“Conceito SIL aplicado de forma pratica em
válvulas On / Off”
“SIS Sistema Instrumentado de Segurança”
“PST Partial Stroke Testing”
“Sistema de Monitoração Digital de
Válvulas”
Eng. Luiz Franco
Gerente Geral Westlock – America Latina
Mail : [email protected]
Cel : +55 11 7645 3355
TYCO International
Soluções Confiáveis e Seguras para o seu Negócio
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WESTLOCK CONTROLS
Automação de Válvulas para Controle de Processos e Sistemas de Segurança
UMA EMPRESA DO
GRUPO TYCO COM
ATUAÇÃO INDEPENDENTE
E FÁBRICA NO BRASIL
ATENDENDO TODA
AMÉRICA LATINA.
EXPORTANDO
TECNOLOGIA PARA
PAISES DE TODO
PLANETA !!!
SEGURANÇA EM PROCESSOS INDUSTRIAIS
Atuadores SIL 3 e Partial Stroke Testing ( PST )
CAMADAS DE SEGURANÇA
PORQUE DEVEMOS INVESTIR EM SEGURANÇA !!!
Sensores + Lógica + ELEMENTOS FINAIS
O grande fator: “A Lei de Murphy” !
“Se algo puder dar errado, dará!”
Mr Joseph Murphy
Qualquer processo tem suas funções específicas, mas...
...devido à “Lei de Murphy”, temos que incluir funções
adicionais, para reduzir o risco de que ocorra alguma
falha no sistema que possa Danificar ou Destruir bens,
ou ainda, ferir / matar pessoas
SEGURANÇA EM PLANTA INDUSTRIAL
Camadas de Proteção analisadas em um processo industrial
CONCEITOS BÁSICOS
De Sistemas Instrumentados de Segurança ( SIS )
SISTEMA INSTRUMENTADO DE SEGURANÇA
TIPOS DE VÁLVULAS
Existe uma grande variedade de válvulas e aplicações: Nosso foco nesta apresentação são as válvulas ESD
Controle
On-off automatizada
Auto-operadas
Segurança / Alívio
Quebra vácuo
Emergency Shut Down
Manuais
SISTEMA INSTRUMENTADO DE SEGURANÇA ( SIS )
Sensores, Lógica e Elemento Final formam uma corrente onde não pode haver um ponto fraco
“ Uma corrente é tão forte quanto seu elo mais fraco “
a válvula é um ELO importante
CONCEITOS BÁSICOS
De Nivel de Integridade de Segurança / Safety Integrity Level ( SIL )
Métodos p/ determinação do SIL
- HAZOP modificado
- Análise Exclusiva de Conseqüências
- Matriz de Risco
- Gráfico de Risco
- Avaliação Quantitativa
- Decisão Corporativa
CONCEITOS BÁSICOS
De Nivel de Integridade de Segurança / Safety Integrity Level ( SIL )
SIL representa um nível de probabilidade máxima de ocorrência
de um acidente, admitido para uma planta ou função.
Seu nível é definido através de métodos de avaliação contingencial
PFDavg exprime a probabilidade média de que um equipamento
falhe de forma comprometedora, quando solicitado.
Deve ser a menor possível
Deve ser compatível com o SIL pretendido.
CONCEITOS BÁSICOS
De Sistemas Instrumentados de Segurança ( SIS ) e Sistema Básico de Controle de Processos
Segurança Totalmente baseada no PLC de segurança +
Transmissor de Posição com Solenóide SIL 3 ( PST ) + Atuador SIL 3
( não está ligado numa malha de BPCS comum e vulnerável a falhas )
CONCEITOS BÁSICOS
Classificação de Riscos
Graus de Risco
Classificando os Riscos
Impacto Catastrófico sobre
a Comunidade
Impacto sobre os
Empregados e sobre a
Comunidade
Danos Importantes sobre
Propriedades e Produção.
Possíveis ferimentos a
Empregados.
Danos Menores a
Propriedades e à Produção
Graus de Risco
Associando Probabilidades
99.99% .
Impacto Catastrófico sobre
a Comunidade
99.9% .
Impacto sobre os
Empregados e sobre a
Comunidade
99% .
Danos Importantes sobre
Propriedades e Produção.
Possíveis ferimentos a
Empregados.
90% .
Percentual de
Disponibilidade
dos
Dispositivos
Danos Menores a
Propriedades e à Produção
Graus de Risco
Associando Probabilidades
99.99% .
99.9% .
99% .
0.01% .
Impacto Catastrófico sobre
a Comunidade
0.1% .
Impacto sobre os
Empregados e sobre a
Comunidade
1% .
Danos Importantes sobre
Propriedades e Produção.
Possíveis ferimentos a
Empregados.
90% .
10% .
Percentual de
Disponibilidade
dos
Dispositivos
Probabilidade
de Falha dos
Dispositivos na
demanda
PFDavg
Danos Menores a
Propriedades e à Produção
Graus de Risco
Definindo os Padrões
99.99 .
99.90 .
0.0001 .
0.001 .
3.
4.
Impacto Catastrófico sobre
a Comunidade
3.
Impacto sobre os
Empregados e sobre a
Comunidade
99.00 .
0.01 .
2.
2.
Danos Importantes sobre
Propriedades e Produção.
Possíveis ferimentos a
Empregados.
90.00 .
0.1 .
1.
1.
Danos Menores a
Propriedades e à Produção
Percentual de
Disponibilidade
Probabilidade
de Falha na
demanda
PFDavg
ANSI/ISA
S84.01
IEC 61508
SIL
Graus de Risco
ANSI/ISA x IEC x TÜV x DIN
99.999%
99.99% .
99.9% .
99% .
90% .
Percentual de
Disponibilidade
dos
Dispositivos
0.001%
0.01% .
0.1% .
1% .
10% .
Probability of
Failure on
Demand
PFDavg
4.
3.
2.
1.
ANSI/ISA
S84.01
8
AK7
7
AK6
6
AK5
5
AK4
4
AK3
3
AK2
2
AK1
1
3.
2.
1.
IEC 61508
SIL
AK8
TUV Class
DIN V 19250
TUV
CONCEITOS BÁSICOS
Classificação de Riscos
EMERGENCY SHUT DOWN
Arquiteturas de Sistemas de ESD : Topologias usuais no mercado
...mas todas terminam numa Válvula !!!
Ter um ESD com uma válvula convencional
NÃO oferece a segurança desejada.
É o mesmo que usar a tecnologia de
forma não muito apropriada
SEGURANÇA EM VÁLVULAS
Para sistemas de ESD ( Emergency Shut Down ) em Refinarias, Plataformas, Dutos e Indústrias em geral
PFDSIS = 6 PFDEP
+
6 PFDL
+
6 PFDEP
+
6 PFDL
+
0,005
SIL2
+
0,0005
SIL3
+
Solução:
Utilização de uma válvula convencional
UMA
VÁLVULA
CERTIFICADA
SIL 3 COM PST
ou com
acessório
de PFD inadequado
6 PFDEF
6 PFDEF = PFDSIS
0,05
SIL1
= 0,0555
= ( SIL 1 )
A IMPORTÂNCIA DA PFD avg
Para sistemas de ESD ( Emergency Shut Down ) em Refinarias, Plataformas, Dutos e Indústrias em geral
1
SIL3: PFD =10000 to
SIL3
TYCO
Valve/Actuator
10
10000
+
dangerous failure rate
PFD = λ x t/2 t : test interval (year)
SIL3
Westlock PST
=
4
3
PFD = 10000
SIL3
λ:
SIL3
7
PFD = 10000
PFD = 10000
SIL3
TYCO
Accessory
SIL2
Valve/Actuator
B
9
3
12
PFD
=
PFD = 10000
PFD = 10000
10000
Devemos prestar atenção especial nos acessórios !
+
=
ATENÇÃO ESPECIAL PARA AS VÁLVULAS
Muitas vezes os Elementos Finais não recebem muita atenção e isso é muito perigoso
CONCEITOS BÁSICOS
Determinação de PFD avg
Probabilidade combinada dos vários
equipamentos, tendo em conta, para cada
um:
PFDavg = f{ MTBFd; TI; MTTR }
PFDavg = Probabilidade Média de Falha na
Demanda
MTBFd = Tempo Médio Entre Falhas
perigosas
MTTR = Tempo Médio de Reparo
TI = Intervalo entre Testes
exemplo de cálculo
2/3
• Definição de PFDavg:
PFDavg = DC x λDsol x (MTTR x TIPS / 2) + (1 - DC) x λDsol * TIFS / 2)
• PFDavg = Probability Média de Falha da Demanda
• DC = Cobertura do diagnóstico
• λD
• TIPS = Intervalo entre Testes (Partial Stroke)
• TIFS = Intervalo entre Testes (Full Stroke)
• MTTR = Tempo Médio de Reparo
WESTLOCK
WESTLOCK
PARTIAL STROKE TESTING
Gerenciamento remoto das válvulas dos sistemas de Emergency Shut Down
Partial Stroke Testing
- é um dispositivo que permite o teste ““full
full
stroke”
stroke
” da solenóide e o teste “partial
“partial
stroke ” da válvula de shutoff (por exemplo,
fazendo--a movimentarfazendo
movimentar-se de 100% de
abertura para 80%),um tanto que permite
saber que ela não está emperrada ou com
algum outro problema operacional, sem
afetar significativamente o fluxo.
Permite testar a válvula sem necessidade de
fechamento total e, portanto, sem efetuar shutdowns
freqüentes.
PARTIAL STROKE TESTING
Porque o Partial Stroke Testing é fundamental para garantir a segurança de sua planta ou duto?
Válvulas Shutoff permanecem abertas ou fechadas por longos
períodos e cada vez mais devem atender aos requerimentos
dos processos e sistemas de segurança para que fiquem mais
tempo ainda sem ser acionadas.
O principal tipo de falha em válvulas tem sido o travamento.
( ou seja, numa situação REAL de emergência, a válvula não
funcionaria )
Se uma válvula é parte de um SIS, ela é o item que mais
contribui (~70%) para o indesejável aumento do PFDavg ou tem
o impacto mais negativo sobre a redução de risco a ser
atingida pelo SIS.
Para garantir que as válvulas de shutoff não estão travadas e
para evitar testes periódicos in-loco ( manuais ) , o D-EPIC
PST da Westlock constitui uma ferramenta fundamental para
garantir as malhas dos SIS´s .
PARTIAL STROKE TESTING
Porque o Partial Stroke Testing é fundamental para garantir a segurança de sua planta ou duto?
Partial Stroke Testing produz uma significante redução da
PFDavg ( Média da Probabilidade de Falha sob Demanda )
dos elementos finais de controle.
O Auto-teste constante da solenóide, da eletrônica ( hardware
e software ) e verificação do status da válvula formam uma
combinação eficiente para garantir o desempenho dos SIS´s,
reduzindo consideravelmente a probabilidade de falhas.
PFDavg
Test Interval
168 hours
(weekly)
1.12 x 10-04
730 hours
(monthly)
4.85 x 10-04
2190 horas
(quarterly)
1.45 x 10-03
4380 horas
(semi-annual)
2.91 x 10-03
1 year
5.81 x 10-03
2 years
1.16 x 10-02
3 years
1.74 x 10-02
4 years
2.32 x 10-02
5 years
2.91 x 10-02
WESTLOCK
PFDavg x test interval
0,00001
0,0001
SIL 4
0,001
SIL 3
0,01
SIL 2
0,1
SIL 1
1
SIL 0
Test Interval
falcon solenoid
PARTIAL STROKE TESTING
Como funciona o PST em uma válvula esfera NA ( Normalmente Aberta ) e NF ( Normalmente Fechada )
Válvula
Normalmente Aberta
Exemplo em Válvula Esfera
Válvula
Normalmente Fechada
ATUADORES DE RESPOSTA RÁPIDA
Soluções em acionamento para Válvulas ESD ( Emergency Shut Down ) com SIL 3
Biffi Hidráulico
Biffi Pneumático
Morin
Pneumático
Biffi Elétrico
PARTIAL STROKE TESTING
Como Funciona numa Válvula Normalmente Aberta ( NA )
MODELO DE PARTIAL STROKE TESTING
MECÂNICO : instalado no atuador das válvulas
MODELO DE PARTIAL STROKE TESTING
MECÂNICO : instalado no castelo das válvulas
1
2
4
3
5
MODELO DE PARTIAL STROKE TESTING
AUTOMATIZADO : PAINEL DE COMANDO OU POSICIONADOR INTELIGENTE
MODELO DE PARTIAL STROKE TESTING
ELETRÔNICO DIGITAL : TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE POSIÇÃO
COM SOLENÓIDE INTEGRADA
E DIAGNÓSTICOS REMOTOS
D-EPIC
37
PARTIAL STROKE TESTING
D-Epic : Transmissor de posição da válvula sem contato com a válvula ( maior precisão e sensibilidade )
O sensor de Efeito Hall representa
um significativo avanço para
garantir uma operação de PST
confiável e segura. Não há contatos
mecânicos da haste da válvula com o
D-EPIC PST, garantindo maior
precisão, confiabilidade e
disponibilidade operacional,
reduzindo o custo de manutenção e
permitindo percentuais mínimos de
acionamento, evitando distúrbios
nos processos quando o SIS utiliza
válvulas normalmente abertas
PARTIAL STROKE TESTING
D-Epic : Transmissor de posição da válvula sem contato com a válvula ( maior precisão e sensibilidade )
– Projetado para
calibração não
intrusiva
– LCD e Indicador
Visual
– Sensor de Posição
sem contato com a
haste da válvula
• Opção de
montagem remota
– Sinal de saída digital e
modulante
– Aplicação em válvulas
Rotativas e Lineares
– Protocolo HART e
Foundation Fieldbus
– Robusto ( invólucro
em aço inox )
Terças Tecnológicas do Petróleo
CALIBRACAO E PARAMETRIZACAO
Possibilidade de ser realizada internamente ou externamente ( chave magnetica )
Display Alfanumérico
( D-Epic )
PARTIAL STROKE TESTING
SEGURANÇA EM VÁLVULAS ( SIL 3 )
Comandos Internos
Comandos Externos
( magnético )
40
PARTIAL STROKE TESTING
D-Epic : Transmissor de Posição para Montagem em válvulas Lineares e Rotativas
Terças Tecnológicas do Petróleo
Invólucro em aço inoxidável
PARTIAL STROKE TESTING
Diagnósticos e Prognósticos das Válvulas: Gráficos, Alarmes em caso de falha e Gestão de ativos
LINHA DE PRODUTO - QUANTUM
• Sistemas de Monitoração e Controle
Simples Bobina (01 solenóide)
• Sistemas de Monitoração e Controle
Dupla Bobina / Dupla Solenóide
PONTO IMPORTANTE :
VÁLVULA SOLENÓIDE WESTLOCK COM RE-BREATHER(TM). IMPEDE ENTRADA DO MEIO EXTERNO
NA CÂMARA DOS ATUADORES, REDUZINDO CUSTO DE MANUTENÇÃO E RISCOS DE FALHAS
SOLENÓIDE CONVENCIONAL
Alimentação
Pneumática
> 45 PSI
3
1
Exauste da
Bobina
FONTE
VCC
Respiro do
Diafragma
Respiro da
Mola
2
Respiro do
Atuador
SOLENÓIDE FALCON II
Alimentação
Pneumática
> 45 PSI
5
FONTE
VCC
1
4
3
2
LINHA DE PRODUTO - INTELLIS
• Monitor de Posição – somente
• Sistemas de Monitoração e Controle
Simples Bobina (01 solenóide)
• Sistemas de Monitoração e Controle
Dupla Bobina / Dupla Solenóide
SIL 3
•
Concebido com base na Linha Quantum
•
Grande redução com instalação
•
Grande redução em cabos
•
Redução nos custos de instalação
•
Homologados pelos órgãos normalizadores
Implementação de Redes
para automação de válvulas
•
•
•
AS-i
ProfiBus
ModBus
Foundation Fieldbus
DeviceNet
Invólucros em Plástico de Engenharia, Alumínio
“Copper Free”
Free” e Aço Inox 316
MONITORAMENTO REMOTO DAS VÁLVULAS
OS SISTEMAS DA TYCO POSSIBILITAM MONITORAMENTO REMOTO DAS VÁLVULAS ESD
LAN
LAN
Comando de PST
LAN
Rede Industrial
-
EMERGENCY SHUT DOWN
Por isso o PST é importantíssimo para garantir a segurança das plantas e dutos
Fire
Suppression
PSV
F&G
BPCS
Garantir que a válvula vai funcionar quando requisitada pelo ESD / SIS !!!
OBRIGADO PELA ATENÇÃO.
PERGUNTAS
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www.westlock.com.br