Ochrona przed przelaniem zbiorników z cieczami niebezpiecznymi

Systemy służące bezpieczeństwu (Safety Instrumented Systems - SIS) tworzą jedną z warstw obniżających ryzyko awarii lub katastrofy przemysłowej. Mają one na celu realizację tzw. funkcji bezpieczeństwa przez wykluczenie lub ograniczenie występowania zdarzeń zagrażających ludziom, środowisku naturalnemu i majątkowi trwałemu. Koszty i poświęcany czas, związane z właściwym użytkowaniem systemów SIS oraz wymagania wg normy PN-EN 61511, jakie należy spełniać w celu utrzymania dyspozycyjności zadziałania funkcji bezpieczeństwa, to poważne wyzwania dla służb utrzymania ruchu instalacji produkcyjnej.

Przetworniki poziomu Endress+Hauser są atestowane przez zewnętrznego audytora według poziomów nienaruszalności bezpieczeństwa SIL1...SIL4 (Safety Integrity Level - SIL) w oparciu o szczegółowe badanie ich niezawodności, kontrolę procesu projektowania i produkcji. Atest SIL dla każdego z nich potwierdza zgodność z normą bezpieczeństwa PN-EN 61508:2010 w zakresie zarówno warstwy sprzętowej, jak i oprogramowania wewnętrznego przetwornika. Dzięki temu są one dopuszczone do użytkowania w obwodach SIS pełniących odpowiedzialną funkcją bezpieczeństwa, jaką jest wykrywanie na czas i na każde żądanie zagrożenia przelaniem zbiorników magazynowych i technologicznych m.in. w branży chemicznej, rafineryjno-gazowej i energetyki zawodowej.

OKRESOWE TESTY SPRAWNOŚCI OBWODU SIS/ESD

Rys. 1. Harmonogram testów częściowych wibracyjnego sygnalizatora poziomu Liquiphant FailSafe SIL3

Niezbędną czynnością w ramach programu zapewnienia bezpieczeństwa instalacji produkcyjnej jest regularny test sprawności obwodu SIS/ESD. Mówią o tym normy PN-EN 61508 i 61511. Jego celem jest wykluczenie błędów przypadkowych w obwodzie i potwierdzenie dyspozycyjności funkcji bezpieczeństwa. Pełny test systemu bezpieczeństwa z przetwornikiem poziomu Endress+Hauser gwarantuje, że średnie prawdopodobieństwo niewykonania funkcji bezpieczeństwa, polegającej na wykryciu zagrożenia przelania zbiornika (Probability of Failure on Demand, PFDAVG), będzie mniejsze niż 0,01.

Zaś po wykonaniu testu częściowego tego systemu parametr PFDAVG nie osiągnie równie dobrej wartości, ponieważ pokrycie diagnostyczne potencjalnych usterek przetwornika poziomu Endress+Hauser jest wówczas ograniczone. Jednocześnie jednak jest on łatwiejszy i szybszy w realizacji, a przez to pożądany przez służby utrzymania ruchu.

TEST PEŁNY

Można go wykonać na dwa sposoby. Pierwszy polega na podniesieniu poziomu w zbiorniku do wartości alarmowej H (High) lub krytycznej HH (High High), jaką ma wykrywać przetwornik poziomu. Jeżeli przyrząd pomiarowy ma usterkę, to zostanie ona wykryta, ale jednocześnie wzrośnie ryzyko wydostania się substancji niebezpiecznej ze zbiornika podczas testu. Drugim sposobem wykonania testu pełnego jest demontaż przyrządu pomiarowego ze zbiornika i wykonanie próby w innym zbiorniku z cieczą bezpieczniejszą lub w warsztacie. W tym jednak przypadku konieczny jest postój instalacji produkcyjnej oraz zaangażowanie określonej liczby osób. Wskutek tego rosną koszty działalności zakładu oraz wydłuża się czas postoju.

TEST CZĘŚCIOWY

Rys. 2. Sposób wykonania testu częściowego blokady ESD z radarowym przetwornikiem poziomu Levelflex

Jest to trzecie, salomonowe rozwiązanie zadania. Test częściowy obwodu SIS/ESD chroniącego zbiornik przed przelaniem, w którym pracuje przetwornik poziomu Endress+Hauser, można wykonać zawsze, bez konieczności ryzykownego napełniania zbiornika lub czasochłonnego demontażu przetwornika.

Mechanizmy szczegółowej diagnostyki obwodów wewnętrznych przetwornika poziomu Endress+Hauser testują ponad 80 różnych funkcji urządzenia związanych z jego poprawnym działaniem, wykluczając usterkę lub potwierdzając jej wystąpienie. Pokrycie diagnostyczne usterek (Proof Test Coverage, PTC) osiąga wartość z przedziału 55...80% w zależności od modelu urządzenia, podczas gdy dla pełnego testu sprawności jest ona bliska 100%.

Test częściowy obwodu SIS/ESD, w którym ono pracuje, pozwala więc wydatnie oszczędzić czas, zapewnia bezpieczeństwo ludzi go wykonujących a przez brak wymogu zatrzymywania pracy instalacji produkcyjnej nie wystąpią niepożądane straty finansów. Godną uwagi zaletą przeprowadzenia raz w ciągu roku 10-minutowego testu częściowego jest również wydłużenie okresów między pełnymi testami sprawności obwodu SIS do 3 lat dla radarowych przetworników poziomu Endress+Hauser Micropilot i Levelflex serii Evolution aż do imponujących 12 lat dla wibracyjnego sygnalizatora poziomu cieczy Liquiphant FailSafe.

TEST SPRAWNOŚCI OBWODU SIS Z SYGNALIZATOREM POZIOMU CIECZY LIQUIPHANT FAILSAFE

Rys. 3. Wibracyjny sygnalizator poziomu cieczy Liquiphant FailSafe SIL3 w blokadzie ESD chroniącej zbiornik przed przelaniem

Zasadniczo im wyższy poziom nienaruszalności bezpieczeństwa SIL obwodu SIS/ESD, chroniącego zbiornik z cieczą niebezpieczną przed przelaniem, tym mniejsze ryzyko takiego wypadku. Stąd aby obniżyć prawdopodobieństwo jego zajścia poniżej doskonałej wartości 0,001 (jedno przelanie dopuszczalne na każde 1000 możliwych sytuacji tego typu), obwód SIS powinien posiadać atest SIL3. Zwykle jest on osiągalny tylko przez zastosowanie redundancji (nadmiarowości), a więc przez użycie co najmniej dwóch sygnalizatorów poziomu SIL2 z zaleceniem ich nabycia u dwóch różnych dostawców (ewentualnie dwóch różnych typów od jednego dostawcy).

Liquiphant FailSafe rozwiązuje powyższy problem. Jest to wibracyjny sygnalizator poziomu, który na pierwszy rzut oka wydaje się typowym, jednokanałowym torem pomiarowym (1oo1). Jednak ma on atest SIL3 dzięki wewnętrznej nadmiarowości toru pomiarowego z automatyczną diagnostyką wszystkich usterek wykrywalnych (1oo2D) na poziomie skuteczności 98% (Safe Failure Fraction, SFF).

Po każdorazowym włączeniu urządzenia lub naciśnięciu przycisku testowego rozpoczyna się sekwencja testu częściowego (bez konieczności demontażu urządzenia ze zbiornika) zapewniająca uzyskanie PFD_AVG=99 %. Podczas niego sygnalizator wprowadza widełki w drgania o mniejszej częstotliwości i informuje o tym operatora. Poprawna odpowiedź toru pomiarowego powinna uruchomić np. napęd zaworu odcinającego dopływ cieczy do zbiornika, a więc testowany jest cały obwód SIS (czujnik + moduł logiczny + moduł wykonawczy).

TEST SPRAWNOŚCI OBWODU SIS Z RADAREM LEVELFLEX LUB MICROPILOT

Rys. 4. Radarowy przetwornik poziomu Levelflex FMP54 do pracy w blokadzie ESD chroniącej kocioł wodno-parowy

Oba rodzaje radarów Endress+Hauser otrzymały atest SIL2 na warstwę sprzętową i SIL3 na warstwę oprogramowania wewnętrznego przetwornika zgodnie z normą PN-EN 61508:2010. Nie jest zatem możliwe zbudowanie z ich użyciem obwodu SIS/ESD z atestem SIL3 w architekturze jednokanałowej. Jednak radary te wyróżniają się spośród innych na rynku możliwością użycia w obwodzie bezpieczeństwa SIL3 o architekturze z nadmiarowością (1oo2) w wariancie homogenicznym (jeden typ urządzenia od jednego dostawcy użyty dwukrotnie).

Zasada działania standardowego radaru wymusza ich montaż od góry zbiornika. Tak więc wykonanie dorocznego, pełnego testu sprawności obwodu SIS pociąga za sobą konieczność całkowitego odstawienia zbiornika. Użycie radaru Levelflex lub Micropilot w obwodzie bezpieczeństwa SIS/ESD oddala tę perspektywę do 3 lat dzięki dorocznemu, 10-minutowemu testowi częściowemu (bez demontażu przyrządu ze zbiornika), inicjowanemu przez nieodpłatne oprogramowanie diagnostyczne FieldCare, które służy do parametryzacji urządzeń Endress+Hauser za pomocą komputera.

Jeżeli użytkownik ustawi 90% wysokości napełnienia zbiornika jako wartość alarmową bezpieczeństwa, to test częściowy polega na uruchomieniu symulacji przez radar wartości 89% napełnienia zbiornika a następnie 91%. Odpowiedź wyjścia prądowego radaru w obu tych próbach powinna być zgodna z oczekiwaniami (odpowiednio "brak alarmu" i "alarm"). Zrzuty ekranu z oprogramowania FieldCare można zapisać jako dokumentację pozytywnego wyniku testu częściowego, wykonanego bez fizycznego napełniania zbiornika i pozwalającego na utrzymanie wartości SFF = 92% (SIL2).

PODSUMOWANIE

Okresowe testy sprawności obwodów SIS/ESD, chroniących zbiorniki z cieczami niebezpiecznymi przed przelaniem i których elementami są przetworniki poziomu Endress+Hauser, są wykonywane z mniejszym nakładem sił i środków użytkownika, dzięki czemu praca staje się spokojniejsza i bardziej wydajna.

Przyrządy te są atestowane na poziom nienaruszalności bezpieczeństwa SIL2 lub SIL3 zawsze z udziałem podmiotu niezależnego od producenta, co zwiększa rzetelność wykonanych badań niezawodnościowych. Inwestor, który decyduje się na użycie przetworników poziomu Levelflex, Micropilot, Liquiphant i wielu innych produkcji Endress+Hauser, zyskuje zawsze udokumentowaną, najwyższą jakość, wyróżniającą te przyrządy spośród wielu innych na polskim rynku.

Endress+Hauser Polska
www.pl.endress.com/sil