石化、化工行业是我国的支柱行业,在国民经济发展中扮演着重要的地位,但也因其生产规模大、安全风险高、事故时有发生而备受社会关注。安全仪表系统用于化工装置中可以主动防止事故的发生,降低事故发生的频率和后果的严重程度。但无危险情况下的安全仪表系统的误动作则会造成经济损失,也带来一定的安全风险。鉴于目前安全仪表系统误动作研究不足的现状及企业自身追求安全与经济二者平衡的切实需求,本文对化工装置中安全仪表系统的误动作及设计优化进行了全面的研究。从误动作的概念、定义及触发原因入手,在元件、安全联锁回路以及化工装置三个层面对安全仪表系统误动作进行了归纳总结,建立了一套适用于化工企业的误动作率等级标准的判定方法,并用于化工装置水供应系统关键联锁回路的误动作分析。在误动作率等级标准要求下,基于已有的误动作概念,考虑安全失效和危险可检测失效组合可导致误动作的情形,推导了安全仪表系统通用Koo N表决结构的误动作率量化模型。该模型基于最新误动作研究理论有效解决了复杂表决结构的误动作率量化问题,使之可以有效结合于安全仪表系统的优化设计中。在优化设计部分,考察了元件类型、冗余结构和维修时间间隔三个决策变量对安全仪表系统可靠性、误动作率以及生命周期成本的影响,结合现有推导模型,安全仪表系统中出现了较以往研究更为优化的冗余结构,并以焦炉气制甲醇工艺为例,应用NSGA-II遗传算法对其典型的安全联锁回路进行设计优化。案例结果表明,该研究的应用能够为化工装置安全仪表系统提出同时满足安全与经济二者需求的优化设计方案,为实现化工装置安全及长周期运转提供了重要保障。