Надежность по безопасности Instrumented системы

Данная статья предлагает areliability основе методологии определения уровня безопасности целостности инструментальной системы, обеспечивая защиту, когда давление нескольких клапанов для сброса давления, непрактично.

Предохранительные клапаны (PRVs) являются основным источником избыточного защиты оборудования в перерабатывающей промышленности. Эти PRVs обеспечивают пассивную решения потенциальных проблем, избыточное давление, возникающее в результате пожара или процесс непредвиденных обстоятельств (например, заблокировали выход, механическими поломками, человеческой ошибки или потери жизненных системная утилита) и, как правило, требуется для большинства сосудов под давлением, имеющим максимально допустимое рабочее давление (МДРД) выше 15 фунтов на квадратный дюйм (1 бар). Калибровка PRVs как правило, не считают кредит для обеспечения безопасности инструментальной системы (SIS) или любой другой помощи снижения действий (АСР) в исполнении нормальной аппаратуры, аварийное отключение (ОУР), системы или любой другой формы вмешательства человека, если в процессе динамики диктуют наоборот. Тем не менее, Есть случаи, когда защита от превышения давления через PRVs нецелесообразно. Ярким примером включать полностью заблокирован выход условия в поезде глинозема танк вспышки пищеварения, потеря охлаждающей воды в пропановой деасфальтизации единицы, или сбоем питания в НПЗ жидкости коксующегося единицу, которая может потребоваться около 10 до 20 размера 8

Проектирование и изменение системы охраняемых (группы элементы оборудования защищены системой PRV) для высшего MAVVP может значительно сократить число PRVs в этом соглашении. Тем не менее, этот вариант редко оказывается экономически эффективной ..

В случаях, когда защита от превышения давления с помощью пассивных решение непрактично, Американский институт нефти (API), рекомендуемая практика 521 позволяет использовать высокой целостности SIS (HISIS) в качестве реальной альтернативы, если соблюдено следующее условие: "защитный подготавливается система должна быть настолько надежной, насколько система устройств для сброса давления "(1).

Промышленность практике это указать SIS до 10 раз более надежной, чем пассивное решение PRV (2). Этот фактор безопасности счетов за неопределенности вероятность отказа по требованию (ПФО), а разница в том, как PRVs и SIS неудачу. PRV, не поднимать в установленное давление (как правило, рассматривается как отказ от спроса), может поднимать тяжелые (например,> 1,3 раза заданного давления), защита системы от опасных условиях избыточного давления, тогда как SIS, которая не работает по назначению будет скорее всего не работают вообще с повышенной вероятностью в результате катастрофического отказа (взрыв или крупный релиз).

Желаемой надежности SIS измеряется его безопасности уровень целостности (SIL), как это определено международными стандартами (3, 4), которые недавно были приняты в качестве стандартов промышленности надлежащей практики по безопасности и гигиене труда (OSHA) и окружающей среды Protection Agency (EPA) в США, и по здравоохранению и безопасности (HSE) в Великобритании номера SIL цели, как показано в таблице 1, относятся к недоступности "СТС", также называют дробным мертвого времени (FDT; доля времени SIS находится в несостоявшееся государство). SIS несостоявшиеся государства являются скрытыми неудач, которые могут быть обнаружены только через проверки и испытания (I

Для того чтобы правильно оценить надежность системы PRV, мы должны сначала понять его функциональность, а что представляет собой провал. Определение максимального давления судно для удаленного резервного (MORC) для целей помощи системы оценки является ключом к созданию PRV надежности.

Максимальное давление для удаленного резервного

В общем, давления, установленного PRV основывается на судне МДРД (5). В помощь, давление в сосуде возрастет выше МДРД (известный как накопления). Однако, в некоторых приложениях, которые могут потребоваться для снижения давления, установленного ниже МДРД либо процесса ограничения или для защиты слабых оборудования в защищенной системе. В этих случаях к повышению давления в течение заданного давления называется избыточное давление, и это, вероятно, соответствуют МДРД слабых судно с необходимыми поправками к ответственности за потери напора между судами. Таким образом, термин MORC будет использоваться в более широком контексте, чтобы описать максимальное избыточное давление, что может быть принято с учетом факторов риска точки зрения.

Допустимое давление определяется применимыми нормами и зависит от типа случай непредвиденных обстоятельств и, если это оборудование находится под защитой одной или нескольких PRV договоренности. Позволило накопления для процесса нештатных 110% и 116% от МДРД для одно-и multiplePRV договоренностей, соответственно. Накопления для огня 121%, независимо от числа PRVs (5). В большинстве случаев, PRV размера помощи нагрузки является результатом процесса, непредвиденных обстоятельств (в случае необходимости, нагрузки пожар помощь может быть сведено к минимуму с помощью установки огнестойкой изоляции и оболочки). Разница в нужном участке отверстие между PRV случае пожара и процесс резервного случае может быть значительным.

Способность увеличивать MORC выше 116% в течение короткого времени для процесса непредвиденных может оказать существенное влияние на отверстие PRV области требованиям для данной помощи нагрузки. Если один PRV не в состоянии поднимать в расположение нескольких PRV, избыточное давление будет возрастать пропорционально увеличению потерь PRV отверстие площадью более 116% от установленного давления (Ноле, что установленное давление соответствует 100% стоимости). Количество избыточного давления могут или не могут оспорить механической целостности охраняемых системы и требует подробной оценки механических для каждого случая. Таблица 2 суммирует последствия overpressuring здоровых (без механических проблем целостности) судна без превышения расчетной температуры.

Таблица 2 и применения риск принятия решений на основе концепции предполагают, что накопление должно быть ограничено значения, которое может принять судно ее растяжении предел (как правило, где-то между 135-165% от МДРД) для покрытия непредвиденных расходов с ожидаемой частотой возникновения меньше, чем 1 На этом уровне частоты, непредвиденные вряд ли произойдет в жизни завода, и, следовательно, 1 основанные факельной системы оценки (6).

Для непредвиденных обстоятельств с частотами менее 1 Для этих случаев Таблица 2 предложения 300% накопления на короткий период времени. Обратите внимание, что эти цифры приводятся в качестве общей справки, чтобы проиллюстрировать эту концепцию. Окончательного значения должны быть получены из подробной механических и анализа рисков.

Влияние числа аварий на PRV ROF показано на рисунке 2 системы на срабатывание при 25 фунтов на квадратный дюйм 7 (17 0,7 бар). Большое количество кандидатов HISIS приложений падения давления в этом диапазоне, а низкое давление установить или МДРД требует больших PRV отверстия областях, особенно, если две фазы потока не ожидается.

Теперь, когда влияние PRV сбоев в нескольких PRV системы и основные диапазоны для принятия ROF понимается, необходимо определить ТП PRV договоренности.

Определение вероятность отказа по требованию

Литература о надежности отдельных PRVs показывает, что эти устройства не являются надежными, как мы думаем. Вероятность PRV безопасности критических сбоев (т.е. не открывается по требованию) приведены в таблице 3.

Для [лямбда-T] значения менее 0,1, а лучше меньше, чем 0,01, FDT может быть аппроксимирована 0,5 [лямбда] Т. Постоянные неудачи номера для PRV опасных неисправностей приведены в таблице 4. Замечания столбце этой таблицы предлагает представитель консервативной значение [лямбда] 1 судна (табл. 2). Летчик-клапанов и PRVs в обрастания услуг может иметь частота отказов в 10-20 раз выше. Применяя часть безопасности критических сбоев (3% по сравнению с 13%) из CCPS (7) данные таблицы 3, можно было бы ожидать, что примерно 20% от общего числа неисправностей сообщили другие будут иметь решающее значение. Таким образом, частота отказов от 1 . FDT за эти неудачи номера рассматривает типичные я

Если требуется конкретных положений, PRV я

Тем не менее, эти вероятности опасно overpressuring судна являются нереальными, как PRVs в промышленности, как представляется, требует довольно редко. Это потому, что тепловая инерция предоставляемый массы металла судна и жидких запасов позволяет нормальной аппаратуры, в частности, клапана регулирования давления (PCV), что положительно сказывается на факельной системы на более низком давлении, чем PRV настройки, отвечать первым, Таким образом, ограничения накопления до разумных пределов. В качестве материальной помощи из сосуда, как правило, связаны с PRVs, дополнительный слой защиты представлен нормальной аппаратуры может способствовать впечатление, что PRVs являются более надежными, чем указано выше. Большинство тех случаях, когда требуются PRVs являются результатом быстрого давления во время пусков вызвано небольшим количеством воды или легких фракций включения в корм или потери верхней насос орошения в ректификационной колонны, что приводит к системе, чтобы "отрыжка", а не достижения полностью разработаны PRV размеров сценарий, где все PRVs в нескольких аранжировка потребовала.

FDT различных систем PRV

Наиболее широко используемых представление CMFs осуществляется с помощью "фактора бета" ([бета]), определяется как отношение скорости к CMF отказов независимым компонентом, в данном случае одного PRV. Литература предлагается использовать [] бета = 0,2 для идентичных систем. Таким образом, разумным отказ CMF ставка будет 5 ^ недостатки в год (8). Как показано на рисунке 3, событие дерево анализ был применен к внедрению CMF в расчет отсутствие PRV. В анализе, то вероятность успеха находится из дробных безотказной работы (FUT), дополнения FDT. ТП CMF (FDTQ для типичного четыре года я PRV

На рисунке 4, можно сделать вывод о том, что ТП помощи системы, имеющей пять PRVs будет 5 ОФП на порядок ниже. Принимая во внимание крайний случай ROF = 3,0 (300% МДРД слабых единицы оборудования в защищенной системе), то надежность системы PRV полностью доминируют CMF, что позволяет примерно в 1 половине PRVs в системе на провал. Более подробную оценку системы потребует разработки конкретных значений для каждого судна проанализированы. Например подробной оценки для вспышки 5 барабанов показано в таблице 6. Зеленые тени указывает, что ФСО не превышает 150% МДРД критерий выбран для данной конкретной системы, желтый предупреждающий 1,5 3).

SIS / HISIS FDT требования

Анализ Рисунок 4 показывает, что если / SIS HISIS Решение должно быть настолько надежным, насколько пассивной решения, он должен иметь FDTbetween 2 PRVs в системе и MORC критерий принимается. Чтобы быть в 10 раз более надежной, SIS / HISIS должен был затем максимальной ТП 2 Таким образом, вполне возможно, что существующие системы аварийной остановки на заводе обеспечить необходимый уровень защиты, или же они могут быть модернизированы по мере необходимости, чтобы удовлетворить требования SIL. Типичные подходы в деле SIS надежности включают:

* Увеличение частоты и масштабов тестирования цикла SIS (например, топливо для печей аварийного отключения системы) и обеспечение оперативного исправления каких-либо обнаружены неисправности. Тем не менее, эта рекомендация является уязвимым для будущих эксплуатационных расходов инициатив по сокращению.

* Подставляя более надежные запасные части для ненадежных механических компонентов или действия человека с автоматами далеко наиболее эффективным.

* Внедрение и соблюдение строгих административных процедур, чтобы свести к минимуму вероятность SIS стали инвалидами без надлежащего смягчения или планы чрезвычайных мер на месте.

* Добавление избыточности и разнообразия дизайна для сведения к минимуму общего причиной неудач и нежелательных ложных поездки (например, включение клапан в контуре SIS для reboiler или обогреватель, два из трех голосования логику датчиков, смысл различных параметров процесса для разнообразия [в частности, сосудов высокого давления]).

В качестве примера влияния конструктивных улучшений и испытания на практике вероятность отказа системы ОУР (6), считают, что ОУР состоит из срочная операция, которая требует блок reboiler парового клапана на местах вручную закрыты в течение reboiler 5 минут после отключения электропитания. Вероятность отказа от 9 Это ненадежный типа РАС, так как она предполагает вмешательства человека в условиях стресса в нормально unstaffed области. Тем не менее, надежность этого АСР может быть улучшена путем внесения изменений в дизайн и содержание практики, которые имеют свою цену конкурировать с пассивными решение добавить еще PRVs. Эффекты из следующих четырех последовательных улучшений дизайна и типичный уровень стоимости реализации на основе опыта последних лет (9), являются следующие:

1. Добавление соленоидным управлением ОУР (блок) клапан, приводится вручную из кабины управления с помощью ручного выключателя (- $ 30 000).

2. Обновление выше ЭСД из полуавтоматического до полностью автоматического устройства споткнулся о сбое питания или высокого давления колонке (увеличение стоимости - $ 50.000).

3. Включение клапана в функции ОУР установки воздушного клапана сброса на поставку линии управления воздушным вентилем, чтобы заставить его к отказоустойчивости (закрытом) положении. Хотя регулирующая арматура не может обеспечить плотный запорный, они обеспечивают надежное средство для значительного смягчения рельефа (увеличение стоимости - $ 5000).

4. Обязательство по надлежащей системы управления ОУР (например, блокировка системы в сочетании со строгой административной процедуры контроля). Это сводит к минимуму вероятность ОУР функции случайному оставили в обход позиции. Нет дополнительных затрат капитала был рассмотрен на этот вариант.

5. Замена ОУР с тройной модульной избыточностью, SIL 4 совместимые системы (дополнительные установленной стоимости составляет примерно $ 250000 до $ 500000).

Влияние указанных рекомендаций по ОУР FDT, с учетом как поворот и квартальные я

ЛИТЕРАТУРА

1. Американский институт нефти ", API 521 Рекомендуемая практика, руководство для давления Освобождение и Depressuring Systems," Четвертая ред. (Март 1997).

2. Лоли, HG и Kletz, TA, "Высокое давление Системы-Trip для защиты судна," Хим. Eng., Стр. 81-88 (12 мая 1975).

3. Приборостроения, систем и автоматизации общества, ANSI/ISA-S84.01-1996 (S84.01), "Применение Salety Instrumented системы перерабатывающих отраслях промышленности, ISA (1996)

4. Международная электротехническая комиссия, IEC 61508, Функциональный Безопасность: Безопасность Instrumented систем Перерабатывающая промышленность (1998).

5. Американский институт нефти ", API 520 Рекомендуемая практика, размеров, выбор и установка давления Освобождение устройств в НПЗ," Седьмой ред. (Январь 2000).

6. Уильямс, JP и Донован, MD, "Надежность подход к уменьшения бликов нагрузок", масло

7. Центр по химической безопасности процесса Американского института инженеров-химиков, "Руководящие принципы для сброса давления и очистных системах обработки", Айше / CCPS, с. 104-108 (1998).

8. Смит, Д. Дж, "Надежность, ремонтопригодность и риск - Практические методы для инженеров", Butterworth-Heinemann, Пятый ред., С. 101 292 (1999).

9. KBC Расширенный Technologies, Inc, собственные исследования по уточнению и химической промышленности (2004).

10. Центр по химической безопасности процесса Американского института инженеров-химиков, "Руководящие принципы для данных процесса надежности оборудования," Айше / CCPS, с. 211-212 (1989).

11. Лис, FP ", предотвращения потерь в перерабатывающих отраслях промышленности", М., Мир, Vol. 2, с. 1005, 1007 (1983).

WILLIAMS J. PATRICK

KBC ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Дж. Патрик Уильямс старший инженер сотрудников KBC Расширенный Technologies, Inc, в Хьюстоне, штат Техас (E-почта: <a href="mailto:pwilliams@kbcat.com"> pwilliams@kbcat.com </>) . Он руководил многочисленными безопасности и надежности проектов для нефтеперерабатывающих заводов, химической и нефтехимической промышленности. Уильямс-управляемых 15 надежность основе факельная система оценки проектов по всему миру, в том числе определение безопасности целостности уровнях для обеспечения безопасности инструментальной системы (SIS) и анализ использования высоким уровнем целостности SIS, где использование для сброса давления, клапаны нецелесообразным. Он имеет степень бакалавра и магистра в области химической инженерии в Университете штата Мэриленд.