SISシステムバルブ検収

バルブの検収には、関連する検査・試験手法を用いる必要があるでしょう。資料のみをご覧になる場合は、圧力試験報告書、バルブおよび付属品の安全等級認証、出荷検査合格証などをご提供ください。

特殊機器製造許可証TSの最も基本的なもの

｛転載｝一部のプロセスにおける安全計装システムの安全完全性レベルのテスト　　1 計装安全システム　安全計装システム（SIS－Safety Instruments System）は、安全・自動化システム（SAS－Safety and Automation System）の重要な構成要素であり、この安全計装システム（SIS）という名称は、アメリカ計装協会（ISA）による安全システム制御システムの定義に基づいて名付けられたものです。また、緊急停止システム（ESD）、安全連鎖システム（SIS）、または計装保護システム（IPS）とも呼ばれます。安全計装システムとは、1つ以上の安全機能を実現するシステムであり、生産装置や独立したユニットの動作を監視し、生産プロセスが安全な運転範囲を超えた場合にそれを安全な状態に戻すことで、装置や独立したユニットが一定の安全性を保つようにするものです。安全システムは、バッチ制御、順序制御、プロセス制御のプロセスインターロックとは異なり、プロセス変数（温度、圧力、流量、液面など）が許容範囲を超えたり、機械設備に故障が発生したり、システム自体に障害が生じたり、電力供給が途絶えたりした場合に、安全計装システムが自動的に（必要に応じて手動でも）事前に設定された動作を実行し、作業員やプロセス装置を安全な状態に保ちます。SISは、センサーロジックコンピュータと最終的な実行要素の任意の組み合わせで構成されることができる。SISには計装機器の安全制御機能が含まれ、計装機器の安全保護機能も含まれるか、あるいはその両方が備わっている。SISにはソフトウェアが含まれる場合も含まれない場合もあり、人の動作もSISの一部となり得る。SISシステムでは、システムが高い信頼性を持ち、テストによってそれが確認できることが求められます。 　　2.部分的な試験　IEC61511規格では、SIS全体、つまり最終的な作動要素であるESDバルブも含めて、定期的に検査試験を行うことが求められている。これは、SISが安全要件に従って正常に動作するのを妨げるような、未検出の故障を発見するためである。ESDバルブは、安全保護動作を実行する必要がある場合に「作動拒否」の現象が発生する可能性があります。このような事態が発生すると、SISシステムが機能しなくなり、安全な生産に支障をきたし、その結果は災害的なものになる可能性さえあります。分析によると、バルブの故障はSISの全故障の50％以上を占めることがある。バルブテストの重要性は言うまでもありません。 　　部分的な試験（PST）は、全体的な試験に比べて生産を停止させることなくバルブの試験が可能であるため、高い安全性レベル（SIL）が求められる場合のハードウェアの冗長性の量を減らし、手動試験の間隔を大幅に延ばすことができ、コストを大きく削減できる。そのため、ますます注目されるようになっている。 　　部分的行程テスト（PST）により、ユーザーは物理的にバルブを完全に閉じることなく、故障モード（完全に閉じる必要がある場合）でのバルブの閉じる割合に応じてテストを行うことができます。部分行程テスト（PST）は、固体の付着物や腐食によって安全遮断バルブの安全な閉鎖機能が妨げられ、バルブが正常に動作せず事故が発生するのを防ぐために主に使用されます。それに加えて、行程テストをうまく実施することで、復帰スプリングが破損しているかどうかなど、まだ発見されていない不具合を確認したり、発見したりすることもできます。 　　また、バルブの位置を検出することで、所定の時間内にバルブが端点から離れられるかどうかも確認できる。所定の時間内に離れなかった場合は、直ちにテストを中止し、警報を発する必要がある。なぜなら、この時点でバルブが突然終端から飛び出す可能性が高く、生産の不安定化や停止といった深刻な結果を招くからです。現在、PSTは石油産業で広く受け入れられており、IEC（国際電気標準会議）やISA（アメリカ計測器協会）によっても承認された技術となっています。それに関連する規格は主に以下の通りです。
PTSに関連する規格：
IEC61508－電気/電子/プログラマブル電子の安全関連システムの機能安全
IEC61511－機能安全－プロセス産業分野における安全計装システム
ANSI/ISA-84.00.01－機能安全：プロセス産業分野における安全計装システム

IEC61511-16.3「検証試験および検査」の要求事項に従って：
①定期的な検証試験は、規定された手順に従って定期的に実施されるべきであり、これにより未検出の故障が明らかになり、SISシステムが安全要件の仕様書で定められた通りに動作しないことが防がれる。 　　②SISシステム全体、すなわち論理部品や、緊急遮断弁（ESDV）、モーターなどの最終的な構成要素もすべてテストを行う必要がある。 　　③検証テストのサイクルは、PFDavg（要求時の平均故障確率）である平均危険故障率によって算出されるべきである。 　　④.⑤.⑥.略。 　　これにより、PSTはIECがSISシステムに対して定めた強制的な要求事項であることがわかる。 　　3部品試験（PST）の計算　SISシステムに含まれるバルブに対するPST試験の実施間隔および診断カバレッジは、主にそのバルブが要求されるSILレベルと、それに対応するPFDavgによって決定されます。IEC61508では、安全ライフサイクルの手法を用いて基本要素を評価する。このライフサイクル安全システムの設計段階では、マルコフ解析、FMEA（故障モードおよび影響分析）、フォールトツリー分析、Hazop（危険性および操作性評価）といった分析手法が用いられ、必要な安全性能レベルが決定されます。これらの方法によって、危険な行動の頻度や結果を決定し、リスクレベルを定量化することができる。比較的汎用的な方法は、SIL（安全完全性レベル）として定量化することです。SIL等級は合計で4段階に分かれており、第4段階が最も高い要求水準の危険度です。SILレベルが確定すれば、SILレベルとPFDavgの対応関係からバルブの平均危険故障率を求めることができ、それによってPSTに必要なサイクルや診断カバレッジの要件を算出することができる。 　　SILとPFDavgの対応関係は（表1のように）次の通りである。冗長性を考慮しない場合にPFDavgを計算する方法の一つは、次の式を用いることである。ここで：＝診断カバレッジ（すなわちテストの有効率）、＝危険な故障確率、＝完全遮断テストの間隔、＝部分的動作テストの間隔である。 　　上式からわかるように、安全完全性レベルが変わらない場合、PSTのテスト間隔を短縮すれば、FSTのテスト間隔を延長することができる（停止検査の回数を減らすことができる）。これにより、大幅にコストが節約されます。したがって、この時期にPSTのテスト頻度を増やし、テスト間隔を短縮することは、ESDバルブのSILレベルを現在の水準で維持するために非常に重要です。 　　4部品のプロセステスト（PST）における対策　製造装置が正常に稼働している間、ESDバルブは通常全開状態にあります。PSTテスト時に、ESDバルブに有効なリミット保護装置がなければ、バルブの動作が非常に速いためにリミットを超えてしまい、生産プロセスが不安定になる可能性があります。深刻な場合には、バルブが故障して閉じてしまい、製造装置が停止して事故につながることもあります。したがって、ESDバルブの開度には制限を設ける必要があり、ESDバルブが誤って閉じるのを防ぐためです。一般的に、PSTテスト時のESDバルブの開度は、全ストロークの10％から30％の間で設定されることが多く、さまざまな方法で実現可能である。
4.1 機械的リミット方式に基づくソリューション
機械的リミット方式による部分的ストロークテストでは、バルブとバルブアクチュエータの間に機械的な装置を挿入することで、テスト中にバルブの位置が設定値を超えてしまい、工場の停止やシステムの不安定化を引き起こすのを物理的に防ぐ。その特徴は：　　（1）一部の走行テスト中に安全回路が機能しない； 　　（2）テストは手動で行う必要があり、そのためテストコストが高くなる； 　　（3）遠隔での自動操作は不可； 　　（4）電子システムと比べて構造がシンプルで、過度に複雑な人員による指導は不要である。 　　4.2 パネルベースのソリューション　パネルベースの部分的行程テストは、バルブの近くに部分的行程テスト用のパネルを設置し、そのパネルに付属したスイッチやバルブ、配管を通じて緊急遮断バルブの制御回路を操作することで、バルブの開度を制限しながらテストを行うものです。その特徴は：　　（1）システムが複雑で部品が多いため、潜在的な故障の可能性が高まる； 　　（2）部分的な走行テストを行っている間は、安全回路は通常使用できない； 　　（3）部分的な試験走行からは真のデータを得ることができない； 　　（4）テストは手動で行う必要があり、コストが高い。 　　4.3 バルブ位置フィードバックに基づく解決策　バルブ位置フィードバックを用いた部分的ストロークテストとは、制御バルブの位置フィードバック装置を緊急遮断バルブに適用し、手動で部分的ストロークテストを開始し、所定時間経過後にテスト信号を切ることでバルブを元の位置に戻し、バルブの動作ストロークはバルブ位置フィードバックによって得られるものである。その特徴は：　　（1）高い故障率； 　　（2）操作は自動的に行えない； 　　（3）テスト結果は、人が記録し、解説を行う必要がある。 　　4.4 自動制御システムに基づくソリューション　自動制御システムに基づく部分的な行程テストは、オンラインで自動的に行われるテストシステムであり、手動または自動で実施可能で、バルブの制御とフィードバックは既存の自動制御システムに統合されている。 　　（1）自動制御システムを用いて一部の行程テストを起動し、監視する； 　　（2）電磁弁とリミットスイッチを採用した構成； 　　（3）バルブには追加の部品を必要とせず、元の電磁弁とリミットスイッチを用いてテストを制御する。 　　4.5 安全バルブコントローラーを用いた部分的ストロークテスト　その特徴は：　（1）バルブに専用のスマートバルブコントローラーを取り付けて部分的ストロークテストを行う； 　　（2）電磁弁とリミットスイッチを採用した構成； 　　（3）自動制御システムを用いて、一部の行程テストを起動し、監視する。 　　5 結論　上記のいずれかのシステムでも、一部の試験ニーズを満たすことができる。選定にあたっては、工程上の要求、システムの規模、およびテスト対象となるバルブの数を総合的に考慮する必要がある。工程がシンプルで、システムの規模が小さく、テストが必要なバルブの数が少ない場合は、前述のオフライン型の機械式テスト方法を選択できます。逆に、後者の2つのインテリジェントオンライン式のテスト方法を選ぶべきである。 　　性能とコストを総合的に考慮すると、自動化システムを活用した部分的な試験ソリューションは優れた選択肢です。これはバルブ自体のハードウェアを追加することなくバルブの試験を実現し、多くの海洋工学分野で広く利用されています。ただし、テスト機能は自動制御システムに統合されているものの、PST/SISの機能はSAS内では比較的独立している点に注意が必要です。いわゆる統合とは、PST/SISシステムがテスト終了後に最終的なテスト結果をSASのオペレーターに送信したり、障害が発生した際にSASのオペレーターに警報を発したりできるということに過ぎません。SISシステムは、他のシステムとプログラマブルコントローラ（PLC）のCPUやIOモジュールを共有してはならず、また回路のSILレベルの要求に応じて、PST/SIS用の（PLC）CPUおよびIOモジュールも、それに対応するSIL処理能力を備えていなければならない。PSTは高い応答速度が求められるため、制御システムのプログラム負荷や入出力時間は厳格に管理する必要がある。海洋工学用船舶の自動化が進むにつれて、この方式はさらに広く採用されることになるでしょう。 　　参考文献：
M.A.Lundteigen & M.Rausand「安全弁の信頼性に及ぼす部分的ストロークテストの影響」
Houston Sectionウェブサイト「SILおよび部分的ストロークテストソリューションズ」
IEC 61508「電気・電子式プログラマブル安全関連システムの機能的安全性」
IEC 61511「機能的安全性－プロセス産業分野向けの安全計装システム」
転載の際は出典を明記してください。原文アドレス：http://www.xzbu.com/8/view-4720975.htm

【転載】SIS安全計装システム規格 SISの分類、検証、確認　SIS安全計装システムのSIS分類、検証、確認をどのように実現するか？SIS安全計装システム（ESD緊急停止システム）の安全検証はIEC61511規格の用語であり、ANSI/ISA-84.01-1996ではこの項目は起動前受入試験と呼ばれている。投入前の連動試運転は、SISの安全性検証の一部です。安全検証の目的は、検査およびテストを通じて、設置され調整が完了したSISおよびその安全計装機能が、安全要求仕様書に記載された要件を満たしていることを証明することです。この規格では、PSATはSIS計装安全システムによって防がれたり抑制されたりする危険が生じる前に完了しなければならないと定めている。 　　IEC61511でも、SISの安全検証は場合によって現場受入テストと呼ばれることがあると述べられている。SIS計装制御システム全体（センサー、ロジックコントローラー、および現場の最終アクチュエータなど、関連するすべての機器を含む）のSTAとは、設置および調整が完了した後、プロセスへの投入前に行われる検証試験（連動試運転）のことであり、SISシステム（ESD緊急停止システム）が準備が整い、現場での運用条件を満たしていることを示そうとするものである。つまり、それは技術的な観点から定義されたエンジニアリング上のノードである。 SIS SIS安全計装システム　SIS安全計装システム（ESD緊急停止システム）の調整記録や報告書、例えばループテストやセンサーの測定範囲・精度の校正などのデータを記録した表は、安全性検証の基礎として利用できる。 　　SIS安全計装システム（ESD緊急停止システム）の検証に先立ち、詳細な検証計画を策定すべきである。検証計画では、セキュリティ要件仕様書への適合性の検査を含む、セキュリティ検証ノードに必要なすべての活動内容を定義しなければならない；すべての工程運用モードにおける機能要件；合理的に予測される異常状態とその対応『検証に用いる手順、措置、技術；進捗スケジュール；検証作業に参加する人員、部門、および組織の独立性に関する要件；検証の根拠となる技術文書（例えば機能論理図、因果図などの論理的記述）　SIS安全計装システム（ESD緊急停止システム）の検証には、以下の項目が含まれる：　1）SIS安全計装システム（ESD緊急停止システム）によって実現される全ての機能が、安全要件仕様書の要求を満たしているか。 　　2）安全ロジックコントローラと通信するDCSやその他のサードパーティシステムの異常動作が、SIS安全計装システム（ESD緊急停止システム）のロジックコントローラの正常な機能に影響を与えないことを確認する。 　　3）SIS安全計装システム（ESD緊急停止システム）のロジックコントローラとDCS、またはその他のサードパーティ製システムやネットワークとの通信機能を検証する。 　　4）冗長構成を持つSIS安全計装システム（ESD緊急停止システム）のロジックコントローラについて、その冗長性とデグレードモードの特性を検証する。 　　5）SIS安全計装システムのすべての技術文書が、設置されたシステムと一致しているかを確認する。 　　6）測定値が測定範囲を超えるなどの信号処理におけるSIFの検討。 　　7）警報表示および操作画面を確認する。 　　8）検証ロジック内の計算機能。 　　9）検査ロジック内のリセット機能。 　　10）検査維持バイパスおよび操作バイパス機能の確認。 　　11）検査・試験の実施間隔は、保守規程において明確に定められている。 　　12）要求される診断アラーム機能の検証またはテスト。 　　13）電源、ガス源などのサポートシステムが故障した際、および復旧後の、望ましいSISシステムの状態。 　　14）SIS安全計装システム（ESD緊急停止システム）がEMC耐性の要件を満たしていることを確認する。 　　15）取り付け状態を目視検査し、銘板、位置番号、識別マークが正しいか、欠損がないかを確認する；電磁弁の排気口が詰まっていないかなど。