Comment les ingénieurs en instrumentation élaborent-ils le cahier des charges des exigences de sécurité (SRS) pour un système SIS ?

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Le SRS joue un rôle décisif dans la mise en œuvre des fonctions de sécurité instrumentée. L’élaboration du cahier des charges des exigences de sécurité (SRS) est l’une des activités les plus importantes tout au long du cycle de vie d’un SIS. Il fournit des directives de mise en œuvre pour la conception des systèmes SIS, l’intégration matérielle et la configuration logicielle des contrôleurs logiques, l’installation et le débogage, ainsi que le démarrage en service. Ces dernières années, les SIS dans l’industrie chimique ont connu un essor fulgurant, étant mis en place à un rythme effréné. Pratiquement toutes les entreprises chimiques ont adopté des SIS, mais à ce jour, seules quelques-unes sont parvenues à élaborer un document extrêmement crucial pour ces systèmes : le cahier des charges des exigences de sécurité, ou SRS. Récemment, la normalisation de la gestion SRS a également commencé à être prise en compte. En réalité, le SRS est un élément essentiel du SIS : une fois que le SIS est mis en place, il devrait logiquement être soutenu par un SRS. Pour reprendre les mots d’un enseignant : « Le fait qu’il n’existait pas auparavant ne signifie pas qu’il n’est pas nécessaire ; le fait qu’il n’a pas été vérifié auparavant ne signifie pas qu’il ne le sera pas à l’avenir ». On peut s’attendre à ce que, dans un avenir proche, le SRS devienne aussi populaire que le SIS. Lors des vérifications du SIS, le SRS fera partie des éléments obligatoires à examiner. Changhui Instruments vous expliquera donc en détail ce qu’est réellement le SRS SRS yunrun.com.cn/tech/2745.html La SRS définit la « Safety requirements specification » ; (GB/T -21109-2007) est une norme qui contient toutes les exigences relatives aux fonctions de contrôle de sécurité (SIF) que doit assurer le système de contrôle de sécurité ； (Les exigences doivent être très claires). Objectifs et contenu du SRS : Afin d’atteindre les fonctions de sécurité requises, en fonction des fonctions de sécurité instrumentées (SIF) exigées ainsi que des règles relatives à l’intégrité de sécurité (SIL) pour chacune de ces fonctions, le SRS doit se composer des deux parties principales suivantes : ◆ Spécifications des exigences des fonctions de sécurité, qui décrivent les entrées, les sorties du système ainsi que la logique d’exécution. En d’autres termes, définit-il ce que chaque fonction de sécurité (SIF) doit faire ? Par exemple : lorsque la température du réacteur dépasse la valeur préfixée (350 °C), l’électro-chauffeur s’arrête. ◆La spécification des exigences d’intégrité de sécurité décrit les exigences en matière de performance de sécurité pour chaque fonction (niveau) ； En d’autres termes, il définit les capacités que chaque fonction de sécurité doit posséder ou à quel niveau elles doivent être. Par exemple : lorsque la température du réacteur dépasse la valeur préétablie (350 °C), il faut s’assurer que la probabilité ou la possibilité d’arrêter le chauffage électrique atteigne plus de 99 % ； Entrée : Description des fonctionnalités relatives aux exigences de sécurité ； Sortie : Exigences de sécurité SIS, exigences de sécurité logicielle. Utilisation du SRS : Le SRS constitue la base de la conception des systèmes SIS (conception préliminaire, conception détaillée ainsi que gestion des phases de conception et d’utilisation tout au long du cycle de vie), et il sert également de fondement à la validation finale des systèmes SIS. Par conséquent, toutes les informations nécessaires doivent y être incluses afin de former un ensemble complet de documents. Note : Le SRS est une étape importante tout au long du cycle de vie de la sécurité. Grâce au SRS, on peut savoir comment concevoir une fonction d’instrumentation de sécurité (SIF), ainsi que comment intégrer ces fonctions (SIF) dans un SIS. Préparatifs de base pour le SRS Avant de préparer le SRS, les activités suivantes doivent être menées (ces activités constituent la base d’un cahier des charges efficace ; s’il est inefficace, sa rédaction n’a aucun sens). Il est essentiel que ces travaux soient effectués de manière efficace et appropriée. Pourquoi insister sur les préparatifs de base ? Si le travail de base n’est pas bien fait, les spécifications du système, quel que soit le temps et l’énergie investis pour les élaborer, sont vaines (si la base est fausse, tout est faux) ! 1. Conception conceptuelle du processus de fabrication
2. Analyse des dangers et conception des risques (une simple analyse ne suffit pas à améliorer la sécurité intrinsèque du processus ou du système ; il est plus important d’appliquer l’analyse aux étapes suivantes)
3. Détermination de l’utilisation de couches de protection non SIS ; si nécessaire en cas de SIF, détermination du SIL. Des documents techniques clés sont nécessaires pour élaborer le SRS ◆ Informations relatives au processus de fabrication 1. Schéma des tuyauteries et des instruments (P&ID) 2. Description des opérations de fabrication 3. Description du contrôle du processus, y compris la conception du système de contrôle de base du processus et la stratégie d’affectation des systèmes de sécurité instrumentée, les types de contrôle, l’interface avec l’opérateur, la gestion des alarmes ainsi que l’enregistrement des données historiques 4. Réglementations de sécurité pertinentes (y compris les exigences **, sectorielles, provinciales, municipales à tous les niveaux ** et de l’entreprise) 5. Documents techniques relatifs à la fiabilité, à la qualité ou à l’environnement, ainsi qu’aux opérations ou à la maintenance ； ◆Diagramme de cause à effet : Le diagramme de cause à effet permet d’intégrer les exigences de fonctionnalité de sécurité et d’intégrité dans un document technique (il est également possible de regrouper d’autres exigences telles que la plage de mesure des instruments, les valeurs de consigne, les modes d’action, etc., dans un formulaire) ； ◆Le diagramme logique, en complément du diagramme de cause à effet, permet de décrire des fonctions plus complexes ou basées sur le temps ou l’ordre (ce qui ne peut être exprimé par des mots ou un diagramme de cause à effet peut l’être par un diagramme logique ou des relations logiques) ； ◆Fiche de données de processus : La fiche de données du processus fournit les informations nécessaires pour établir la spécification de sélection des instruments. Phase et éléments de rédaction du SRS : conformément au cycle de vie complet du SIS et à ce qui est décrit au point 4. Le SRS est élaboré une fois les préparatifs de base terminés et avant que la conception du système SIS ne commence. Qui va élaborer le SRS ? D’après la définition de SRS, il s’agit d’une spécification des exigences relatives aux systèmes de sécurité, qui sert en même temps de document d’entrée pour la conception de ces systèmes. Par conséquent, les spécialistes du contrôle des processus ou des instruments sont généralement chargés de rédiger ces spécifications (bien sûr, ce travail n’est pas exclusivement confié aux seuls spécialistes des instruments ; il peut également être élaboré par l’équipe chargée de l’évaluation des risques et des dangers et/ou par l’équipe du projet elle-même). En ce qui concerne la question de la responsabilité, aucune spécialité ne souhaite prendre en charge ce « problème délicat ». Cependant, étant donné l’usage du SRS, il n’y a pratiquement aucun doute sur le fait que la rédaction du SRS incombe à la spécialité des instruments. Bien sûr, il ne s’agit pas d’une tâche réservée uniquement à cette spécialité ; on peut former une équipe composée de spécialistes en procédés, en sécurité, en équipements, en électricité, etc., pour travailler ensemble à sa rédaction. Principes à respecter lors de la rédaction du SRS ◆ Les exigences techniques doivent être exposées de la manière la plus simple et claire possible, afin que toutes les personnes (ceux qui pourraient utiliser ces informations à n’importe quelle étape du cycle de vie) comprennent chaque détail des spécifications ； Concevoir un système de sécurité pour prévenir ou atténuer la survenue d’événements dangereux, et lors de l’établissement de la solution, il convient également d’éviter une trop grande complexité. ◆La spécification doit être très claire ; elle doit indiquer ce qui doit être obtenu, sans nécessairement préciser comment le faire. ◆La spécification peut être un document unique, ou bien un ensemble de plusieurs documents comprenant des procédures, des plans ou la gestion des normes de l’entreprise. L’objectif principal est de garantir que le SRS énumère toutes les exigences fonctionnelles et les exigences de niveau d’intégrité accomplies par le SIS, y compris les exigences relatives au logiciel applicatif. ◆Description claire, précise, fonctionnellement vérifiable, maintenable et réalisable. ◆Éviter tout état de fonctionnement ou toute séquence d’opération du SIS qui ait été identifié comme pouvant entraîner une situation dangereuse (le SIS est mis en œuvre pour prévenir les dangers, mais les risques liés au processus d’arrêt ou après l’arrêt doivent également être évalués). ◆Le SIS peut exécuter des fonctions de sécurité non liées aux instruments de sécurité, afin d’assurer une arrêt ordonné ou un démarrage rapide ; ces fonctions doivent être séparées des fonctions d’instruments de sécurité. Annexe 1 : Résumé des informations du cahier des charges des exigences de sécurité (version tableau, le nombre d’exigences normatives a été porté à 29)
I. Exigences relatives aux données d’entrée du document
◆ Élément 1 : P&ID – Exigences détaillées : obligatoire
◆ Élément 2 : Diagramme de cause à effet (C&E) – Exigences détaillées : obligatoire
◆ Élément 3 : Diagramme logique – Exigences détaillées : non obligatoire ; il peut être omis si le diagramme de cause à effet permet de décrire suffisamment les relations logiques et les exigences
◆ Élément 4 : Tableau des données de procédé – Exigences détaillées : tous les paramètres de procédé et exigences liés aux capteurs et actionneurs sur site doivent être fournis
◆ Élément 5 : Informations de procédé relatives aux événements dangereux à prévenir selon les SIF (causes d’accidents, hydrodynamique, composants finaux, etc.)
① Quels risques peuvent survenir en combinant les rapports Hazop et Lopa ? Comment le SIF peut-il atténuer ou inhiber ces sous-concepts ? ②Exigences en matière de vitesse de réponse et de précision des instruments dans les systèmes de sécurité instrumentée ； ③Exigences spéciales pour les organes d’exécution (par exemple, prise en compte du temps de résistance au feu des vannes de coupure en cas d’incendie, niveau de fermeture, temps de fermeture, etc.) ◆ Point 6 : Identification et prise en compte des défaillances dues à des causes communes. Exigences détaillées : défaillances causées par le processus de fabrication ou par des facteurs externes (par exemple : corrosion, cristallisation, bouchage, etc.) ; il convient d’identifier tous les environnements extrêmes auxquels le SIS peut être exposé (il faut tenir compte de la corrosivité, de la viscosité, de la cristallisation, etc.). Il est préférable d’adopter une conception diversifiée afin d’éviter les défaillances dues à des causes communes. ◆Point 7 : Exigences législatives et réglementaires affectant le SIS
Exigences détaillées : lois et règlements internationaux, **, lois et règlements de l’Administration générale de la sécurité, réglementations locales, directives officielles et exigences de gestion de l’entreprise
II. Exigences détaillées du SIF (description de tous les SIF requis pour répondre aux exigences de sécurité fonctionnelle, y compris les fonctions de sécurité des instruments et le niveau d’intégrité de sécurité). ◆Point 8 : Numéro du SIF
Exigences détaillées : requis, en tant qu’identifiant unique du SIF, afin de faciliter la maintenance et la gestion ultérieures.

◆ Point 9 : SIL requis pour le SIF (niveau SIL et mode de fonctionnement pour chaque SIF)
Exigences détaillées : SIL0-2 ; le SIL3 est rare dans l’industrie chimique.

◆ Point 10 : Taux d’exigence prévu (sources possibles des exigences SIF et taux d’exigence)
Exigences détaillées : mode à faible exigence ou mode à haute exigence ; dans l’industrie chimique, c’est généralement le mode à faible exigence.

◆ Point 11 : Intervalle de test (exigences concernant le cycle de tests de vérification, Proof Test Interval) – exigences en matière de maintenance et de test pour atteindre le SIL requis
Exigences détaillées : très important, car cela concerne le calcul du niveau SIL ; dès le début de la conception du SIS, il convient de définir les exigences relatives à l’intervalle de tests de vérification à prendre en compte dans la conception (calcul du SIS) ； Il convient de déterminer de manière raisonnable en tenant compte des cycles de production et de maintenance des équipements ainsi que de l’utilisation des instruments. ◆ Élément 12 : Définition de l’état de sécurité du procédé pour chaque période identifiée (exigences temporelles pour mettre le processus en état sûr). Exigences détaillées : état d’installation (est-ce arrêté ?) Est-ce pour maintenir ? ou vidage, etc.) ◆Élément 13 : Entrées du processus et leurs points de consigne d’interblocage Détails requis : peuvent être décrits ensemble dans le diagramme de cause à effet (C&E) ◆Élément 14 : Plages de fonctionnement normales des paramètres du processus et leurs limites opérationnelles Détails requis : peuvent être décrits ensemble dans le diagramme de cause à effet (C&E) ◆Élément 15 : Sorties du processus et description de leurs actions Détails requis : peuvent être décrits ensemble dans le diagramme de cause à effet (C&E) ◆Élément 16 : Relation fonctionnelle entre les entrées et sorties du processus (y compris les fonctions logiques et mathématiques, ainsi que les autorisations nécessaires) Détails requis : peuvent être décrits ensemble dans le diagramme de cause à effet (C&E) ◆Élément 17 : Choix entre arrêt par démagnétisation (désactivation) ou arrêt par magnétisation (activation) (actions prises par le système SIS en cas de perte d’alimentation électrique ou en air) Détails requis : étant donné que le système SIS est conçu pour être intrinsèquement sûr, il est généralement conçu pour un arrêt par désactivation ◆Élément 18 : Considérations et exigences relatives à l’arrêt manuel Détails requis : nécessité de disposer d’un interrupteur de mise en marche par câblage fixe, d’un interrupteur d’arrêt manuel, indépendant du contrôleur programmable ◆Élément 19 : Temps nécessaire pour que le SIS mette le processus en état sûr Détails requis : les délais requis pour les capteurs, les contrôleurs logiques, les actionneurs ou les actions humaines ne peuvent pas être déterminés à l’aveugle. ◆Point 20 : Pour les défauts diagnostiqués ainsi que tout autre défaut manifeste, exigences relatives aux actions à entreprendre Exigences détaillées : exigences techniques pour entreprendre les actions nécessaires, entrer dans un état ou y rester (ignorer, arrêter ou juger en fonction d’autres conditions ? ) ◆Point 21 : Exigences relatives à l’interface homme-machine (HMI) Exigences détaillées : Il est nécessaire de décrire en détail l’interface entre le SIS et l’opérateur, y compris les arrêts d’urgence, les alarmes (alarmes de pré-arrêt, alarmes d’arrêt, alarmes de dérivation et alarmes de diagnostic), les dérivations (dérivation logique et dérivation physique) ainsi que l’enregistrement séquentiel dans le temps. ◆Point 22 : Fonction de réinitialisation (exigences relatives aux étapes et procédures à suivre pour le démarrage et la redémarrage du SIS) Exigences détaillées : Il est nécessaire de préciser toutes les exigences liées au processus de redémarrage après une interruption ； Privilèges du interrupteur de réinitialisation ◆Point 23 : Exigences relatives aux fonctions de diagnostic pour atteindre le SIL requis. Exigences détaillées : est-il nécessaire que le système effectue un autodiagnostic périodique ? ◆Point 24 : Si une arrêt d’urgence est dangereux, exigences de fiabilité correspondantes. Exigences détaillées : parfois, l’arrêt n’est pas la meilleure solution ; les risques liés à cet arrêt doivent également être évalués, en tenant compte du taux maximal d’arrêts accidentels autorisé. ◆Point 25 : Modes de défaillance de tous les capteurs et transmetteurs, des régulateurs et de chaque valve de commande. Exigences détaillées : Les modes de défaillance du SIS doivent être définis ; un transmetteur peut être conçu de manière à entraîner un état de déverrouillage en cas de défaillance ou à lever cet état en cas de défaillance. ◆ Point 26 : Taux maximal acceptable d’arrêts intempestifs (Spurious Trip). Exigences détaillées : Quel est le taux d’arrêts intempestifs acceptable ? ◆Point 27 : Dépassement, interdictions, exigences de fonctionnement en dérivation. Exigences détaillées : Il convient de définir les conditions permettant d’amener manuellement le processus en état sûr. Par exemple, si l’opérateur doit pouvoir éteindre manuellement un équipement depuis la salle de contrôle ou sur site, cela doit être spécifié ici, ainsi que toute exigence d’indépendance concernant l’interrupteur d’arrêt manuel du calculateur logique SIS. ◆Point 28 : Exigences fonctionnelles des logiciels applicatifs Exigences détaillées : Exigences spéciales ; les exigences relatives au logiciel doivent être claires, précises, vérifiables, testables, modifiables et traçables ◆ Point 29 : Temps moyen de réparation du SIF Exigences détaillées : Exigences concernant le temps moyen de restauration du SIF en cas de panne Annexe 2 : Exigences de sécurité du cahier des charges des exigences de sécurité (SRS) (extraits de GB/T 21109.1-2007 10.3) 1. Description de tous les SIF nécessaires pour assurer les fonctions de sécurité (par exemple : description de la logique d’interblocage, diagramme de cause à effet ou diagramme logique) ； 2. Identifier et prendre en compte les exigences liées aux défaillances dues à des causes communes ； 3. Définition de l’état de sécurité des processus pour chaque fonction de sécurité du dispositif déterminée ； 4. Définition de tout état de sécurité des procédés individuel, lorsque ces états se produisent simultanément, cela crée un risque distinct (par exemple, surcharge des réserves d’urgence, dépressurisations multiples du système de combustion).
5. Sources hypothétiques de la « demande » et du « taux de demande » pour les fonctions de sécurité instrumentale SIF ； 6. Exigences relatives à l’intervalle de temps (TI) entre les essais de vérification (Proof Test) ； 7. Le SIS met le processus en état de sécurité, avec des exigences concernant le temps de réponse (temps d’exécution) pour chaque SIF ； 8. Niveau d’intégrité de sécurité (SIL) et mode de fonctionnement (demandé/continu) de chaque SIF ； 9. Description des paramètres de mesure, de la plage, de la précision du procédé PID, ainsi que du point de déclenchement (valeur de coupure préfixée) ； 10. Description des actions de sortie du processus SIF et des critères d’opération réussie (par exemple, exigences concernant le taux de fuite des vannes de fermeture) ； 11. Les relations fonctionnelles entre les points d’entrée et de sortie du processus, y compris les fonctions logiques et mathématiques, ainsi que toute autorisation requise ； 12. Exigences de arrêt manuel (exigences pour un arrêt manuel par SIF) ； 13. Exigences relatives à la déclenchement en cas de mise sous tension ou de déconnexion (exigences relatives à l’arrêt en cas de mise sous tension ou de déconnexion de chaque SIF) ； 14. Taux de déclenchement maximal autorisé pour chaque SIF (taux maximal d’arrêt accidentel autorisé) ； 15. Exigences de réinitialisation après arrêt du SIF (par exemple, exigences de réinitialisation manuelle, semi-automatique ou automatique des composants finaux) ； 16. Mode de défaillance de chaque SIF et réponse requise du SIS (par exemple : alarme, arrêt automatique) ； 17. Tous les exigences particulières relatives aux procédures de démarrage et de redémarrage du SIS ； 18. Exigences de sécurité pour toutes les interfaces entre le SIS et tout autre équipement (y compris le BPCS et l’opérateur) ； 19. Description des modes de fonctionnement de l’usine, ainsi que identification des fonctions de sécurité des instruments dans chaque mode de fonctionnement ； 20. Exigences de sécurité des applications (logiciels) ； 21. Les exigences relatives à la dérivation/interdiction/bypass, y compris les exigences écrites concernant le fonctionnement en bypass, doivent décrire clairement comment configurer le bypass et comment le désactiver ； 22. Lorsqu’une panne est détectée dans le SIS, les spécifications de toutes les actions nécessaires pour atteindre ou maintenir un état de sécurité dans un processus industriel doivent prendre en compte l’influence des facteurs humains. 23. Concernant le temps moyen de réparation (MTTR) réaliste pour le SIS, il convient de prendre en compte les stocks de pièces de rechange, le temps de déplacement du personnel, l’installation des pièces, les dispositions des contrats de service, ainsi que les capacités techniques du personnel et les contraintes environnementales. 24. Identification des combinaisons dangereuses d’états de sortie SIS à éviter ； 25. Identification de tous les états environnementaux extrêmes auxquels le SIS peut être exposé pendant le transport, le stockage, l’installation et son fonctionnement. Il convient de prendre en compte les éléments suivants : température, humidité, polluants, interférences électromagnétiques/interférences radiofréquentes (EMI/RFI), vibrations/chocs, décharges électrostatiques, classification des zones à risque d’explosion électrique, inondations, orages, ainsi que d’autres facteurs connexes ； 26. Identification des modes de fonctionnement normal ou anormal du processus, y compris le fonctionnement de l’ensemble de l’installation de traitement (par exemple, mise en service), ainsi que les procédures opérationnelles individuelles (par exemple, entretien du matériel, étalonnage des capteurs ou réparations). Des SIF supplémentaires pourraient être nécessaires pour gérer ces modes de fonctionnement des processus ； 27. Exigences de définition des exigences en matière de fonction de sécurité des instruments permettant à tout SIF de résister à un accident majeur. Par exemple, pendant un incendie, on doit déterminer pendant combien de temps la vanne de fermeture doit rester en fonctionnement. 28. Liste des instruments d’entrée et de sortie ainsi que des actionneurs associés à chaque SIF, afin d’assurer l’unicité des numéros de position. Le site Changhui Instruments contient de nombreux articles techniques originaux et utiles. Nous vous invitons à y jeter un coup d’œil