第二十讲 安全仪表系统中故障树分析法的应用

　　引言

　　安全仪表系统(SIS)是指用来实现一个或几个安全仪表功能(SIF)的仪表系统，它包括从传感器到最终元件的所有部件和子系统。目前SIS已广泛应用于石油、化工、电力、铁路等过程工业领域，以保证运行过程在出现危险情况时处于安全状态，避免或减少对人员、环境、设备造成的危害。根据GB/T21109(IEC 61511)《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》，故障树分析(FTA)技术是计算安全仪表功能要求时的失效概率(PFD)的可用方法之一。FTA是由美国贝尔电话实验室于1962年开发的，它采用逻辑关系图的方法，形象地对故障进行分析，直观性强、思路清晰，可以做定性分析，也可以做定量分析。

　　1 故障树(FT)

　　故障树是指用以表明系统哪些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致系统发生一种给定故障的逻辑图。它是一种逻辑关系因果图，构图的元素是事件和逻辑门。“事件”描述系统和元、部件故障的状态，逻辑门表示事件之间的逻辑关系。常用的故障树符号请参见GB/T 4888-2009《故障树名词术语和符号》。

　　下面以某段输油管线压力超高保护功能为例画出其故障树。此处有三层保护：压力高报、压力开关、低压泄压，图1所示为其故障树。

　　2 故障树分析(FTA)

　　故障树分析是指：通过对可能造成系统失效的硬件、软件、环境、人为等因素进行分析，画出故障树，确定系统失效原因的各种可能组合方式及其发生概率，从而计算出系统的失效概率，以便采取相应的补救措施，提高系统的可靠性。FTA是一种自顶向下的分析方法，具有很大的灵活性和综合性，其一般步骤如下：

　　(1) 定义系统，确定分析的目的和内容，明确对系统所作的基本假设，对系统有一个详细的和透彻的了解。

　　(2) 选择顶事件。

　　(3) 自上而下建立故障树，并进行简化和规范化。

　　(4) 定性分析，确定故障树的最小割集。

　　(5) 定量分析，确定各底事件的失效概率，从而计算出顶事件的发生概率以及底事件和最小割集各种重要度。

　　(6) 根据分析提出改进意见，增强系统的可靠性、安全性。

　　2.1 定性分析

　　定性分析的主要目的是：寻找导致与系统有关的不希望事件发生的原因和原因的组合，即寻找导致顶事件发生的所有失效模式，确定故障树的最小割集。最小割集是指任何可导致顶事件发生的必要的底事件的集合，若其中任何一个底事件不发生，则顶事件不会发生。因此，若要提高安全仪表系统的可靠性，可以设法让最小割集中至少一个底事件的发生概率降至最低，此时顶事件的发生概率降低，系统潜在的失效概率就可降低。