عملکردهای ابزار ایمنی چیست؟

عملکردهای ابزار ایمنی :

یک تابع ابزار ایمنی یا SIF، یک یا چند جزء است که برای اجرای یک کار مرتبط با ایمنی در صورت بروز یک وضعیت خطرناک خاص طراحی شده است.

سوئیچ خاموش کردن بیش از حد دمای داخل خشک کن لباس یا آبگرمکن برقی یک نمونه ساده و خانگی از یک SIF است که در این صورت منبع انرژی دستگاه را قطع می کند. وضعیت بیش از حد دمای شناسایی شده.

عملکردهای ابزار ایمنی به طور متناوب به عنوان عملکردهای حفاظتی ابزار یا IPF نامیده می شوند.

یک سیستم ابزار دقیق ایمنی یا SIS مجموعه‌ای از SIF است که برای رساندن یک فرآیند صنعتی به شرایط ایمن در صورت بروز هر گونه شرایط خطرناک شناسایی شده طراحی شده است.

این سیستم ها همچنین به عنوان خاموش شدن اضطراری (ESD) یا سیستم های ابزار حفاظتی (PIS) شناخته می شوند، به عنوان یک “لایه” اضافی محافظت در برابر آسیب تجهیزات فرآیند، اثرات نامطلوب محیطی، و /یا آسیب انسانی فراتر از حفاظتی است که معمولاً توسط یک سیستم کنترل نظارتی با عملکرد مناسب ارائه می‌شود.

مانند همه سیستم های کنترل خودکار، یک SIS از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

1. حسگر(های) برای تشخیص وضعیت خطرناک،
2. کنترل کننده تصمیم می گیرد که چه زمانی فرآیند را خاموش کند، و
3. عنصر(های) کنترل نهایی برای انجام عمل خاموش کردن لازم برای رساندن فرآیند به شرایط ایمن.

حسگرها ممکن است از سوئیچ‌های فرآیند و/یا فرستنده جدا از سیستم کنترل نظارتی تشکیل شده باشند.

کنترل کننده برای SIS معمولاً حل‌کننده منطق، و همچنین جدا از سیستم کنترل معمولی است.

عناصر کنترل نهایی برای SIS ممکن است دریچه‌های روشن/خاموش ویژه (اغلب دریچه‌های خردکن نامیده می‌شوند) یا شیرهای برقی که برای کنترل عادی استفاده می‌شوند. سوپاپ را در حالت خاموشی قرار دهید.

برخی از صنایع، مانند فرآوری شیمیایی و انرژی هسته ای، به طور گسترده ای از سیستم های ابزار ایمنی برای چندین دهه استفاده کرده اند.

به همین ترتیب، سال هاست که کنترل های خاموش شدن خودکار در دیگ های بخار و کوره های احتراق استاندارد بوده است. افزایش توانایی ابزار دقیق مدرن، همراه با تحقق هزینه های هنگفت (اعم از اجتماعی و مالی) ناشی از بلایای صنعتی، ابزارآلات ایمنی را به سطوح جدیدی از پیچیدگی و وسعت کاربرد جدید سوق داده است. هدف این بخش بررسی برخی از مفاهیم رایج سیستم ابزار ایمنی و همچنین برخی کاربردهای صنعتی خاص است.

یکی از چالش های ذاتی سیستم ابزاردار ایمنی ایجاد تعادل بین هدف حداکثر ایمنی در مقابل هدف حداکثر صرفه جویی است. اگر یک مرکز تولید صنعتی به اندازه کافی حسگرها و سیستم‌های خاموش کننده ایمنی لایه‌ای مجهز باشد تا عملاً اطمینان حاصل شود که هیچ شرایط ناایمنی وجود نخواهد داشت، همان تأسیسات با رویدادهای «آژار کاذب» و «سفر جعلی» مواجه می‌شود (یادداشت ۱) که در آن سیستم‌های ایمنی وجود دارد. سوء عملکرد به نحوی که برای عملکرد سودآور تاسیسات مضر باشد. به عبارت دیگر،

در حالی که اجتناب از شرایط ناامن فرآیند بدیهی است یک هدف عالی است، نمی تواند به قیمت عملیات اقتصادی عملی تمام شود وگرنه هیچ دلیلی برای وجود تسهیلات وجود نخواهد داشت. (یادداشت ۲).

یک سیستم ایمنی باید عملکرد حفاظتی مورد نظر خود را انجام دهد، اما نه به قیمت به خطر انداختن هدف مورد نظر تاسیسات.

نکته ۱: مترادف های زیادی برای توصیف عملکرد یک سیستم ایمنی که بیهوده یک فرآیند را خاموش می کند وجود دارد. اصطلاح “سفر مزاحم” اغلب (به درستی) برای توصیف چنین رویدادهایی استفاده می شود. یکی دیگر از برچسب‌های (خیرخواهانه‌تر) Fail-to-Safe است، به این معنی که شکست فرآیند را به شرایط ایمن می‌رساند، برخلاف شرایط خطرناک.

نکته ۲: البته، تأسیسات صنعتی وجود دارند که با ضرر مالی برای منافع عمومی بیشتر کار می کنند (مثلاً برخی از عملیات پردازش زباله)، اما اینها به جای موارد استثنا هستند. قانون. بدیهی است که هدف کسب و کار کسب سود است، و بنابراین اکثریت قریب به اتفاق صنایع به سادگی نمی توانند فلسفه ایمنی را به هر قیمتی حفظ کنند. می‌توان استدلال کرد که یک سیستم ایمنی «پارانوئید» حتی در یک کارخانه پردازش زباله ناپایدار است، زیرا «سفرهای نادرست» زیاد منجر به پردازش ناکارآمد زباله‌ها می‌شود و هر چه مدت طولانی‌تر پردازش نشده باقی بماند، تهدیدی برای سلامت عمومی بیشتر است.

این تنش در صنایع تولید و توزیع نیروی برق به خوبی قابل درک است. خطا در خطوط برق فشار قوی می تواند بسیار خطرناک و همچنین برای تجهیزات الکتریکی مخرب باشد.

به همین دلیل، دستگاه‌های محافظ ویژه‌ای در سیستم‌های قدرت قرار داده می‌شوند تا شرایط را کنترل کنند و در صورت تهدیدکننده شدن آن شرایط، جریان برق را متوقف کنند.

اما وجود این دستگاه ها به این معنی است که ممکن است برق به طور تصادفی قطع شود و باعث قطع برق غیرضروری برای مشتریان شود. در صنعت برق، کلمه “قابلیت اطمینان” به احتمال قطع برق سیستم های حفاظتی در صورت نیاز اشاره دارد.

در مقابل، کلمه “امنیت” در صنعت برق برای اشاره به اجتناب از قطعی های غیر ضروری استفاده می شود. ما این شرایط را برای سیستم های فرآیند عمومی اعمال خواهیم کرد.

برای نشان دادن تنش بین قابلیت اطمینان و امنیت در یک سیستم فرآیند سیال، ممکن است یک سیستم شیر قطع کننده دوبلوک (یادداشت ۳) را برای خط لوله نفت تحلیل کنیم:

نکته ۳: همانطور که نشان داده شده است، این شیرها به صورت توپی طراحی شده اند، اولی توسط یک موتور الکتریکی و دومی توسط یک پیستون پنوماتیک فعال می شود.

همانطور که اغلب در مورد زائد، تلاشی برای تنوع بخشیدن به فناوری اعمال شده در عناصر زائد به منظور به حداقل رساندن احتمال خرابی های ناشی از علل مشترک انجام شده است.

اگر هر دو شیر بلوک به صورت الکتریکی فعال شوند، خرابی منبع تغذیه هر دو شیر را غیرفعال می کند. اگر هر دو شیر بلوک به صورت پنوماتیکی فعال می شدند، خرابی منبع هوای فشرده هر دو دریچه را غیرفعال می کند.

استفاده از یک شیر برقی و یک شیر پنوماتیک استقلال عملکرد بیشتری را به سیستم شیر دوبلک می دهد.

البته عملکرد ایمنی این شیرهای بلوکی قطع جریان از منبع نفت به خط لوله توزیع است در صورتی که خط لوله دچار نشتی یا پارگی شود.

داشتن دو شیر بلوک در “سری” یک لایه ایمنی اضافی را اضافه می کند، به این صورت که فقط یکی از شیرهای بلوک برای انجام عملکرد ایمنی (قابلیت اطمینان) باید بسته شود. به استفاده از دو فناوری مختلف محرک سوپاپ توجه کنید: یکی الکتریکی (موتور) و دیگری پیستونی (پنوماتیکی یا هیدرولیکی).

این تنوع فناوری‌های محرک به جلوگیری از خرابی‌های ناشی از علل مشترک کمک می‌کند، و کمک می‌کند تا اطمینان حاصل شود که هر دو سوپاپ به‌طور همزمان به دلیل یک علت از کار نمی‌افتند.

با این حال، عملکرد معمول خط لوله مستلزم باز بودن هر دو شیر بلوک برای عبور نفت از آن است. وجود شیرهای بلوک اضافی (دوگانه)، در حالی که ایمنی را افزایش می دهد، امنیت خط لوله را کاهش می دهد.

اگر یکی از دو شیر بلوک در زمانی که نیازی به بستن خط لوله نبود، از کار بیفتد، جریان از طریق خط لوله بی جهت متوقف می شود.

داشتن دو شیر بلوک سری لوله شده به جای یک شیر بلوک، احتمال خاموش شدن غیر ضروری خط لوله را افزایش می دهد.

یک نماد دقیق برای تعیین قابلیت اطمینان و امنیت در سیستم‌های اضافی مفید است، تعداد عناصر اضافی لازم برای دستیابی به نتیجه مطلوب را در مقایسه با تعداد کل عناصر اضافی مقایسه می‌کند.

اگر نتیجه مطلوب برای آرایه شیرهای دوبلوک ما این باشد که در صورت شناسایی نشتی یا پارگی خط لوله را خاموش کنیم، می گوییم سیستم یکی از دو است. (۱oo2) برای قابلیت اطمینان زائد است.

به عبارت دیگر، تنها یکی از دو شیر اضافی باید به درستی کار کند (خاموش شود) تا خط لوله را به وضعیت ایمن برساند. اگر نتیجه مطلوب اجازه دادن به جریان از طریق خط لوله زمانی باشد که خط لوله بدون نشتی است، می گوییم سیستم دو از دو (۲oo2) برای امنیت اضافی است.

این بدان معناست که هر دو شیر بلوک باید به درستی کار کنند (باز شوند) تا نفت از طریق خط لوله عبور کند.

این نماد عددی که تعداد عناصر اساسی را در مقابل تعداد کل عناصر نشان می دهد، اغلب به عنوان نماد MooN (“M out of N”) یا گاهی اوقات به عنوان NooM (“N” نامیده می شود. از M”) نماد (یادداشت ۴). هنگام بحث در مورد سیستم‌های دارای ابزار ایمنی، استاندارد ISA 84 افزونگی را بر حسب تعداد کانال‌های توافقی لازم برای انجام عملکرد ایمنی (خاموش) تعریف می‌کند – به عبارت دیگر، استفاده ISA از نماد “MooN” به جای امنیت دلالت بر قابلیت اطمینان دارد.

نکته ۴ : استاندارد ایمنی ISA 84 این نماد را به عنوان “MooN” تعریف می کند، اما من نمونه های کافی برای مخالفت (“NooM”) را دیده ام که قابل سوال است. اعتبار هر یک از برچسب ها.

یک روش تکمیلی برای تعیین کمیت قابلیت اطمینان و امنیت برای سیستم‌های اضافی، برچسب‌گذاری بر حسب تعداد خرابی‌های عنصری است که سیستم ممکن است در حالی که هنوز به نتیجه مطلوب دست می‌یابد، حفظ کند.

برای این مجموعه سری از شیرهای بلوک دوبل، عملکرد ایمنی (خاموش) تحمل خطا یک (۱) دارد، زیرا ممکن است یکی از شیرها در هنگام فراخوانی بسته نشود. اما شیر دیگر به خودی خود برای قطع جریان نفت به خط لوله کافی است.

با این حال، عملکرد عادی سیستم دارای تحمل خطای صفر (۰) است. هر دو شیر بلوک باید در هنگام فراخوانی باز شوند تا جریان را از طریق خط لوله برقرار کنند.

باید به وضوح مشخص باشد که مجموعه ای از شیرهای بلوک بر قابلیت اطمینان (قابلیت قطع جریان از طریق خط لوله در صورت نیاز) به هزینه امنیت (قابلیت اجازه دادن) تاکید می کنند. جریان عادی از طریق خط لوله زمانی که نشتی وجود ندارد).

اکنون ممکن است یک طرح شیر بلوک موازی را برای مقایسه ویژگی های اضافی آن تجزیه و تحلیل کنیم:

کلاس

در این سیستم، عملکرد افزونگی ایمنی (اعتمادپذیری) ۲oo2 است، زیرا هر دو شیر بلوک باید خاموش شوند تا در صورت بروز این مشکل، خط لوله به وضعیت ایمن برسد. یک نشت خط لوله شناسایی شده است.

اما، امنیت ۱oo2 خواهد بود، زیرا تنها یکی از دو دریچه برای برقراری جریان از طریق خط لوله باید باز شود.

بنابراین، یک آرایه دریچه بلوک موازی بر تولید (توانایی اجازه دادن به جریان از طریق خط لوله) به جای ایمنی (قابلیت قطع جریان از طریق خط لوله) تأکید می کند.

روش دیگری برای بیان رفتار اضافی آرایه شیر بلوک موازی این است که بگوییم تابع ایمنی دارای تحمل خطا صفر (۰) است، در حالی که تابع تولید دارای خطا است. تحمل یک (۱).

یکی از راه‌های جلوگیری از سازش بین قابلیت اطمینان و امنیت، افزایش تعداد مؤلفه‌های اضافی و تشکیل آرایه‌هایی با پیچیدگی بیشتر است.

این آرایه دریچه بلوک چهارگانه را در نظر بگیرید که برای انجام همان عملکرد در خط لوله نفت طراحی شده است:

برای انجام عملکرد ایمنی خود در قطع جریان نفت به خط لوله، هر دو “شاخه” لوله موازی باید بسته شوند.

در ابتدا، ممکن است به نظر برسد که این نشان دهنده قابلیت اطمینان دو از چهار (۲oo4) است، زیرا تنها چیزی که ما نیاز داریم یک شیر در هر شاخه است (در مجموع دو سوپاپ) ) از چهار دریچه برای قطع جریان به خط لوله، باید خاموش شود.

اما باید به خاطر داشته باشیم که ما این تجمل را نداریم که خطاهای ایده آل را فرض کنیم. اگر فقط دو سوپاپ از چهار سوپاپ در هنگام خاموش شدن به درستی عمل کنند، ممکن است اتفاقاً دو شیر در یک شاخه باشند، در این صورت عملکرد صحیح دو شیر برای تضمین وضعیت ایمن خط لوله کافی نیست.

بنابراین، این سیستم اضافی در واقع قابلیت اطمینان سه از چهار (۳oo4) را نشان می دهد (یعنی تحمل خطای ایمنی یک را دارد)، زیرا ما به سه مورد از چهار شیر بلوک به منظور تضمین وضعیت ایمن خط لوله.

با تجزیه و تحلیل این آرایه دریچه بلوک چهارگانه برای امنیت، می بینیم که سه تا از چهار شیر باید به درستی کار کنند (باز شوند) تا جریان به خط لوله تضمین شود.

یک بار دیگر، ممکن است در ابتدا به نظر برسد که تنها چیزی که نیاز داریم دو دریچه از چهار دریچه برای باز کردن جریان به خط لوله است، اما این کافی نخواهد بود. اگر این دو دریچه در شاخه های موازی متفاوتی باشند.

بنابراین، این سیستم امنیت سه از چهار (۳oo4) را نشان می دهد (یعنی تحمل خطای تولید یک را دارد).

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.