計算機技術的發(fā)展，為了提高SIL評估的
· 55 ·
CPVT 基于Web的石化裝置安全完整性等級評估管理系統(tǒng)的開發(fā) Vo126．No4 2009
效率，全球一些知名評估機構相繼開發(fā)了基于安全
生命周期的SIL評估管理軟件。
(1)美國ABS安全咨詢公司在液化天然氣、石
油等領域已有5O余年的評估歷史。該公司研發(fā)的
HazardReview Leader瑚軟件可幫助企業(yè)用戶找到流
程工業(yè)中存在的高風險區(qū)域，并判斷該高風險區(qū)域
是否應增設一個SIF來降低風險值。另外，Hazard．
Review Leader 可自動導出高風險區(qū)域的LOPA信
息文本，結合標準工業(yè)數(shù)據(jù)庫，可快速給出失效率的
評估值，大大提高了SIL評估的效率。
(2)ACM公司是加拿大最大的風險評估公司，
結合IEC標準中關于SIL生命周期的相關準則，開
發(fā)了名為SilCore 。M的SIL評估軟件。SilCoreTM為客
戶提供了可靠的安全解決方案，大大減少了安全維
護成本，已得到業(yè)界的廣泛認可。依據(jù)功能劃分，該
軟件包含HZAOP分析、LOPA分析、PFD計算以及
SIL等級確定4部分內容。
(3)美國EXIDA公司是一家獨立的風險評價
機構，在業(yè)界有著豐富的安全功能評估經驗。由該
公司開發(fā)的SILSuit 已成為國際上多家知名石化公
司的首選SIL評估軟件。SILSuitTM的模塊包括
Hazop分析、LOPA分析、預警管理、PFD計算以及維
修等模塊。該軟件實現(xiàn)了模塊間的數(shù)據(jù)交換，客戶
可通過應用軟件中所有功能模塊獲得基于整個生命
周期的可靠性評估報告。
由于我國風險評定機構所依據(jù)的評估標準及流
程與上述風險評定公司相比還存在著一定的差異，
更因為國內目前還缺乏系統(tǒng)及部件的可靠性數(shù)據(jù)，
因此，上述評估軟件在國內的SIL評估領域里并未
得到廣泛的應用。隨著我國SIL評估技術的不斷發(fā)
展，開發(fā)一款適合國內石化企業(yè)現(xiàn)狀的SIL評估管
理軟件已迫在眉睫。
3 SIL評估信息管理
3．1 信息特點
(1)復雜性。SIL評估過程涉及了大量的文本
數(shù)據(jù)及圖形信息，如裝置技術規(guī)程、設備臺帳、設備
失效率、管道儀表流程圖(Piping&amp;amp;Instrument Dia—
gram，簡稱P&amp;amp;ID)、工藝流程圖(Process Flow Dia．
gram，簡稱PFD)及邏輯圖等。圖形信息主要用于
輔助安全聯(lián)鎖功能的識別，而聯(lián)鎖回路的定量計算
則主要參考了設備臺帳及元件對應的失效數(shù)據(jù)庫等
． 56 ．
文本數(shù)據(jù)信息。
(2)交叉性。管道儀表流程圖和工藝流程圖提
供了儀表、管道、設備、工藝流程、物料平衡數(shù)據(jù)等內
容的詳細文本數(shù)據(jù)及圖形說明，與裝置技術規(guī)程及
設備臺帳信息存在著緊密的交叉關聯(lián)。
(3)層次性。依照信息問的邏輯實體關系，可將
聯(lián)鎖評估中涉及的信息分為公司、裝置、相關設備元
件及評估報告等5個實體信息層，每個實體信息層
又關聯(lián)了多個相關子信息層。
3．2 基于圖形的信息管理模式
隨著工程圖形技術的發(fā)展，圖形信息已成為一
種形象化的交流工具。在實際的工程管理中，工程
圖紙所表示的工程信息比單一的文本信息要豐富得
多，表現(xiàn)形式更加直接和形象，技術人員也常常依據(jù)
工程圖紙來管理工程信息，例如在SIL評估過程中，
評估人員發(fā)現(xiàn)某個安全聯(lián)鎖功能的SIL等級未能滿
足要求或者存在著誤跳頻繁的現(xiàn)象，需要對現(xiàn)有的
聯(lián)鎖回路進行結構改進，對于評估人員來說，最佳的
方式是直接在聯(lián)鎖回路對應的圖形平臺上進行修改
操作，與以文字信息給出的修改建議相比顯得更為
直觀和形象 。
任何工程圖紙可看作由線段、圓、弧及曲線等基
本圖形元素組成，計算機圖形學將這些圖形元素統(tǒng)
稱為圖元¨ 。在計算機系統(tǒng)中，每個圖元實體對象
由一個唯一實體句柄進行標識，通過實體捕捉技術
可獲得該實體句柄，結合獲得的實體句柄，系統(tǒng)可建
立圖形庫中的實體與圖形數(shù)據(jù)表間的聯(lián)系，即每個
圖形實體對應于圖形數(shù)據(jù)表中一條記錄，由于圖形
數(shù)據(jù)表與其他數(shù)據(jù)表存在著關聯(lián)，系統(tǒng)最終可實現(xiàn)
圖形與其他數(shù)據(jù)的雙向查詢，其原理如圖2所示。
+_實體句柄
圖2 圖形實體庫與數(shù)據(jù)表問的關系
甲
第26卷第4期 壓 力 容 器 總第197期
SIL評估涉及的P&amp;amp;ID和PFD圖均有對應的
DWG圖形格式(美國Autodesk公司開發(fā)的標準圖
形格式)，為了實現(xiàn)對該類圖形文件的操作，一些圖
形軟件開發(fā)商推出了針對DWG圖形格式的對象鏈
接與嵌入控件(Object Linking and Embedding，簡稱
OLE)，利用控件提供的接口和方法，系統(tǒng)可實現(xiàn)在
AutoCAD平臺上的圖形操作及實體句柄的獲取，結
合AutoCAD中的VBA環(huán)境及數(shù)據(jù)庫技術，最終可
在AutoCAD平臺上實現(xiàn)圖形與數(shù)據(jù)的雙向查詢。
為此，本系統(tǒng)擬結合計算機圖形學技術實現(xiàn)基
于圖形的信息管理，將OLE控件應用到信息管理系
統(tǒng)中，實現(xiàn)在AutoCAD平臺上管理工程圖形以及相
應文本信息的操作，豐富了信息管理系統(tǒng)的表現(xiàn)形
式。
3．3 數(shù)據(jù)庫的設計和實現(xiàn)
設計人員首先通過資料收集、實驗研究、事例調
查獲取了系統(tǒng)所需的相關信息，依據(jù)上述信息管理
模式系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫可分為基礎數(shù)據(jù)庫、圖形數(shù)據(jù)庫、評
估報告數(shù)據(jù)庫、定量計算數(shù)據(jù)庫以及用戶數(shù)據(jù)庫五
部分。
基礎數(shù)據(jù)庫為聯(lián)鎖回路分析提供了基礎數(shù)據(jù)支
持，是整個數(shù)據(jù)庫的基礎，由公司、裝置、設備及回路
4個主體子數(shù)據(jù)庫組成，其中設備數(shù)據(jù)庫記錄了設
備從設計、安裝、運行、維修、更新到報廢整個壽命周
期的全部信息，基礎數(shù)據(jù)庫與圖形數(shù)據(jù)庫的E—R
圖如圖3所示。
1
1 —圈
圖3 基礎數(shù)據(jù)庫E—R圖
圖形數(shù)據(jù)庫包括P&amp;amp;ID和PFD子數(shù)據(jù)庫，分別
記錄了P&amp;amp;ID和PFD圖形實體的一些屬性及與其他
文本數(shù)據(jù)庫的關聯(lián)信息，每個圖形實體對應于圖形
數(shù)據(jù)庫中的一條記錄，圖形數(shù)據(jù)庫與其他文本數(shù)據(jù)
庫呈一對多的關系。
評估報告數(shù)據(jù)庫主要用于存儲SIL評估的結
果，包括動作原因子數(shù)據(jù)庫、執(zhí)行后果子數(shù)據(jù)庫、成
功標準子數(shù)據(jù)庫以及SIF確認子數(shù)據(jù)庫等。
定量計算數(shù)據(jù)庫詳細記錄了SIL定量計算涉及
的文本和數(shù)據(jù)信息，包括計算條件子數(shù)據(jù)庫、計算過
程子數(shù)據(jù)庫以及計算結果子數(shù)據(jù)庫。
用戶數(shù)據(jù)庫主要用于存儲用戶注冊及操作信
息，包括資料上傳子數(shù)據(jù)庫、用戶意見子數(shù)據(jù)庫以及
用戶基本信息子數(shù)據(jù)庫。
4 系統(tǒng)設計及實現(xiàn)
4．1 系統(tǒng)框架
根據(jù)SIL評估流程，考慮安全完整性等級評估
數(shù)據(jù)的特點，采用如圖4所示的系統(tǒng)結構，整個系統(tǒng)
可分為數(shù)據(jù)獲取層、后臺數(shù)據(jù)庫層、中間業(yè)務層以及
前端應用層4個子系統(tǒng)層。
(1)數(shù)據(jù)獲取層描述了系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)的獲取方
式，包括資料收集、實例研究和事例調查；
(2)后臺數(shù)據(jù)庫層是整個系統(tǒng)的核心，前端應
用層與外界交互的所有信息都來自于后臺數(shù)據(jù)庫
層；
(3)中間業(yè)務層描述了系統(tǒng)的主要功能，包括
項目圖形管理、基礎信息管理、評估報告管理、定量
計算管理及用戶管理模塊；
(4)前端應用層描述了用戶可以通過任意一款
Web瀏覽器進入系統(tǒng)的登錄界面，本系統(tǒng)實現(xiàn)了多
用戶并行操作，且界面友好，操作簡便。
4．2 系統(tǒng)主要功能
根據(jù)系統(tǒng)總體結構和實際需求，系統(tǒng)可分為圖
形管理、基礎信息管理、SIL評估管理、定量計算管
理、評估報告管理以及用戶管理6個功能模塊，如圖
5所示。
Wsh是內嵌于Windows操作系統(tǒng)中的腳本語
言工作環(huán)境，利用其所屬的Wshshell對象可對服務
器端的AutoCAD程序進行訪問，結合VBA、數(shù)據(jù)庫
技術以及OLE控件技術，系統(tǒng)最終可實現(xiàn)在Auto—
CAD平臺上的圖形管理。而定量計算管理模塊則
主要針對于安全聯(lián)鎖系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的可靠性計
算，通過前臺界面輸入相應數(shù)據(jù)，并結合后臺可靠性
基于Web的石化裝置安全完整性等級評估管理系統(tǒng)的開發(fā) Vo126．No4 2009
資料收集 責料收集 實倒研究 實胡研究 事倒-I查
圖4 系統(tǒng)結構框圖
聯(lián)鎖回路評估信息管理系統(tǒng)
．l勰一t—}
L—曩—·’_-J
圖形管理l l基礎信息管理l l sII．評估管理 l I定量計算管理l l評估報告管理lI用戶管理
P
F
D
圖
形
警
公
司
信
息
管
理
裝
置
信
息
管
理
設
備
信
息
管
理 萋l l羹¨ l ¨ ¨耋l{萋l耋l萋l l ¨ 妻l l奚 ¨ ¨莖 用 戶 意 見 信 息 管 理
圖5 系統(tǒng)基本功能模塊
數(shù)據(jù)庫，基于改進的Markov模型，系統(tǒng)可求出諸如 4．3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境
平均要求失效概率(PFDavg)及平均無故障工作時 系統(tǒng)使用對象為期望通過Intranet或Internet
間(MITF)等可靠性數(shù)據(jù)，并將計算條件、計算過程 進行動態(tài)信息數(shù)據(jù)操作的用戶，參考現(xiàn)行工程數(shù)據(jù)
及計算結果存人后臺數(shù)據(jù)庫。 庫的發(fā)展現(xiàn)狀，本系統(tǒng)采用B／S體系結構 ，依托
依照用戶權限，系統(tǒng)管理員可實現(xiàn)用戶信息管 WinXP+ASP+SQL+AutoCAD+vBA[ ，n 的系統(tǒng)
理、項目信息管理、資料上傳管理、意見反饋管理、報
告打印等操作，而普通用戶可實現(xiàn)資料上傳、公共檢
索、項目信息瀏覽以及意見反饋等操作。
配置。
本系統(tǒng)適用于Windows NT／2000／XP或更高版
本的操作系統(tǒng)，瀏覽器為IE4．0以上版本配置的用
嘲 上傳信
第26卷第4期 壓 力 容 器 第197期
戶。
4．4 系統(tǒng)原型實現(xiàn)
系統(tǒng)采用Web瀏覽方式，界面友好且操作簡
便。系統(tǒng)管理員單擊管理選項，可對SIL評估信息
進行在線管理操作。另外，普通用戶單擊系統(tǒng)主界
面的上傳文件、意見箱選項可實現(xiàn)信息的遠程傳輸
與動態(tài)信息共享功能，圖6為某公司聯(lián)鎖回路評估
信息的管理主界面。
5 結語
圖6 系統(tǒng)主界面
針對SIL評估過程復雜、評估要求高的特點，在
分析SIL評估基本流程和現(xiàn)有工程信息管理模式的
基礎上，提出了基于圖形的工程信息管理模式，并將
該模式運用于SIL評估管理中，研制了基于Web的
安全完整性等級評估管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了SIL
評估的科學管理和網(wǎng)上共享服務，為提高SIL評估
效率以及相關石化企業(yè)管理的科學性起到了重要的
輔助作用。該系統(tǒng)適用于石化、化工、電力等行業(yè)的
SIL評估的信息管理，對于其他工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的
開發(fā)具有一定的借鑒作用。
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收稿日期：2009—02—03
作者簡介：王偉平(1985一)，男，研究方向：生產系統(tǒng)安全，
通訊地址：310032浙江杭州市浙江工業(yè)大學化工機械研究
所。
(上接第38頁)
果良好。焊縫都是單面焊雙面成形，成形均勻美觀，
正反兩面焊縫都是銀白色，試壓合格。共焊1340個
焊口，一次焊接合格率達到99．7％。
6 結論
(1)大型薄壁塔器雖然變形量較大，但只要有
有效的預防措施，變形是可以控制在標準范圍內的；
(2)內孔焊及微小焦點 射線探傷成功應用，
解決了縫隙腐蝕問題。
收稿日期：2009—03—04 修稿日期：2009—04—07
作者簡介：趙恒忠(1970一)，男，工程師，現(xiàn)從事特種設備檢
驗工作，通訊地址：646100四川瀘州市龍馬潭區(qū)龍馬潭大道
一段22號瀘州市特種設備監(jiān)督檢驗所。
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