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附录Y 译文
影响火灾和气体检测系统可靠性的人为因素
摘 要
通过引入人为因素的原理，提出了影响火灾和气体（F＆G）报警系统可靠性的一些基本因素。相比之下，标准报警和安全相关报警将显示在过程危害分析（PHA）研究中给出的两个不同的IPF值。本研究采用故障树图计算工艺流程图（PFD）值，以确定哪种报警类型能满足单一列车过程的F＆G系统安全完整性水平（SIL1）的标准。两种警报的比较是针对三种类型的探测器进行的；可燃气体探测器、火焰探测器和有毒气体探测器。已经发现，对于所有类型的探测器，标准警报不满足SIL1要求。与安全相关的报警相比，所有的探测器都能满足SIL1的要求。由于更大的IPF将被用于安全相关的报警，关键是研究的整体因素，可以保持系统具有良好的效率和性能。人为因素被认为是与安全有关的警报最关键的因素。需要一种完全协调的方法来保证报警系统的性能和效率，同时过程工厂能够在合理的可达到的区域内安全地运行。
关键词 报警系统，火灾，气体，人为因素
1.说明
在火灾探测的早期阶段，历史证明，模拟适当的损失的关键部分。通过使用STAND DARD安装和维护火灾探测和警报系统，同时减少整体财产损失，以提高居住者的生存能力。早期预警对于人员在可能的紧急情况下对可燃或不可见的有毒火灾或气体十分谨慎。预警的目的是减少事件的后果，并对事件的任何可能性进行风险评估。火灾和气体（F＆G）系统的三个主要功能如下：当训练有素的人员出现在火灾事件区域时，他们可能会具有高度的警觉性，作为火灾探测器。一些合适的人员将更有能力感知火灾特征，例如气味、火焰、热量和烟雾。当人类能够如上所述检测到这种情况时，这就是火灾警报系统以独特方式图案化的实际原因。此外，报警装置可由发现火灾的第一人手动操作。偶尔，一些人员可能会触发恐慌情况或由于健康状况，这导致在火灾事件中缺乏信心，他们忘记引起警报。此外，操作者或训练有素的人员在火灾事件中缺席的可能性也很高。因此，自动检测器被设计来模拟模仿人的嗅觉、触觉和视觉的物理感觉的特定功能。热探测器从根本上是为了感知高温，而烟雾探测器是通过嗅觉复制的，而电子眼被设计用来检测火焰的存在。在减轻火灾和爆炸时，探测器的安装位于可接受的坐标中，并且将通过F＆G检测映射。
1.1 火灾报警系统
为了确定火灾的不必要的存在，火灾报警系统是通过监测周围环境中的任 何微小变化来建模的。该系统通常被归类为手动功能或自动操作，甚至两 者同时进行。自动火灾报警装置的安装是在火灾事件或紧急情况下通知建 筑使用者的紧急信号以直接离开建筑物。这也会触发该系统通知紧急服务，同时报告该事件的场外位置，此外，消防处将采取措施接续火警和烟雾蔓 延。有几个火灾报警装置的例子，如手动呼叫点或站、烟雾探测器和热探 测器。火灾报警系统分为五个部分：
1.电源：作为系统运行的电源的装置。
2.火灾报警控制面板（FCP）：所有系统的控制和监控设备和部件。电子控制面板（FCP）是在安全和报警条件下的灯光和声音显示。
3.启动装置：输入设备作为火灾报警的起源。他们被分为两种类型；手动推送站自动信号装置，如烟雾探测器、热探测器、火焰探测器、气体探测器。
4.声光信号报警装置：例如钟、警报器和灯光信号。居民和消防员可以注意到火灾发生了。
5.辅助设备：连接到其他系统的设备。火灾报警系统的预防和控制；火灾报警将传输到其他系统。
消防系统可分为主动系统和被动系统。对于主动系统，所使用的设备是喷淋系统和喷水器，常用于过程工厂工业中。主动系统的性能是保护单元容器，如装载装置、仓库、加工厂区域和储存单元。消防系统可以避免多米诺效应，因为它通过抑制火灾的蔓延来控制暴露或火灾的蔓延。还有其他增强的方法，如应用泡沫填充器或固定水监测器，并且已经开发了一些专门用于淹没封闭空间的系统。通过使用惰性气体和卤素气体。
主动系统防止VESSEL失效的另一个有效方案是采用被动防火。被动涂层主要是通过涂覆在金属裸结构上的防火绝缘介质涂层。当主动保护系统不充分时，例如在隔离区域或当消防水系统径流有复杂的解决方案时，通常采用被动应用。此外，防火墙还存在着另一种被动保护，其主要优点是避免火灾蔓延或任何热扩散对封闭设备的影响。在解决重要的标准，以确定哪一个更合适的系统火灾暴露是通过比较可能的时间跨度暴露于火，这里被动仅是强有力的短期暴露（1-2小时）。下面是图1中火灾报警过程和消防系统的概要。
2. 火警系统报警系统
2.1 PHA的独立保护层（IPL）
根据IEC 615112过程安全标准，过程风险必须降低到由过程所有者设定的可容忍水平。这是使用多层保护，包括基本过程控制系统（BPC）警报，操作员干预，机械救援系统，和安全仪表系统（SIS）。每个保护功能将风险降低到一定数量级，并作为独立的保护层（IPL）。保护层分析（LPA）是最广泛使用的半定量分析和记录保护功能的方法之一。这是一种在初步设计阶段最好用于辅助决策过程的技术。 识别仪器保护功能（IPF）所需的风险降低至关重要。IPF必须被设计成满足ISA842作为IPL的要求。在LOPA期间，还确定每个IPF所需的安全完整性级别（SIL）。SIL定义了基于需求失败概率（PFD）的IPF的目标性能水平。报警系统和操作者可以减少的风险越大，SIS必须提供较少的风险降低。SIL水平越高，SIS越复杂和昂贵。此外，更高的SIL将需要更频繁的验证测试，这增加了成本，并且在许多工厂中可能是繁重的。不幸的是，人类的性能因素对运营商实际上可以提供的风险降低水平提供了约束。通过“获得”大多数“从运营商，对SIS的需求减少，这又降低了其失败的机会。
在功能安全生命周期中，LOPA之后的下一步是IPS的设计。在大多数情况下，多个IPF和控制功能需要相同的过程值。例如，报警、跳闸和PID控制回路可能需要相同的过程测量。
在LOPA，一些IPLS被用来防止后果发生，这些被称为预防性IPLSA的例子预防性IPL是一种高级开关，它阻止流向容器的流动并防止溢出。其他IPLS用于减少后果的严重性；被称为缓解IPLS。缓解IPLS的例子包括堤坝，其最大限度地减少了环境影响或过量流量止回阀，减少了在失去安全壳时释放到周围环境的材料的数量。保护层的视觉层如图1所示。
预防性IPF防止顶部事件（安全壳、超压、回流等的损失）发生，而缓解的IPFS尝试减少已经发生的事件的后果（安全壳、泄漏、火灾等的损失）。
图1. 火灾报警系统与消防系统
图2. 过程危害分析（PHA）研究中确定的保护与预
2.2 高度管理的警报
如ANSI/ISA84.91.01标准中所述，过程报警可分为联锁（SCAI）和安全控制报警。该图用于帮助识别所有的操作人员/所有者可能作为保护屏障的变异保障措施，以使风险最小化。在PHA过程中，应确定所有这些保障措施。还有另一种选择：应用ANSI.ISA18.2，它被称为安全警报器，起到报警的作用，它被分类为对过程安全或人类生命安全至关重要的分析。
安全警报标准中的补充要求位于高度管理的警报（HMA）类中，如图2所示。最重要的是，警报被告知操作员在设备崩溃或如果有异常的过程条件，这是明确的标准。BPC和SIS都利用分析逻辑和过程周围条件来创建警报。因此，在ANSI.ISA18.2之后的警报也被定义为“安全警报”，它也可以被视为基于ANSI/ISA84.91.014的SCAI。
报警系统应被认为是安全相关的，如果它被称为设施的一部分，以减少安全或环境危害的风险为10或更多的因素。在这种情况下，总的安全功能的按需平均故障概率（PFD）必须低于0.1，并且必须符合IEC 61508的要求。整体安全功能定义为检测和纠正潜在危险事件所需的手段与安全有关的警报通常会落入SIL1功能的范畴。 如表1所示，SIL1需求准则具有PFDAVG
表1. PFDAVG和RRF与SIL水平的关系4
＞0.01～＜0.1，可表示为Rf＞10～＜100或更实用，可用性和可靠性在90%～99%之间。这意味着，在至少90%的可用性中，对于每10个报警启动事件，系统不应超过1次正确响应。对于99%的最大可用性要求，在100中这会上升到1的故障。从人的可靠性的角度来看，这个SIL1目标是很难实现的。它只能通过高水平的
对于大多数炼油厂或流程工业的F＆G系统，F＆G检测映射研究将得出所需检测器的数量和探测器的位置。检测器将检测到有害气体的存在或由于来自源的液体泄漏而存在火焰。一旦检测到，自动控制系统将在过程区域采取纠正措施。大部分的F＆G研究都是用这种配置的自动控制系统完成的。本研究假设，关键的F＆G报警动作是由操作员手动从F＆G控制面板或从其他安全位置发起的。
图3. 过程控制的安全控制、报警和联锁关系分析（PHA）
炼油厂工艺区的控制措施。本研究中的配置（通过操作员的手动操作）通过考虑单个列车或过程线的功能精炼厂，F＆G假警报/假行程作为自动系统的一部分的影响将是显著的，并且有可能降低工厂的整体可用性。产生不必要的关闭的F＆G系统将减少系统中的操作者信心，这样的系统往往被抑制或忽略。反过来，这将减少F＆G系统的有效性，以有效地缓解不良事件。
为了促进有效的F＆G系统，将只研究警报系统；允许保护功能由操作者启动。因此，必须有一个非常重要的研究来管理报警系统，防止操作者错过警报。这不仅强调了运营商的能力，更重要的是要研究和维护由人为因素影响的报警系统。本研究将提出标准报警和安全相关报警的差异，以满足F＆G系统SIL的最低要求。最重要的因素，即人为因素有助于有效的F＆G报警系统进行讨论。
FESTAG在20157中研究了火灾探测和火灾报警系统的虚警率。火灾探测器中的高灵敏度传感器使火灾在早期可能被识别，但这也使得系统容易受到假警报的影响。在这项研究中，他们指出人类行为在人类活动触发良好意图的警报时起着至关重要的作用。例如，在恶意警报的情况下,人员触发手动呼叫点或灯匹配火灾探测器下方的意图破坏他们。如果出于善意的错误警报，人们以善意（错误）告诫消防队，虽然这里也没有火灾。相反，人类行为起着决定性的作用。恶意和善意的活动之间的区别在于一个人的特定意图。
勒克2019的一项最新研究对报警洪泛进行了研究，并构造了告警数据分析领域，并提出了应用于告警序列的方法和应用于告警序列的方法的区别。该研究还表明，通过一个案例研究如何二进制系列方法可以解决一个差距，在线报警洪水分类行业。
麦克内伊在2019的最新研究集中在当前的方法和对机械空间防火安全的有效性。仔细研究事故预防，他们研究了直接因果因素的偏倚，这可能归因于基于线性的、基于事件的模型在事故分析中的广泛应用。一般来说，尖锐和钝端的人为错误是控制安全的深层潜在问题的症候,不是事故的直接原因。因此，他们建议，人类错误的术语应该被替换为考虑人类任务不匹配之类的事件。
王提出了利用故障树转化为贝叶斯网络的方法，结合人类和组织因素的影响，建立了海上火灾概率分析模型。他们发现的与警报有关的三个基本事件不是听觉。
警报，没有正确地识别警报和警报恐慌，其中所有这些都是由于人为因素造成的。另一方面，他们还讨论了不遵守所提供的标准和不遵从指令通常主要贡献于火灾场景的发生。因此，控制这些关键事件会减少火灾事故发生的概率。
以上研究表明，需要研究影响F＆G检测系统效率和有效性的人为因素。上述研究大多不讨论在过程工厂中需要安装的警报类型，以达到目标SIL。因此，本研究将讨论一个标准警报和安全相关警报的比较，并实现SIL两者。为了进一步分析该系统，确定和讨论影响安全相关警报有效性的最大影响因素。
3.方法论
采用标准报警和安全相关报警两种报警方式进行故障树分析。结果将确定哪些警报能够满足F＆G系统SIL的要求。结果还将识别F＆G系统内的薄弱环节，并提供低至合理可达到的（ALARP）建议的基础。研究了三种探测器（1ON投票探测器），并对其结果进行了比较，即可燃气体探测器、火焰气体探测器和有毒气体探测器。本研究采用了一些典型的供应商数据。
此外，基于IEC 615085假定beta;因子如下：5%在相同设备之间，2%在不同的设备之间（如不同的制造和类型的压力变送器或不同线路上的两个压力变送器）。
典型的供应商数据已被用于火灾循环和气体回路，即检测器、逻辑求解器和最终元件，以构建故障树。该数据已被用来确定SIL，或者更准确地说，F＆G系统硬件的安全可用性。
3.1 总体PFD假设
F＆G系统的PFD使用故障树分析方法计算，如表2所示。所有获得的数据进行了年度测试间隔。
4.结果与讨论
建立了三种故障树图，用于对每种探测器类型的PFD进行计算，即火焰检测器.
表2.输入故障率
。
如表2所示，标准报警实现了与安全相关的报警相比更高的PFD。技术上所有探测器的标准警报不符合SIL1要求。因此，在PHA研究可燃气体探测器故障中不应该给予该标准警报。与安
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