Справочник инженера по АСУТП Проектирование и разработка 2008. Справочник инженера по асутп Проектирование и разработка Учебнопрактическое пособие ИнфраИнженерия
 Скачать 6.47 Mb.
|
|
Глава 4. Общие требования при создании АСУТП 233 В обязательном порядке должна предусматриваться реги- страция времени появления и исчезновения сигнализации. Защита от ошибок персонала. Все действия персонала по взаимодействию с РСУ должны быть защищены от воз- можных ошибок. РСУ должна исполнять только те действия, которые описаны в документации на систему. Любые оши- бочные действия персонала по управлению процессом долж- ны игнорироваться, если они отличаются от объявленных в документации, или не соответствуют уровню полномочий персонала, и регистрироваться в журнале событий. 4.10. Общие требования к системе ПАЗ Методы и средства защиты технологических объектов выбираются на основе анализа опасностей и условий возник- новения и развития предаварийных и аварийных ситуаций, особенностей технологических процессов и аппаратурного оформления. Система безопасности (ПАЗ) должна обеспечивать: • Сбор аналоговой и дискретной информации от датчи- ков технологических параметров, и дискретных пара- метров состояния исполнительных механизмов, а так- же дискретных параметров ДВК, ПДК, и состояния аварийной вентиляции. • Выделение достоверной входной информации. • Анализ и логическую обработку входной информации. • Автоматическую выдачу сигналов двухпозиционного управления на исполнительные механизмы. • Дистанционное управление исполнительными меха- низмами со станции технолога-оператора РСУ при ус- ловии санкционированного доступа, либо со специ- альной оперативной панели ПАЗ. • Передачу оперативной информации от системы ПАЗ в РСУ для сигнализации, регистрации и архивирования (отклонение параметров, срабатывание исполнитель- ных механизмов ПАЗ, и т.п.). • Выделение первопричины останова технологического процесса. • Самодиагностику состояния технических средств сис- темы ПАЗ. 234 Справочник инженера по А СУТП: Проектирование и разработка Выбор конкретного поставщика системы защиты. Вы- бор архитектуры системы безопасности и ее элементов осуще- ствляется исходя из категории взрывоопасности технологиче- ского объекта, а также требований по эксплуатации, обслужи- ванию и ремонту в течение всего межремонтного пробега тех- нологического объекта. Выбор конкретного поставщика обо- рудования системы ПАЗ организация-заказчик осуществляет по результатам конкурса (тендера). Особенности объектов III категории взрывоопасности. Для объектов III категории взрывоопасности функции защиты технологического процесса могут быть реализованы на стан- дартных контроллерах РСУ при выполнении следующих условий: • Система защиты реализована на физически выделен- ных из РСУ (но не из АСУТП) технических средст- вах; • Система защиты имеет резервирование по всем основ- ным компонентам: - Модули ввода-вывода; - Платы контроллеров; - Сетевые интерфейсы; - Источники питания. Резервирование датчиков и исполнительных элемен- тов. Надежность выполнения функций измерения и защиты для переменных, определяющих взрывоопасность процесса, на взрывоопасных объектах обеспечивается: • Использованием полевого оборудования, имеющего специальный допуск на применение в системах, обес- печивающих безопасность процесса; • Установкой дополнительных датчиков в соответствии с категорией взрывоопасности и типом технологиче- ского процесса; • Установкой дополнительных исполнительных элемен- тов; • Наличием системы автоматизированного обслужива- ния полевого оборудования - Plant Asset Management System; • Контролем значений технологически связанных пара- метров. Глава 4. Общие требования при создании АСУТП 235 В системах ПАЗ запрещается мультиплексирование вход- ных параметров, определяющих взрывоопасность процесса. Значения уставок системы защиты. Находятся под от- ветственностью Проектной организации. Значения уставок срабатывания системы защиты определяются с учетом по- грешностей измерительных устройств, быстродействия систе- мы, возможной скорости изменения параметров, и категории взрывоопасности технологического блока. Значения уставок определяются Проектной организацией и приводятся в про- ектной документации (технологическом регламенте). Надежность и время срабатывания систем безопасно- сти. Надежность и время срабатывания систем противоава- рийной защиты обосновываются Разработчиком АСУТП на основе требований технологической части проекта. При этом учитывается категория взрывоопасности технологических блоков, входящих в объект, и время развития возможной ава- рии. Время срабатывания системы защиты должно быть га- рантированно меньше времени, необходимого для перехода параметра от предаварийного до критического значения. На- дежность систем безопасности должна обеспечивается: • Аппаратурным резервированием необходимого типа; • Информационной, функциональной и временной из- быточностью; • Наличием систем оперативной и автономной диагно- стики. Достаточность резервирования и его тип определяются и утверждаются на специальном совещании по безопасности с участием Проектной организации, Разработчика АСУТП и Организации-заказчика. Резервирование электропитания. Электропитание обо- рудования АСУТП, включая и полевое оборудование КИПиА, должно обеспечиваться от двух независимых источников. На случай отключения основных источников электроэнергии в качестве третьего независимого источника должен быть пре- дусмотрен источник бесперебойного питания (UPS), способ- ный обеспечить электропитанием полевое оборудование КИ- ПиА и основное оборудование РСУ и ПАЗ, чтобы произвести перевод технологического объекта в безопасное состояние в течение наперед заданного интервала времени. 236 Справочник инженера по А СУТП: Проектирование и разработка 4.12. Эксплуатационные ограничения Запрещение на ведение технологических процессов и работу оборудования с неисправными или отключенными системами контроля, управления и защиты. Согласно ПБ 09-540-03 п. 6.9.2, запрещается ведение технологических про- цессов всех категорий взрывоопасности, а также работа обо- рудования с неисправными или отключенными системами контроля, управления и защиты. Кратковременное отключение защиты. Допускается в исключительных случаях для непрерывных процессов по письменному распоряжению главного инженера данного производства / установки (вместо руководителя предпри- ятия по п. 6.9.3 ПБ) кратковременное отключение защиты по отдельному параметру, и только в дневную смену. При этом разрабатываются организационно-технические мероприятия и план организации работ, обеспечивающие безопасность тех- нологического процесса и производства работ. Продолжи- тельность отключения должна определяться планом организа- ции работ. Если деблокирование параметров ПАЗ производится че- рез РСУ, то проведение этой операции допускается только с инженерной станции РСУ, и только для специально опреде- ленного персонала. При этом на РСУ должна производиться регистрация: • Шифра (позиции) точки ввода-вывода деблокирован- ного сигнала; • Времени отключения; • Времени восстановления. Также по ключу / паролю регистрируется работник, не- посредственно проводивший данную операцию. Установка деблокирующих ключей. На объектах с бло- ками всех категорий взрывоопасности для обеспечения пуска, останова, регламентных переключений оборудования, а также оперативного технического обслуживания системы защиты допускается установка деблокирующих ключей в физических и программных схемах системы противоаварийной защиты. Однако количество таких ключей должно быть не минималь- ным, как сказано в пункте 6.3.12 ПБ, а таким, что бы было обеспечено выполнение перечисленных функций. Глава 4. Общие требования при создании АСУТП 237 При этом должна предусматриваться регистрация всех случаев изменения состояния деблокирующих ключей, време- ни начала, окончания, а также регистрацию работника, осу- ществившего эти операции. Замена элементов АСУТП. На период замены элементов АСУТП предусматриваются меры и средства, обеспечиваю- щие безопасное проведение процесса в ручном режиме. В тех- нологическом регламенте и инструкциях определяются стадии процесса или отдельные параметры, управление которыми в ручном режиме не допускается (п. 6.9.4). Запрещение на использование приборов, устройств и дру- гих элементов, отработавших свой назначенный срок службы: Согласно п. 6.9.5 ПБ 09-540-03, для объектов с техноло- гическими блоками всех категорий взрывоопасности в систе- мах контроля, управления и ПАЗ запрещается использовать приборы, устройства и другие элементы, отработавшие свой назначенный срок службы. 4.13. Индикация и сигнализация на оперативных панелях и в РСУ Дополнительные оперативные панели ПАЗ. Кроме средств визуализации РСУ, для систем ПАЗ необходимо пре- дусматривать панели, которые оснащаются средствами для оперативной выдачи команд управления блокирующими уст- ройствами, операциями пуска-останова, и сигнализацией со- стояния блокировок, исполнительных органов и источников энергопитания. Световая и звуковая сигнализация о загазованности воздушной среды. Во взрывоопасных помещениях и снаружи перед входными дверями предусматривается световая и зву- ковая сигнализация о загазованности воздушной среды. Для контроля загазованности в производственных поме- щениях, рабочей зоне открытых наружных установок должны устанавливаться средства автоматического газового анализа с сигнализацией предельно допустимых концентраций. Все случаи загазованности должны фиксироваться в АСУТП (а не просто регистрироваться приборами, как ска- зано в пункте 6.4.1 ПБ 09-540-03). 238 Справочник инженера по А СУТП: Проектирование и разработка 4.14. Требования к метрологическому обеспечению Метрологическое обеспечение измерительных систем (ИС) должно удовлетворять требованиям закона Российской Федерации №4871-1 "Об обеспечении единства измерений", ГОСТов и правил по метрологии. Метрологическое обеспечение измерительных систем должно соответствовать ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. "Метроло- гическое Обеспечение измерительных систем. Основные по- ложенияДолжны быть предоставлены следующие сведения и документы: • Назначение ИС, и сведения об ее использовании в сфере (или вне сферы) Государственного метрологиче- ского контроля и надзора; • Сертификат об утверждении типа ИС, описание типа ИС, методику поверки, - если они используются в сфере Государственного метрологического контроля и надзора; • Сведения об измеряемых величинах и их характери- стиках; • Перечни измерительных каналов и нормы их погреш- ностей; • Условия измерений; • Условия метрологического обслуживания. Все методики измерения, используемые в сфере государ- ственного метрологического контроля и надзора, должны быть аттестованы. В спецификацию оборудования АСУТП должны быть включены специальные технические и программные для ка- либровки измерительных каналов. Для измерительных кана- лов ИС должны быть представлены инструкции по поверке (калибровке), утвержденные в установленном порядке. Все метрологические характеристики измерительных и управ- ляющих модулей должны быть представлены фирмой- изготовителем в документации на технические и программные средства. Для подтверждения выбранных метрологических характеристик согласно ГОСТ 8.009-84 "Нормирование и ис- пользование метрологических характеристик средств изме- рений испытания СИ и ИС должны проводиться по ПР 50.2.009-94 ГСИ "Порядок проведения испытаний и утвер- Глава 4. Общие требования при создании АСУТП 239 ждения типа средств измерений". Пределы значений по- грешности измерительных каналов не должны превышать норм технологического регламента. Измерительные каналы системы могут использоваться для целей контроля параметров только после их калибровки на объекте эксплуатации. 4.15. Международный подход к системе классификации рисков Проблема соответствия отечественных категорий взрывоопасности международным классам и уровням безопасности. На первый взгляд, методика МЭК оценки инте- грального уровня безопасности SIL через вероятность отказа системы безопасности никак не связана с методикой расчета категории взрывоопасности через потенциал взрывоопасности технологического блока (ПБ 09-540-03, Приложение 1). Тем не менее, решение существует. Ключом к решению является уже упоминавшаяся в главе "Современная концепция безопасности" диаграмма рисков по немецким стандартам DIN V 19250 и DIN V VDE 0801. Клас- сификация DIN класса требований к системе защиты по уров- ню опасности технологического процесса построена с глубо- ким пониманием существа проблемы, и заслуживает серьезно- го отношения. Стандарт DIN V 19250 устанавливает иерархию систем безопасности, соответствующих требованиям установ- ленных классов АК (AnforderungsKlasse), начиная с АК 1, и заканчивая АК 8 (соответствующее английское сокращение - Requirements Class -RC). Стандарт рассматривает следующие факторы риска, свойственные технологическим процессам: • Последствия аварии S,, / = 1,...4; • Интенсивность (частота и время) нахождения в опасной зоне Aj, j = 1,2 ; • Возможность избежать опасность G m , т = 1,2; • Вероятность нежелательного события W n , п -1,...3 . и на их основе определяет уровень допуска для системы, свя- занной с безопасностью (диаграмма рисков представлена на рис. 4.4). 240 Справочник инженера по А СУТП: Проектирование и разработка Итоговый класс требований к системе безопасности опре- деляется целочисленной функцией: RC = RC(S„A Jf G m ,W n ) Легко убедиться, что создатели стандарта IEC 61508 без церемоний воспользовались диаграммой рисков DIN V 19250, поменяв на ней несколько букв, и сократив число классов (уровней) безопасности вдвое (см. рис. 4.5). Параметры риска 10 ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИИ; |S1 - Незначительные травмы S2 - Серьезные травмы одного или нескольких человек, смерть одного человека |S3 - Смерть нескольких человек S4 - Катастрофические последствия | большие человеческие потери ФЧАСТОТА И ВРЕМЯ НАХОЖДЕНИЯ А1 - От редкого до относительно частого А2 - Частое или постоянное Диаграмма рисков по стандарту DIN V 19250 W3 W2 W1 IФ ВОЗМОЖНОСТЬ ИЗБЕЖАТЬ ОПАСНОСТЬ; f G1 - Возможно при определенных | обстоятельствах 1G2- Невозможно ^ВЕРОЯТНОСТЬ НЕЖЕЛАТЕЛЬНОГО * СОБЫТИЯ: - Крайне низкая fW2 - Низкая |W3 - Высокая Рис. 4.4 В первую очередь обращает на себя внимание то обстоя- тельство, что 3 критических пути к наиболее простым однока- нальным системам защиты loolD класса RC 4 (на рис.4.4 от- мечены стрелками) на самом деле приводят к постоянному существованию между двумя фатальными угрозами - S2 и S3: • Серьезные травмы одного или нескольких человек, смерть одного человека. • Смерть нескольких человек. Из этого следует, что взрывоопасные процессы нефтега- зодобывающих, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств не могут относиться к классу требований ниже RC4 - возможны человеческие жертвы в случае аварии. Глава 4. Общие требования при создании АСУТП 241 Следовательно, при выборе системы защиты для взры- воопасных объектов с блоками I и II категорий взрыво- опасности необходимо ориентироваться на системы НЕ НИЖЕ 5-ГО КЛАССА, а единственной степенью свободы является выбор из архитектур loo2D или 2ооЗ. Параметры риска ОпОСЛЕДСТВИЯ АВАРИИ; С1 - Незначительные травмы С2 - Серьезные травмы одного или нескольких человек, смерть одного человека СЗ - Смерть нескольких человек С4 - Катастрофические последствия большие человеческие потери ®ЧАСТОТА И ВРЕМЯ НАХОЖДЕНИЯ В ОПАСНОЙ ЗОНЕ: F1 - От редкого до относительно частого F2 - Частое или постоянное ©ВОЗМОЖНОСТЬ ИЗБЕЖАТЬ ОПАСНОСТЬ: Р1 - Возможно при определенных обстоятел ьствах Р2 - Невозможно О ВЕРОЯТНОСТЬ НЕЖЕЛАТЕЛЬНОГО СОБЫТИЯ: W1 - Крайне низкая W 2 - Низкая W3 - Высокая Диаграмма рисков по стандарту IEC 61508 W3 W2 W1 Рис. 4.5 Согласно диаграмме рисков по стандарту IEC 61508 (рис. 4.5), классам требований RC 5-6 стандарта DIN V 19250 ссоответствует уровень требований SIL 3. Далее приводится результат анализа соответствия отече- ственных категорий взрывоопасности и • Классов требований (Requirement Class - RC, AnforderungsKlasse - АК) по немецким стандартам DIN; • Уровней безопасного допуска (Safety Integrity Level - SIL) по американским стандартам ISA; • Уровней безопасного допуска SIL по стандартам Меж- дународной электротехнической комиссии (IEC). Приводится Диаграмма соответствия, отражающая автор- ское понимание проблемы. 242 Справочник инженера по А СУТП: Проектирование и разработка 4.16» Диаграмма соответствия отечественных категорий взрывоопасности международным классам и уровням безопасности Из диаграммы риска следует, что подавляющее большин- ство технологических процессов нефтегазодобывающих, хи- мических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих про- изводств относится к 4-6 классу требований по DIN V 19250, V VDE 0801 и 2-3 уровню SIL (IEC 61508, ISA 84.01-96) - возможны человеческие жертвы в случае аварии. Таким образом, мы приходим к принципиально важному результату, а именно: Классы RC 4 - 5 - 6 соответствуют нашим III - II -1 категориям взрывоопасности. Соответственно, Уровень безопасности SIL 2 соответствует III категории взрывоопасности. Уровень безопасности SIL 3 соответствует I - II катего- риям взрывоопасности. Дополнительным подтверждением корректности нашего соответствия категорий II-I классам RC 5-6 является принад- лежность пары RC 5-6 к одному общему уровню интеграль- ной безопасности SIL3. Примечание Характерно, что несмотря на фактическую отмену стандарта DIN V 19250 и объявленный переход на стандар- ты Международной электротехнической комиссии IEC 61508 и 61511, в Германии продолжают пользоваться привычной классификацией АК и RC. Полученные результаты сведены воедино в виде Диа- граммы соответствия стандартов России, Германии, США и стандартов МЭК (см. таблицу 4.9). Рекомендации по выбору конкретной архитектуры систем управления и защиты для взрывоопасных объектов приводят- ся в Таблице 4.10. Строгое соблюдение жестких требований безопасности должно быть непременным условием построения АСУТП непрерывных взрывоопасных технологических процессов нефтегазодобывающих, химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Таблица 4.9 Соответствие отечественных категорий взрывоопасности зарубежным классам и уровням безопасности 11 - 1 ' • 111111 ' • '•" 1 " • • 90 1 " > \ шштшштшЛ \ 0,1 I 99,0 | 0,01 | 99,9 | ; 0 ,001 f 99,99 | 99,999 | 90 1 " > \ шштшштшЛ \ 0,1 I 99,0 | 0,01 | 99,9 | ; 0 ,001 f 0,0001 | 0,00001 | j Ifl m , , j 1 ШШЛ J ! I mm mm i •I . i i S m A A a a a 0 a a a J ! I mm mm i •I . i i S m A A a a a 0 a a a wmmt J ! I mm mm i •I . i i S m A A a a a 0 a a a wmmt J ! I mm mm i •I . i i S m A A a 0 a a a mi J ! I mm mm i •I . i i S m A A a a 0 a a a 244 Справочник инженера по А СУТП: Проектирование и разработка Таблица 4.10 Применение различных архитектур систем безопасности в зависимости от категории взрывоопасности Категория взрыво- опасности RC SIL Архитектура системы Пояснение 111 4 2 Нерезервиро- ванные (1оо1) или резервиро- ванные (1оо2) входы Периодическое тестирование входов. Входы могут быть аналоговыми или дискретными ПЛК 1oo1D, или Стандартные контроллеры РСУ ПЛК с двумя центральными процессорами или резервированными модулями управления, Или (по согласованию с технадзором) - выделенное резервированное оборудование РСУ Нерезервиро- ванные (1оо1) ВЫХОДЫ Периодическое тестирование выходов II 5 3 Резервирован- ные (1оо2) вхо- ды Оперативное тестирование входов Входы могут быть аналоговыми или дискретными Архитектуры ПЛК 1oo2D,2oo3 Полностью резервированные j (дублированные, троированные) системы Нерезервиро- ванные (1оо1) выходы Оперативное тестирование выходов 1 6 3 Резервирован- ные (1оо2 или 2oo3) входы Оперативное тестирование входов Голосующие входы - аналоговые Архитектуры ПЛК 1oo2D, 2oo3 Полностью резервированные (дублированные, троированные) системы J . Резервирован- ные (1оо2) вы* j ходы Оперативное тестирование выходов |