安全仪表系统(Safety Instrument System, SIS)被广泛应用于石油化工、机械、铁路等行业以提高控制安全水平。特别地,石化领域对SIS的安全性和可用性都提出了很高的要求,因为它们都与企业的经济效益密切相关。目前中国的SIS市场基本被国外产品占领,这不利于我国产业战略安全和经济发展效益。因此,基于石化领域,对SIS进行研究具有重要意义。本文基于石化行业SIS,提出了一个双三重冗余容错系统架构,并对系统进行了安全性研究。首先,采用了双三重设计和冗余容错设计提升系统的安全性和可用性,提出双机双工工作方式解决了传统安全仪表系统双机热备工作方式带来的功能安全扰动问题。然后,本文对冗余容错系统的安全性建模方法进行了研究,综合考虑了多种失效模式和多个安全影响因子,计算了系统的平均危险失效率、平均安全失效率和平均可用率。接下来,提出了具有转移状态的马尔可夫模型并将它与可靠性框图结合起来对系统建模,极大地简化了建模过程而且能动态反映系统所有安全性能。对这种建模方法进行应用拓展,解决了复杂冗余容错系统建模困难的问题。最后,用提出的安全性建模方法对双三重冗余容错系统进行安全性建模和分析,并将该系统的安全性能和典型冗余容错系统进行对比。结果表明,双三重冗余容错系统能满足石化领域要求的安全完整性等级,并且比典型冗余容错系统具有更好的可用性。本文的冗余容错系统架构设计权衡了安全性和可用性,对提高石化生产的安全水平和效率具有积极意义。此外,本文的安全性研究方法可用于计算SIS的可靠性数据和安全完整性等级,也能为SIS的设计和改进提供参考,具有较高的工程价值。