Навигация по материалу
Системы сигнализации и блокировок: проектирование и проверка
Технические требования к системам противоаварийной защиты химического производства
Таблица 1. Уровни полноты безопасности SIL согласно МЭК 61511
| Уровень SIL | PFDavg (вероятность отказа) | Коэффициент снижения риска RRF | Типовое применение в химпроизводстве |
|---|---|---|---|
| SIL 4 | ≥10⁻⁵ до <10⁻⁴ | от 100 000 до 10 000 | Применяется редко, требует высокого уровня резервирования |
| SIL 3 | ≥10⁻⁴ до <10⁻³ | от 10 000 до 1 000 | Блоки I категории взрывоопасности, критичные процессы |
| SIL 2 | ≥10⁻³ до <10⁻² | от 1 000 до 100 | Блоки II категории взрывоопасности |
| SIL 1 | ≥10⁻² до <10⁻¹ | от 100 до 10 | Блоки III категории взрывоопасности |
Примечание: PFDavg - средняя вероятность опасного отказа по запросу для режима низкой интенсивности запросов. Данные согласно ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018 (таблицы 3 и 4).
Таблица 2. Периодичность проверок систем ПАЗ
| Тип проверки | Периодичность | Объем проверки | Нормативное обоснование |
|---|---|---|---|
| Функциональное тестирование контуров | Определяется спецификацией SRS (обычно 1-12 месяцев) | Проверка полной цепи от датчика до исполнительного элемента | ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018, п. 16.3 |
| Проверка блокировок и сигнализации | Не реже 1 раза в месяц | Срабатывание устройств защиты и блокировок | Приказ Ростехнадзора №533 от 15.12.2020, раздел VI |
| Комплексное опробование ПАЗ | При пусконаладке, после капремонта | Полная проверка всех контуров по специальным программам | Приказ Ростехнадзора №533 от 15.12.2020 |
| Калибровка средств измерений | Согласно графику метрологической поверки | Проверка погрешностей измерительных приборов | Федеральный закон 102-ФЗ |
| Оценка функциональной безопасности | Периодически по мере необходимости | Расчет достигнутого SIL, анализ изменений | ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018 |
Примечание: Конкретная периодичность определяется в спецификации требований безопасности SRS на основе требуемого уровня SIL.
Таблица 3. Документирование систем ПАЗ
| Документ | Содержание | Разработчик | Нормативное обоснование |
|---|---|---|---|
| Спецификация требований безопасности (SRS) | Описание функций безопасности, требуемые SIL, уставки, архитектура контуров | Проектная организация | ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018, раздел 10 |
| Технологический регламент | Границы регламентированных и критических значений параметров, уставки защит | Разработчик процесса | Приказ Ростехнадзора №500 от 07.12.2020 |
| Перечень систем ПАЗ | Состав контуров защит, параметры, категории взрывоопасности | Проектная организация | Приказ Ростехнадзора №533 от 15.12.2020 |
| План функционального тестирования | Периодичность проверок, методики, ответственные лица | Эксплуатирующая организация | ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018, п. 16.3 |
| Протоколы проверок | Результаты функциональных тестов, выявленные отказы, корректирующие действия | Служба КИПиА | ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018 |
Таблица 4. Типовые схемы блокировок в химпроизводстве
| Тип блокировки | Контролируемый параметр | Защитное действие | Применение |
|---|---|---|---|
| Защита по высокому давлению | Давление в реакторе, колонне, аппарате | Закрытие питания, открытие сброса, аварийный останов | Реакторы, колонны ректификации, сепараторы высокого давления |
| Защита по низкому давлению | Давление всасывания насоса, компрессора | Останов агрегата для предотвращения кавитации | Насосы, компрессоры, вакуумные системы |
| Защита по высокой температуре | Температура реакционной массы, продукта | Открытие охлаждения, останов нагрева, аварийное гашение | Экзотермические реакции, дистилляция, сушка |
| Защита по высокому уровню | Уровень в емкости, сепараторе, колонне | Закрытие питания, открытие слива | Емкости, сепараторы, флотаторы |
| Защита по низкому уровню | Уровень в емкости всасывания насоса | Останов насоса для предотвращения сухого хода | Центробежные насосы, мешалки |
| Защита по расходу | Расход охлаждающей воды, реагента, инертного газа | Останов процесса, сигнализация | Теплообменники, реакторы полимеризации |
| Защита по загазованности | Концентрация горючих газов, токсичных веществ | Останов оборудования, включение аварийной вентиляции | Помещения насосных, компрессорных, складов ЛВЖ |
| Блокировка последовательности пуска | Состояние и готовность оборудования | Запрет пуска без выполнения предварительных условий | Технологические линии, системы дозирования |
Полное оглавление статьи
Введение в системы противоаварийной защиты
Системы противоаварийной автоматической защиты представляют собой аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие безопасность технологических процессов химических производств. Основная функция системы ПАЗ заключается в автоматическом переводе оборудования в безопасное состояние при выходе параметров процесса за регламентированные пределы. Приборные системы безопасности проектируются в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018, который определяет концепцию жизненного цикла и уровни полноты безопасности.
Современные системы блокировок и сигнализации строятся на базе программируемых логических контроллеров с отказобезопасной архитектурой. Для объектов с технологическими блоками первой и второй категории взрывоопасности применение сертифицированных контроллеров безопасности является обязательным требованием федеральных норм и правил в области промышленной безопасности. Система должна обеспечивать предотвращение развития аварийной ситуации, локализацию аварии и защиту персонала и окружающей среды.
Уровни полноты безопасности SIL
Уровень полноты безопасности определяет требуемую надежность выполнения функций безопасности контуром защиты. Стандарт МЭК 61511 устанавливает четыре уровня SIL, от первого до четвертого, где SIL 4 соответствует наивысшим требованиям. Каждый уровень характеризуется средней вероятностью отказа по запросу PFDavg и коэффициентом снижения риска RRF. Выбор требуемого уровня SIL осуществляется на основе анализа опасностей и рисков технологического процесса с применением методов графа рисков, матрицы рисков или количественной оценки.
Для достижения заданного уровня SIL применяется архитектурное резервирование датчиков и исполнительных механизмов, использование сертифицированного оборудования и периодическое функциональное тестирование. Важно понимать, что уровень SIL определяется для всего контура безопасности целиком, включая датчик, логический решатель и исполнительный элемент. Отсутствие планов тестирования приводит к деградации уровня безопасности системы со временем, поэтому соблюдение жизненного цикла функциональной безопасности является критически важным.
Проектирование систем защиты и блокировок
Проектирование начинается с разработки спецификации требований безопасности, которая содержит перечень функций безопасности, требуемые уровни SIL для каждого контура и критерии срабатывания защит. Значения уставок систем защиты определяются с учетом погрешностей измерительных устройств, быстродействия системы и возможной скорости изменения параметров. Время срабатывания системы защиты должно обеспечивать предотвращение перехода параметра от предупредительного до критического значения.
Типовые схемы блокировок включают защиты по давлению, температуре, уровню и расходу. Блокировки по высокому давлению предотвращают разрушение оборудования путем автоматического закрытия питания и открытия сбросных клапанов. Защита по низкому уровню останавливает насосы во избежание сухого хода. Блокировки последовательности обеспечивают правильный порядок пуска оборудования и предотвращают технологически недопустимые действия персонала. В системах ПАЗ запрещается мультиплексирование входных параметров, определяющих взрывоопасность процесса.
Проверка и тестирование контуров противоаварийной защиты
Периодическая проверка работоспособности системы ПАЗ необходима для своевременного выявления скрытых отказов элементов контуров безопасности. Согласно требованиям стандарта МЭК 61511, выполняется как комплексная, так и поэлементная проверка приборной системы безопасности. Функциональное тестирование включает проверку всей цепи от датчика до исполнительного механизма путем имитации срабатывания и контроля выполнения защитного действия. Периодичность проверок определяется в спецификации требований безопасности исходя из требуемого уровня SIL контура.
Проверка срабатывания устройств защиты и блокировок проводится не реже одного раза в месяц согласно федеральным нормам и правилам. Результаты всех проверок документируются в специальных протоколах с указанием выявленных неисправностей и принятых мер по их устранению. Функциональные тесты датчиков должны проверять исправность чувствительного элемента, а не только модуля формирования выходного сигнала. Непроверенные исполнительные механизмы, такие как отсечные клапаны, имеют повышенную вероятность отказа по запросу.
Документирование требований безопасности
Комплект документации системы ПАЗ включает спецификацию требований безопасности, технологический регламент, перечень систем противоаварийной защиты, планы тестирования и протоколы проверок. Спецификация требований является техническим заданием на систему ПАЗ и регламентирует содержание и структуру проекта. Технологический регламент содержит описание технологического процесса, границы регламентированных и критических значений параметров, конкретные значения уставок защит. Все изменения в технологической схеме, аппаратурном оформлении или системах ПАЗ вносятся только после актуализации проектной документации.
План функционального тестирования разрабатывается на основе требуемых уровней SIL контуров защит и определяет периодичность проверок каждого элемента системы. Протоколы функциональных тестов подтверждают соблюдение требований промышленной безопасности и предъявляются при проверках надзорных органов. Перечень систем ПАЗ взрывоопасных объектов наряду с уставками защиты должен содержать указания границ регламентированных значений параметров. Программные средства вычислительной техники, применяемые в системах ПАЗ, проходят обязательную проверку на соответствие техническому заданию.
Эксплуатация и техническое обслуживание
Эксплуатация системы ПАЗ осуществляется предприятием с проведением тестирования согласно плану, созданному на основании требуемого уровня SIL контуров защит. Необходимо проводить документирование результатов тестирования, периодическую оценку функциональной безопасности и соблюдение жизненного цикла системы. Возврат технологического объекта в рабочее состояние после срабатывания ПАЗ выполняется обслуживающим персоналом по утвержденной инструкции. На периоды пуска и останова оборудования предусматриваются специальные алгоритмы работы системы, при которых допускается отключение отдельных блокировок при соответствующем обосновании.
Обслуживание систем противоаварийной защиты включает калибровку средств измерений, проверку исправности исполнительных механизмов, диагностику программируемых контроллеров и анализ архивов срабатываний. Служба КИПиА отвечает за проведение функциональных тестов датчиков и поддержание технической документации в актуальном состоянии. Оперативный персонал проверяет состояние исполнительных механизмов, герметичность запорной арматуры и работоспособность блокировок. Специализированные организации привлекаются для периодической оценки функциональной безопасности и подтверждения соответствия системы требованиям стандартов.
Часто задаваемые вопросы
Основным документом является ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018, состоящий из трех частей и определяющий требования к приборным системам безопасности для промышленных процессов. Также применяются федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности, включая Приказ Ростехнадзора №533 от 15.12.2020 (Общие правила взрывобезопасности) и №500 от 07.12.2020 (Правила безопасности химически опасных производственных объектов).
Уровень SIL определяется на основе анализа опасностей и рисков технологического процесса. Применяются методы графа рисков согласно МЭК 61511-3, матрицы рисков или количественной оценки методом LOPA. Выбор осуществляется на стадии проектирования и фиксируется в спецификации требований безопасности SRS.
Периодичность функционального тестирования определяется требуемым уровнем SIL и указывается в спецификации требований. Типовые интервалы составляют от 1 до 12 месяцев для полных контуров. Проверка блокировок и сигнализации проводится не реже одного раза в месяц согласно федеральным нормам. Комплексное опробование выполняется при пусконаладке и после капитального ремонта.
Для объектов с технологическими блоками первой и второй категории взрывоопасности обязательно применение программируемых логических контроллеров, сертифицированных на соответствие требованиям функциональной безопасности по ГОСТ Р МЭК 61508. Контроллеры должны быть способны функционировать по отказобезопасной структуре.
Обязательными документами являются спецификация требований безопасности SRS, технологический регламент на производство продукции, перечень систем ПАЗ, планы функционального тестирования и протоколы проверок. При проектировании также разрабатываются схемы функциональных блоков, причинно-следственные диаграммы и перечень входов-выходов контроллеров безопасности.
