安全仪表系统(Safety Instrumentation System,SIS)目前已成为安全生产的关键设备,可通过其安全功能(Safety Instrumented Function,SIF)来降低事故的发生概率。目前安全仪表等级分析已经成为控制界研究和工业界应用的热点。本文针对目前安全仪表系统等级分析中存在的计算过程复杂和费时问题,提出了基于马尔可夫模型的系统可用性评估方法;针对安全仪表系统的冗余结构复杂程度的增加会导致共因失效概率增加的问题,改进了冗余结构分组方式;针对具体的脱硫装置的安全仪表系统进行了安全可靠性分析,取得了良好的结果。论文工作包括以下几个方面:针对马尔可夫模型在应用于多状态系统时存在的计算过程复杂和费时问题,提出了基于马尔可夫模型的系统可用性评估方法。基于马尔可夫模型进行微分求解,通过计算、仿真得到冗余结构与测试周期的以及可用率的变化曲线,可以精确的选择冗余结构,确定测试周期,从而极大降低设备安装费用,解决了安全仪表系统的测试周期的确定,冗余结构的选取由人工经验解决的问题。基于论文所提出的算法,开发了相应的计算软件,实现了安全失效率与危险失效率的计算。针对安全仪表系统的冗余结构复杂程度的增加会导致共因失效概率增加的问题,提出了了改进的冗余结构分组方式。在分析共因失效修正因子随冗余结构增加而逐渐增加的基础上,对安全仪表系统冗余结构构建方式进行改进。在系统阀门数量不增加的前提下,修改阀门排布方式,改进冗余结构的构建方式,可以使安全仪表系统的安全完整性等级(Safety Integrity Level,SIL)在使用现有的仪器的情况下,节约仪器成本和材料成本同时消除了引入新的仪器带来的潜在的风险。针对脱硫装置的安全仪表系统中重要的安全仪表系统功能,进行安全性可靠性分析,并通过实际SIL与目标SIL的对比,提出可行的整改措施,计算结果表明:对SIS的SIF影响较大的部分为传感器和执行器部分,逻辑控制影响较小,要提高脱硫装置安全仪表系统的可靠性,必须重视执行器部分的可靠性,并在仪表阀门选取,功能测试周期的确定中充分考虑。论文所提出的算法和结构在脱硫装置进行了具体分析,取得了良好的效果。