基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級驗證研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活所需品日益豐富，生活質(zhì)量極大地提高。與此同時，由于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的大量投入使用，對災(zāi)難性事故危害的潛在風險的控制也成為了不容忽視的問題，人們對危害其生命、財產(chǎn)和環(huán)境等各類風險也越來越難于容忍。為了提高工業(yè)生產(chǎn)的安全性，通常采用安全儀表系統(tǒng)（Safety Instrumented System，SIS）在出現(xiàn)安全事故之前發(fā)揮其安全功能，避免安全事故的發(fā)生，或者減少事故發(fā)生后造成的危害。安全儀表系統(tǒng)已

2、越來越廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代流程工業(yè)中，是保障流程工業(yè)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)施。因而，安全儀表系統(tǒng)其自身的安全可靠性也自然成為保證其能否在事故發(fā)生時及時地發(fā)揮其安全功能的基礎(chǔ)。但由于安全儀表系統(tǒng)的自身結(jié)構(gòu)、軟硬件、周圍環(huán)境等原因，如何驗證安全儀表系統(tǒng)的安全性是否滿足預(yù)期要求是重中之重，逐漸成為國內(nèi)外功能安全研究的重要課題。其中對安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級驗證方法的研究，正是為了使安全儀表系統(tǒng)準確及時地發(fā)揮其應(yīng)有的安全功能，確保安全生產(chǎn)以及避免事故發(fā)

3、生。因此，對于安全完整性等級的驗證方法研究成為功能安全領(lǐng)域的研究熱點。
　　目前，對安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級的驗證方法主要有三種，即:故障樹、可靠性框圖及Markov模型。其中故障樹模型既具有可靠性框圖的特點——系統(tǒng)內(nèi)部串并聯(lián)關(guān)系清晰簡單直觀，同時又不像Markov模型對于大型復(fù)雜系統(tǒng)建模困難，并且可以定性分析與定量分析。但故障樹是建立在對系統(tǒng)故障狀態(tài)作出假設(shè)的基礎(chǔ)上，即事件狀態(tài)的二態(tài)性以及故障邏輯關(guān)系的確定性。由于安全儀表系統(tǒng)

4、中很多事件具有多態(tài)性，故障樹難以準確地描述具有多態(tài)性的事件。其次，使用故障樹分析法在對大型系統(tǒng)進行建模計算時計算量是非常大的故障樹中底事件和邏輯門數(shù)目可以用來表征故障樹的規(guī)模，故障樹分析中的計算量通常是會隨著其規(guī)模的增大而指數(shù)增長。
　　針對故障樹分析法無法描述多態(tài)性的不足，本文提出了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級驗證方法，其基本思想是將系統(tǒng)的故障樹模型依照對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)化成為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，由故障樹中的邏輯門得到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)

5、點的條件概率表，然后利用聯(lián)合概率分布即可對整個系統(tǒng)的安全完整性等級進行計算，從而達到驗證目的。這樣的驗證方法既克服了故障樹分析方法無法解決多態(tài)性問題的缺點，又在對大型復(fù)雜的安全儀表系統(tǒng)進行驗證計算時，減少了計算復(fù)雜度。
　　文章分析了不同冗余結(jié)構(gòu)(loo1、loo2、loo2D)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，并在此基礎(chǔ)上，給出了三個冗余結(jié)構(gòu)安全完整性等級的計算方法，表明了所提出的驗證方法不僅適用于由元器件直接組成的硬件系統(tǒng)，還可以用于不同冗余結(jié)構(gòu)

6、的系統(tǒng)，計算在不同失效模式下的安全完整性等級。
　　本文以循環(huán)氫加熱爐的燃氣壓力安全儀表系統(tǒng)為例，運用本文所提出的基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級驗證方法對其進行分析計算，由于引入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，使得安全完整性等級的計算簡便、準確，能夠根據(jù)其驗證結(jié)果對系統(tǒng)傳感器部分與執(zhí)行器部分進行冗余配置改進，從而提高其安全儀表系統(tǒng)整體的安全完整性等級。這一過程及結(jié)論表明該方法適用于安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級的計算，并具有計算簡便的特點。<