Глава 11. Проектная оценка надежности системы
757
Таблица 11.23
Результаты расчета для низкого уровня требований
Lo*DemandResult [Proof «Test Interval - 1 0 Years]
System / System
Parts
Archi-
tecture
PFH
SIL
SFF
%
MTTF
years
PFD in %
for overall
result
Pressure Sensor
1oo2
9,24 E-5
4
94,58
76,61
71,60
F 3238
1oo2
4,63 E-7
4
99,92
52,30
0,36
F 8650E
1oo2
3,078 E-6
4
99,77
27,40
2,38
F 7553
1oo2
2,17 E-7
4
99,95
102,00
0,17
F 3330
1oo2
5,81 E-7
4
99,77
69,89
0,45
Valve
1oo2
3,23 E-5
4
94,76
206,06
25,04
System without
Sensors and
Actuators
4,34 E-6
4
99,83
12,54
100,00
System with
Sensor and
Actuator
1,29 E-4
3
98,46
10,24
100,00
TUV claimed SIL
for Systems
without Sensor
and Actuator
3
Таблица 11.24
Результаты расчета для высокого уровня требований
Lo-Demand-Resuft [Proof -Test Interval« 10 Years]
System / System
Parts
Archi-
tecture
PFH
SIL
SFF
%
MTTF
years
PFD in %
for overall
result
Pressure Sensor
1oo2
1,98 E-8
3
94,58
76,61
50,57
F 3238
1oo2
1,55 E-9
4
99,92
52,30
3,95
F 8650E
1oo2
7,26 E-9
4
99,77
27,40
18,47
F 7553
1oo2
2,28 E-9
4
99,95
102,00
5,81
F 3330
1oo2
1,23 E-9
4
99,77
69,89
3,13
Valve
1oo2
7,08 E-9
4
94,76
206,05
18,07
System without
Sensors and
Actuators
1,23 E-8
3
99,83
12,54
100,00
System with
Sensor and
Actuator
3,92 E-8
3
98,46
10,24
100,00
TUV claimed SIL
for Systems
without Sensor
and Actuator
3
758 Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка После нахождения PFD системе присваивается категория SIL3. После нахождения PFH системе также присваивается категория SIL3. Определение SIL по отказоустойчивости HFT (Hard-ware Failure Tolerance) и по доле безопасных отказов SFF (Safe Failure Fraction). Отказоустойчивость оборудования характеризуется количеством отказов, которое может пере- жить система без потери функциональности. Например, для одноканальной системы lool значение HFT составляет N=1-1=0. Для резервированных систем 1оо2 и 2ооЗ N=2-1=1 N = 3 — 2 = 1 соответственно. Таблица 11.25 Результаты расчета SIL для контура системы H51q-HRS на базе HFT и SFF SIL based on HFT (N) and SFF (TGv Approved) System / System Parts Archi-tecture Type A/B SIL SFF % MTTF years Pressure Sensor 1oo2 B 2 94,58 76,61 F 3238 1oo2 В 3 99,92 52,30 F 8650E 1oo2 в 3 99,77 27,40 F 7553 1oo2 в 3 99,95 102,00 F 3330 1oo2 в 3 99,77 69,89 Valve 1oo2 в 2 94,76 206,06 System without Sensors and Actuators 3 99,83 12,54 System with Sensor and Actuator 2 98,46 10,24 TUV claimed SIL for Systems without Sensor and Actuator 2 Таким образом, окончательно контур классифицируется по категории SIL2. В следующем разделе представлены результаты расчетов для различных конфигураций функций (контуров) безопасно- сти. Базовые расчетные характеристики надежности для ос- новных элементов контура представлены в таблице 11.26. Глава 11 Проектная оценка надежности системы 759 Таблица 1L26 Module Pressur* sensor Temp sensor DI F 3236 DI F 3238 Al- F 8214 Ai F6217 V-BG F7S53 CPU F 8650E DO F 3330 DO. F 3334 AO F 8705 Actuator valve i a m b d a b m(1/h] 7 43E 07 1 09E 06 1 11E 06 1 11E 06 5 60E 07 2 08E 06 817E-07 6 21E-Q7 9 45E 07 MTTF m {years] 153,66 104 60 102 80 103 17 203 99 54 79 139 78 183 91 120 79 Proof-check interval T, wi [years] 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 MTTR 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 Po 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 P 0 0 2 0,02 0 02 0 02 0 02 0 02 0 02 0 02 0 02 0 02 0 02 0.02 PFO,»., m [ 1 ] 9 796 06 2 38E 05 5 12E-05 2 87E-05 978E-06 2 94E-05 8 18E-06 1 40E-05 1 see 05 P F H , . * m [ 1 / h ] 2 05E-10 5 14E 10 1 11E-09 9 64E 10 5 76E-10 4 08E 09 6 58E-10 6 87E 10 6 1 7 E 10 P F D w j . » * m e n * ' PFHip»jnoo3 m f t / h i 1 00E-04 1 5 6 E 0 4 3 33E-05 P F D w j . » * m e n * ' PFHip»jnoo3 m f t / h i 2 22E-08 3 47E-08 7 40£ 09 TUV c l a m e d SIL 3 3 3 3 3 3 3 3 3 11.10. Расчет вероятностей опасного отказа контуров защиты Для расчета средних вероятностей отказа по каждой части системы необходимо определить следующие данные: • Базовую архитектуру каждой из подсистем и системы в целом; • Базовую интенсивность отказов для каждого элемента системы; • Базовую интенсивность отказов для каждого канала системы; • Фактор диагностического охвата DC для каждого ка- нала / контура безопасности; • Доли опасных и безопасных отказов общего порядка, общей причины /3 и /} 0 Предыдущая методика предусматривает оценку только вероятности опасных обнаруженных отказов, и восстановле- ние в течение MTTR. Оценка вероятности опасного необна-руженного отказа на межтестовом интервале Т, отсутствует. Оценка фирмы HIMA выгодно отличается еще и тем, что расчеты проведены не для выигрышного годового или даже полугодового межтестового интервала, как это делают многие 760 Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка фирмы, а для наиболее жесткого 10-летнего интервала. Расче- ты проведены для всего контура безопасности - от датчика до исполнительного устройства. Характерной особенностью расчетов Н1МА являются конфигурации датчиков и исполнительных устройств: • Все датчики имеют архитектуру 2ооЗ; • Все исполнительные устройства имеют архитектуру 1оо2. Здесь необходимо заметить, что если для исполнительных устройств дублирование хотя бы на уровне соленоидов явля- ется обычной практикой, то архитектура 2ооЗ для датчиков даже на западе применяется только в самых ответственных случаях. Примером могут служить протяженные газопроводы, проложенные по морскому дну. Необходимо обратить внимание, что в руководстве HI 800 131 BE А " SILence Manual2004, и в отчете " Safety considera-tions", HIMA Paul Hildebrandt GmbH + Co KG,2003, представ- лены расчеты вероятности опасных отказов только для еди-ничных контуров. Если в единой логической цепи находится более-менее приличная группа сенсоров и исполнительных устройств, то результат будет вовсе не таким радужным. И, наконец, общий пробел всех методик, основанных на методике IEC - отсутствие расчетов для вероятности ложного срабатывания. В качестве ключевых компонент контура безопасности рассматриваются: • Дискретные и аналоговые датчики • Входные дискретные и аналоговые модули • Коммуникационные модули • Модули центрального процессора • Выходные дискретные и аналоговые модули • Исполнительные устройства (приводы). Далее приводятся результаты расчета вероятностей опас- ного отказа контуров в различных конфигурациях. В расчетах использованы следующие опорные значения: Ро = 1% Р =2% Т1 = 10 лет MTTR = 8 часов.
Глава 11. Проектная оценка надежности системы
761
Подсистема 1: Дискретный вход, Дискретный выход.
Рис. 11.25
Таблица 11.27
шштя^
^pj
Ё..^.
tBsfc 4
ш .
1
Pressure
switch
2ооЗ
1.00E-04
2.22Е-08
3
3
Temperature
switch
2ооЗ
1.56E-04
3.47 Е-08
3
3
Dl: F 3238
1oo2
4.63E-07
1.55Е-09
4
3
Connector: F
7553
1oo1
9.78E-06
5.76Е-10
4
4
CPU: F 8650E
1oo1
2.94E-05
4.08Е-09
3
3
DO: F 3334
1oo1
1.40E-05
6.87Е-10
4
4
Actuator:
Valve
1oo2
3.33E-05
7.40Е-09
4
3
i i
!
i
1
1 i
System with-
out sensor
and actuator
5.36E-05
6.90Е-09
I
4
4
System with
sensor and
actuator
3.43E-04
i
7.12Е-08
\
3
3
TOVcfatmetf
m forsya* ^
tem$ without
ЛиявЬ^""'"'
ШШ
%
Ife
762 Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка
Подсистема 2: Дискретный вход, Дискретный выход.
- ^Pf^^^jo
f
t
Гд'ЕДУ* с ж
тщпщщща-:
«i
г
ьУБЬй —
1
Ш
1 Г
А#с. 11.26
Таблица 11.28
4 ^
Pressure
switch
* * . , л
ЯШ
4 ^
Pressure
switch
2ооЗ
1.00E-04
2.22E-08
3
3
Temperature
switch
2oo3
1.56E-04
3.47E-08
3
3
DI: F 3238
1oo2
4.63E-07
i
1.55E-09
i
4
3
Connector: F
7553
1oo1
9.78E-06
5.76E-10
4
4
CPU: F 8650E
1oo2
3.08E-06
7.24E-09
4
3
DO: F 3334
1oo1
1.40E-05
6.87E-10
4
4
Actuator:
Valve
1oo2
3.33E-05
7.40E-09
4
3
1
1 I
1
1
!
System with-
out sensor
and actuator
2.73E-05
1.01E-08
4
3
System with
sensor and
actuator
3.17E-04
|
7.43E-08 j 3
3
f§|:
«
4-
S I H
Глава 11. Проектная оценка надежности системы
763
Подсистема 3: Дискретный вход, Дискретный выход.
Рис. 11.27
Таблица 11.29
ян
ШМШ
^yM
v § %
И
Pressure
switch
2oo3
1.00E-04
2.22E-08
3
3
Temperature
switch
2oo3
1.56E-04
3.47E-08
i
3
1
3
Dl: F 3238
2oo3
4.65E-07
1.57E-09 I 4
3
Connector: F
7553
1oo1
9.78E-06
5.76E-10
4
4
CPU: F 8650E
!
1oo1 2.94E-05 4.08E-09
3
3
DO: F 3334
1oo2
6.09E-07
1.29E-09
4
4
Actuator:
Valve
1oo2
3.33E-05
7.40E-09
4
3
i
t i
i
i i
System with-
out sensor
and actuator
| 4.03E-05
i
s ;
7.52E-09
4
4
System with
sensor and
actuator
3.30E-04
7.18E-08 ! 3
I
3
^
r
1
mtSSSP
tp-.
.. " .А« V ".„" .,•< •
* *
# „
jr
Ш iP.^A,
^фё
f
& r Л * , + , rfl
3
^
r
1
764 Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка
Подсистема 4: Дискретный вход, Дискретный выход.
Рис. 11.28
Таблица 11.30
f£2
!
Й. .Ji
I s ? * i
91
Pressure
switch
2oo3
1.00E-04
2.22E-08
3
3
Temperature
switch
2oo3
1.56E-04
3.47E-08
3
3
DI: F 3238
1
2oo3 1 4.65E-07
1.57E-09
4
3
Connector: F
7553
1oo1
9.78E-06
5.76E-10
4
4
CPU: F 8650E
1oo2
3.08E-06
i.
7.24E-09
4
3
DO: F 3334
1oo2
6.09E-07
1.29E-09
4
4
Actuator:
Valve
1oo2
3.33E-05
7.40E-09
4
3
i i i
\
i J
System with-
out sensor
and actuator
1.39E-05
1.07E-08
4
3
System with
sensor and
actuator
3.03E-04
7.50E-08
3
3
тмГ
«* '
actuator
Г
4
ЛЛп
ЯИШИ
Глава 11. Проектная оценка надежности системы
765
Подсистема 5: Аналоговый вход, Дискретный выход.
'Щт:':
"Ш&г
i p
2
Рис. 11.29
Таблица 11.31
"If"'
11
f
3 f: та: ii*Щ> W
1
3
to^S^ У
щШШЩЩЩшр 1
уу;щящ
Щ
:
Pressure
switch
2ооЗ
1.00Е-04
2.22Е-08
3
3
Temperature
switch
2ооЗ
1.56Е-04
3.47Е-08
3
3
Al: F 6214
1оо2
1.00Е-06
3.44Е-09
4
3
Connector: F
7553
1 оо1
9.78Е-06
5.76Е-10
4
4
CPU: F 8650E
1оо1
2.94Е-05
4.08Е-09
3
3
DO: F 3334
1 оо1
1.40Е-05
6.87Е-10
4
4
Actuator:
Valve
1оо2
З.ЗЗЕ-05
7.40Е-09
4
3
.. j . i . J j_ i. ... J
System with-
out sensor
and actuator
5.42Е-05
8.78Е-09
4
4
System with
sensor and
actuator
3.43Е-04
7.31 Е-08
3
! .
3
IK
Й Щ р
'ШЩш
ш а
^ t o v /
*>
^
hWM?' У* *
^Ч^л ** :к %
И
\ л
у Ч ^ Ш Щ
&ШРЛ
766 Справочник инженера по А СУТП' Проектирование и разработка
Подсистема 6: Аналоговый вход, Дискретный выход.
ffrrafaBlliW'":
MmmiSh*'-
l P
г MWfc: х
Рис. 11.30
Таблица 11.3
н*
4
S r
МшМ
PFH4EC
1 Ж
2.22E-08
%
Pressure
switch
2oo3
1.00E-04
PFH4EC
1 Ж
2.22E-08
3
3
Temperature
switch
2oo3
i
1.56E-04
i
3.47E-08
3
3
Al: F 6214
1oo2
1.00E-06
i
3.44E-09 | 4
1
3
Connector: F
7553
1oo1
9.78E-06
5.76E-10 i 4
I
4
CPU: F 8650E
1oo2
3.08E-06
7.24E-09
4
3
DO: F 3334
1oo1
1.40E-05
6.87E-10
4
4
Actuator:
Valve
1oo2
3.33E-05
7.40E-09
4
3
I i. I i I
System with-
out sensor
and actuator
2.79E-05
1.19E-08
4
3
System with
sensor and
actuator _
3.17E-04
7.62E-08
3
3
System with
sensor and
actuator _
4
+
w
s
4M
\
&
#
|
Скачать 6.47 Mb.