PRODUCA Functionele Veiligheid en SIL Gebruik van Partial Stroke Testing Willem van der Bijl PRODUCA Consultancy BV Copyright PRODUCA Communicatie BV Toepassing van SIL-r6.PPT / WvdB / Mei, 2009 / Blz. 1 Wat is PRODUCA? PRODUCA levert diensten op het gebied van Opleidingen, Consultancy & Communicatie Dat betekent: leveren van procesgerelateerde technische opleidingen advies en opleiding in SIL, ATEX en Bustechnieken begeleiding bij HAZOP, SIL Classificatie, productie EVD opleiding in communicatieve vaardigheden advies in technische en commerciële educatie schrijven van teksten en persberichten redigeren van handboeken www.produca.nl Blz. 2 1
Indeling Toepassing van SIL Testen en Partial Stroke Test Ervaringen van gebruikers SIL Platform Blz. 3 61508 Algemene Veiligheid 62061 62061 Machines Machines Productie Productie 60601 60601 Medische Medische Sector Sector 61508 Industrie 50128 50128 Transport Transport Sector Sector Gebruik van SIL 61511 61511 Proces Proces industrie industrie 60880 60880 Nucleaire Nucleaire Industrie Industrie Blz. 4 2
Functionele Veiligheid in Schema Responsie op noodtoestand Nood acties Voorkom Beperk Dijk Ontlaatklep, Breekschijf Safety Instrumented System Operator grijpt in Basis Proces Regelsysteem Nood stop Proces stop Proces waarde Passieve bescherming Actieve bescherming Veiligheid Procesregeling Procesregeling Deviatie alarm Inherent veilig ontwerp Proces Procesontwerp Blz. 5 SIL maatregelen 1. Risico s worden vastgesteld op basis van een HAZOP studie 2. Voor ieder risico wordt door middel van een classificatie een SIL niveau bepaald 3. Deze worden vastgelegd in een managementverklaring 4. Voor ieder risico van SIL 1 SIL 3 dient een beperkende maatregel (functie) te worden genomen Een Safety Instrumented Function SIF Elke SIF bestaat uit een elektrische regelkring (E/E/PE) De regelkringen samen vormen een Safety Instrumented System, een SIS 5. Niveau SIL 4 leidt tot een additionele veiligheidsstudie en kan een wijziging van het procesontwerp tot gevolg hebben soms is er geen alternatief, zoals HIPPS SIL 4 wordt door bedrijven in het algemeen niet geaccepteerd Blz. 6 3
Risico Verlaging SIF is een functie om, met behulp van instrumenten, de risico s te verlagen Er moet gedefinieerd worden wat, hoe en hoe snel (SRS) Kans 1 2 3 4 GROOT RISICO 1 2 3 1 2 RISICO VERLAGING 1 ACCEPTABEL RISICO Gevolg Blz. 7 Voorbeeld SIS Loop BAS F&G SIS DCS BAS = Business Administration System F&G = Fire & Gas System SIS = Safety Instrumented System DCS = Distributed Control System PROCES Blz. 8 4
Relatie tussen SIL en PFD Safety Integrity Level SIL Te bereiken risicoverlaging m.b.v. SIS Probability of Failure on Demand PFD avg PFD = kans van géén reactie op een actieverzoek SIL < 1 SIL 1 SIL 2 Geen voorwaarden > 10 > 100 Geen voorwaarden < 0,1 < 0,01 PFD = product van faalkans en beproevingstest SIL 3 > 1000 < 0,001 SIL 4 > 10,000 < 0,0001 Blz. 9 Bepaling van de juiste integriteit Dit vereist: Een onderzoek naar de PFD Probability of Failure on Demand van elk component in een SIS Safety Instrumented System die de SIF moet uitvoeren Safety Instrumented Function om aan te tonen dat het juiste SIL niveau wordt bereikt. Safety Integrity Level Blz. 10 5
Betrouwbaarheid van een SIS Elementen die PFD beïnvloeden: Faalkans (λ d ) of 1/MTBF d Test Interval (Ti) Diagnostische dekkingsgraad (DC) Installatie (bijv. 1oo2) λ d (lambda d ) = frequentie van gevaarlijk falen MTBF d = mean time between dangerous failures Ti = test interval van het functioneel testen van de veiligheidsfunctie Blz. 11 Testen is belangrijk M Voor het testen van instrumenten geldt: Aandacht voor het belang van het instrument Weet waarom de test uitgevoerd dient te worden Rapporteer de verwachte tijd nodig voor het testen Selecteer de juiste gereedschappen om de test efficiënt uit te voeren Testapparatuur dient voorzien te zijn van geldige kalibratie Onderzoek of de test de volledige functie van het instrument dekt en stel de pass/fail criteria vast Zorg dat de juiste documenten beschikbaar zijn Blz. 12 6
Faalkans en Testinterval Failure rate of Faalkans omvat het aantal malen dat een element faalt per tijdseenheid, bijv.: een keer per tien jaar, lambda (λ) is dan 0,1 Het testinterval Ti is de tijd tussen twee SIF-proeftesten Voor één deelelement (1oo1) geldt: PFD = ½ λ Ti Voor een volledige loop worden de PFD s van de elementen opgeteld Dit geeft dan de gemiddelde kans dat een SIF faalt: = PFD avg Kabel Initiator I Card Barrier JBox PLC Logic O Card Barrier JBox Kabel Solenoid Actuator Blz. 13 Testinterval Apparatuur in gebruik verouderd, de kans op ongedetecteerde fouten (dangerous failures) neemt toe in de tijd Testinterval is de tijd die ligt tussen twee testen op goede werking Deze proof test dekt niet alles dus er is een geleidelijke stijging PFD avg is de gemiddelde PFD die men bereikt over de gehele levensduur van de SIF PFD t Veroudering PFD avg 0 2 4 6 8 10 Tijd Blz. 14 7
Tussentijds testen Tussentijdse testen met minder dekkingsgraad; diagnostic coverage van bijvoorbeeld 50% De 100% test kan daarmee verschoven worden naar een later tijdstip, bijvoorbeeld het moment van een stop of turn-around Volledige Test PFD t PFD avg PFD avg Vereist PFDniveau 0 2 4 6 8 10 Tijd Blz. 15 Voorbeeldprocedure Partial Stroke Testing Partial Stroke Testing van ESD Kleppen Gedeeltelijk bewegen van de klepsteel Toegepast op Air to Open kleppen Door middel van intelligente klepstandstellers Methode voor eenvoudige tussentijdse testen Controle op vastlopers Grafische analyse van mechanische veranderingen Blz. 16 8
PST Diagnostiek Druk vs Travel Blz. 17 PST Bescherming Partial Stroke Travel Minimale druk Blz. 18 9
PST Valve Stuck Alert Druk vs Travel Normaal ingestelde grenswaarde van de druk Blz. 19 Conclusie Taxatie en Verificatie vereist goede kennis van de SIL methode Mogelijkheden om de PFD te verlagen: Toepassing van verschillende SIF configuraties; 1oo2, 2oo3, etc. Gebruik componenten van verschillende producenten Bewust gebruik van diagnostische functies voor analyse van graad van veroudering Gebruik van efficiënte tussentijdse testen, doorgaans met beperkt diagnostic coverage, zoals bijvoorbeeld Partial Stroke Testing Blz. 20 10
Gebruikservaringen Wees alert op nieuwe faalmechanismen Aangroei op steel of kogel bij herhaalde vaste PST kan blokkade vormen Loskomen van de aandrijving door herhaalde beweging Ontstaan van nieuwe faalmeldingen in bovenliggende systemen Dient met ontwerp meegnomen te worden Hoeveel is de feitelijke PFD verbetering? Er is een bruikbare formule, maar wat is de waarde van de DC Wat is de meest geschikte partial stroke waarde? Grafische analyse is mogelijk, echter er is onvoldoende kennis om conclusies te trekken Blz. 21 SIL Platform Ondersteunen van het goed gebruik van SIL () in de volledige cyclus van een plant Uitwisseling van kennis op dit terrein voor betere toepassing en betere ontwikkeling van de normen 61508 en 61511 Functioneren als klankbord voor de normcommissie NEC 65 Industriële Meet- en Regeltechniek Blz. 22 11
Uitvoering Het platform rapporteert aan de normcommissie en wordt begeleid door een consultant van NEN. Documenten worden beheerd en ter beschikking gesteld via een elektronisch systeem, Livelink via dit systeem is het ook mogelijk informatie uit te wisselen tussen de platformleden onderling en NEN Leden van het SIL platform kunnen als waarnemer de NEC 65 commissievergaderingen bijwonen Leden van de werkgroep hebben in de NEC 65 vergaderingen geen stemrecht Iedereen kan lid worden, belangstelling? Blz. 23 12