שיפור הבטיחות בשסתומי ניתוק בתעשייה התהליכית SIL-3

מאת: שמואל לסמן

חטיבת ABB Power and Automation הודיעה ביוסטון טקסס במהלך חודש ספטמבר 2010 על תחילתו של שיתוף פעולה עם חברת Dresser Masoneilan שמתמחה בנושא שסתומי בקרה לתעשייה התהליכית. בנושא התקן SIL-3 לשיפור הבטיחות בשסתומי השמטה, שיתוף פעולה זה צפוי להניב ממשק בין מערכות הבקרה של ABB (System 800xA) לבין מערכת בקרת בטיחות. המוצר Emergency Shout down Device – SVI II ESD תוכנן במיוחד עבור ניטור ואבטחת תקינותם של שסתומי הניתוק On/Off המותקנים בצמתים הקריטיים בתעשייה התהליכית כדוגמת תעשיות הנפט, הכימיה והפטרוכימיה ובתהליכים תעשייתיים אחרים.

המצב הנוכחי

נכון להיום מצויד Shut down Emergency בסולנואיד ובמערכת מפסקי גבול בלבד. מצב זה יכול להוביל לכשל פעולה הנובע מכשל מערכות פנאומטיות או מכאניות בשסתום עצמו. תדירות נמוכה בהפעלתו תביא למצב בו יתקע במצבו האחרון.

תקן ה- IEC 61508 דורש ביישומים מסוג זה לבצע בדיקה רציפה של השסתום ומערכותיו מבלי לגרום להפרעה לתהליך.

ה- SVI II ESD עומד בהגדרת תקן IEC 61508 עבור SIL-3.

ההתקן מאפשר לווי שסתום הניתוק הן בפעולה רציפה של בדיקת רכיביו המכאניים של השסתום והן רכיביו הפנאומטיים גם לאחר פעולת ה- Emergency, וזאת באמצעות אפשרות משוב קבוע של השסתום להתקן האמור.

מהו SIL-3

SIL – Safety Integrity Level הוא אמצעי להגדרה של דרישות תקני הבטיחות או הסתברויות הבטיחות במערכת המפעלית. ישנם 4 רמות בטיחות נוספות המאפיינות את דרישות ה SILכמובא בתרשים:

מהו Partial Stroke Test (PST)

המונח PST אינו מושג חדש והוא מופיע באפליקציות שונות מזה שנים רבות.

החדשנות בטכנולוגיות ניטור של שסתומי השמטה היא יכולת אגירת הנתונים באופן רציף תוך הסתייעות בתכונותיו של ה- Smart Positioner SVI II ואפשרות התקשורת הרצופה עימו (HART Device).

במקרים בהם אין בנמצא תקשורת HART או אפשרויות הפעלה כמובא מעלה, ניתן באמצעות מערכת ה-Build in Push Bottom לבצע את בדיקת תקינותם של מרכיבי שסתום הבטיחות, המפעיל הפנאומטי, עומס וכוח הקפיצים, חיכוך אטם הציר ופרמטרים אחרים באופן מחזורי ובזמן נתון וללא תלות בתקשורת חיצונית.

ה- PST מאפשר ביצוע דיאגנוסטיקה במספר שלבים:

* סגירה מדורגת של השסתום המנוטר ממצבו הפתוח לסגור, לשם מדידת מהירות התגובה וכן זיהוי נקודות חיכוך – בלאי ה- Stem Packing, כולל הידוק יתר (בכפוף לתנאי התהליך).

* אפיון מהלך השסתום בתחום שבין 10%-15% מתחום עבודתו הרציפה ולאורך תקופת זמן של חודשים או שנים.

סה”כ צבר ה-Valve Stroke בהתאם למודל ולגודל השסתום יאפשר הפקת דוחות בדבר תקינות החלקים הפנאומטיים והמכאניים של השסתום.

חשוב לציין שה-PST מבצע את רצף הבדיקות גם ללא סגירה מוחלטת מול התהליך, ולכן הוא לא יוכל לבדוק באופן מלא את אפשרויות כשל השסתום לכל מלוא תנועת מהלכו. על כן, על מנת להשיג את תקן ה- SIL-3 קיים מונח נוסף :

Probability of Failure on Demand (PFD Avg)

מדד זה מאפשר חיזוי של כשל עתידי של השסתום ומערכותיו כאשר ה-PST יבצע את בדיקתו ואת אגירת הנתונים בכיסוי תחום מהלך התנועה של 50% או יותר.

הסתברות ה- PFD Avgניתנת לחישוב באמצעות פרמטרים דוגמת “ערך כשל סיכוני” מול מרווח זמן הבדיקה.

אפשרויות התפעול

תכנונו המיוחד של ה- SVI II ESD מאפשר ניטור רציף של שסתום ההשמטה באמצעות מספר רב של אפשרויות התפעול ולפי הפירוט הבא:

2 wire Analog Safety Demand (ASD)

מודל ASD מאפשר שימוש בסיגנל הבקרה בתחום של 4/20mA + HART בהפעלה פנאומטית (מפעיל מוחזר קפיץ), כאשר סיגנל הבקרה מגדיר את סף ההשמטה הבטיחותית Safety Trip Signal.

 

2 wire Discrete Safety Demand(DSD)

מודל ה -DSD מאפשר שימוש בסיגנל שבין תחום 0-24 VDC +HART בהפעלה פנאומטית (מפעיל מוחזר קפיץ) וסיגנל ה Vdc 0 מגדיר את סף ההשמטה הבטיחותית Safety Trip Signal.

 

4 –Wire Analog Setpoint with Discrete Safety Demand (A/DSD)

מודל ה -A/DSD מאפשר שילוב בין סיגנל הבקרה האנלוגי הנע בין 4/20mA + HART , פעולת פתיחה וסגירת שסתום הבטיחות, ובנוסף אפשרות הפעלה ושימוש בסיגנל שבין תחום 0-24 VDC. פיתרון זה מאפשר שילוב של שסתום בקרה יחד עם פונקציית Emergency Shut Down בהתקן אחד.

אופן ההתקשרות

ההתקשרות עם המוצר ניתנת לביצוע במספר אופנים:

  1. Local Display – באמצעות מערכת לחיצים.
  2. HART Remote – באמצעות תוכנת ה- ValVue ESD.
  3. HHD 375.

 

דיאגנוסטיקה שסתום ה- ESD

התקנתו של המוצר SVI II ESD מאפשרת, כאמור, את בדיקת אופן תפעולו של שסתום החירום בצומת הקריטית של התהליך.

הניטור מבוצע בזמן אמת, On-line, באמצעות 5 חיישני לחץ (PressureSensors) המאפשרים כיסוי מושלם של מרבית פעילויותיו ותפקודו של השסתום בדיאגנוסטיקה קבועה.

מעל ל-70 אפשרויות התרעה עומדות לרשותנו הכוללות בין השאר:

Valve Stuck open/closed

Analog and digital diagnostic feedback Pneumatic train Integrity

Air supply Low/High

Breakout Force Exceeds

Stroke test completely in concert with / or independent from safety systems

Graphic representation of partial stroke

 

Valvue – ESD

הורדת הנתונים והדיאגנוסטיקה ניתנת לביצוע באמצעות תוכנת ה Valvue – ESD לניטור רציף, כולל אפשרות תקשורת לזיהוי מצב כל מערכות ה- ESD ברחבי המפעל.

תוכנת הכיול ה- Valvue מאפשרת את כל פעולות האחזקה והכיול של ה- SVI II ESD כדוגמת:

Setup, device ,alarms PST- Partial Stroke Test

חתימת ה PST-ניתנת לאגירה ושמירת נתוניה מאפשרת השוואה עתידית במסגרת תוכנית האחזקה של השסתום. תוכנת ה- Valvue ESD מאפשרת הפקת דו”ח הכולל את החתימה האמורה.

סיכום

כעת ניתן איפה לסכם את ייעודו של Emergency Shout down Device – SVI II ESD.

שילוב המוצר והטמעתו במערכת הבקרה של חברת ABB ( System 800xA) תספק את הרמה הגבוהה ביותר של הבטיחות והבקרה הקיימים היום בשוק תוך ייעול התהליך.

ההתקן תוכנן במיוחד עבור ניטור אבטחת תקינותם של Emergency Shout down Device המותקנים בצמתים הקריטיים של התהליך.

ה- SVI II ESD עומד בהגדרת תקן IEC 61508 עבור SIL-3.

המוצר מאפשר ליווי שסתום הניתוק הן בפעולה רציפה של בדיקת רכיביו המכאניים והן רכיביו הפנאומטיים, זאת גם לאחר פעולת ה Emergency באמצעות אפשרות משוב קבוע של השסתום למכשיר.

המוצר מותאם לתמיכה בטכנולוגיה דוגמת EDDL וכן DTM.