基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(jí)驗(yàn)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(shí)，由于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的大量投入使用，對(duì)災(zāi)難性事故危害的潛在風(fēng)險(xiǎn)的控制也成為了不容忽視的問(wèn)題，人們對(duì)危害其生命、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境等各類風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)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(lái)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(shí)及時(shí)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(yàn)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(guó)內(nèi)外功能安全研究的重要課題。其中對(duì)安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(jí)驗(yàn)證方法的研究，正是為了使安全儀表系統(tǒng)準(zhǔn)確及時(shí)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(duì)于安全完整性等級(jí)的驗(yàn)證方法研究成為功能安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　目前，對(duì)安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(jí)的驗(yàn)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(diǎn)——系統(tǒng)內(nèi)部串并聯(lián)關(guān)系清晰簡(jiǎn)單直觀，同時(shí)又不像Markov模型對(duì)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(duì)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(zhǔn)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(duì)大型系統(tǒng)進(jìn)行建模計(jì)算時(shí)計(jì)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(lái)表征故障樹的規(guī)模，故障樹分析中的計(jì)算量通常是會(huì)隨著其規(guī)模的增大而指數(shù)增長(zhǎng)。
　　針對(duì)故障樹分析法無(wú)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(jí)驗(yàn)證方法，其基本思想是將系統(tǒng)的故障樹模型依照對(duì)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(diǎn)的條件概率表，然后利用聯(lián)合概率分布即可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全完整性等級(jí)進(jìn)行計(jì)算，從而達(dá)到驗(yàn)證目的。這樣的驗(yàn)證方法既克服了故障樹分析方法無(wú)法解決多態(tài)性問(wèn)題的缺點(diǎn)，又在對(duì)大型復(fù)雜的安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算時(shí)，減少了計(jì)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(gè)冗余結(jié)構(gòu)安全完整性等級(jí)的計(jì)算方法，表明了所提出的驗(yàn)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(jì)算在不同失效模式下的安全完整性等級(jí)。
　　本文以循環(huán)氫加熱爐的燃?xì)鈮毫Π踩珒x表系統(tǒng)為例，運(yùn)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(jí)驗(yàn)證方法對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，由于引入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，使得安全完整性等級(jí)的計(jì)算簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，能夠根據(jù)其驗(yàn)證結(jié)果對(duì)系統(tǒng)傳感器部分與執(zhí)行器部分進(jìn)行冗余配置改進(jìn)，從而提高其安全儀表系統(tǒng)整體的安全完整性等級(jí)。這一過(guò)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(jí)的計(jì)算，并具有計(jì)算簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。<