안전 계장 시스템(SIS)의 기능적 안전 소개

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이 게시물은 live859에 의해 2019-11-8 09:19에 마지막으로 편집되었습니다. 안전 계장 시스템의 기능적 안전 소개 - 1. 서문： **산업안전국에서 발행한 "작업 안전 감독 총책임자 III No. 116" 문서는 안전 계장 시스템의 전체 수명 주기 관리를 더욱 강화하고, 새로운 프로젝트에 대한 안전 계장 시스템 관리의 표준화를 가속화하고, 사용 중인 안전 계장 시스템의 평가를 적극적으로 촉진하는 등 안전 계장 시스템(SIS) 평가를 위한 특정 요구 사항을 제시합니다.게다가：현재 설치는 2019년 말 이전에 안전 계기 시스템 평가 및 개선 작업을 완료할 것입니다. 기존 설치 및 신규 프로젝트에 안전 계기 시스템이 장착되어 있지 않고 SIL 등급이 지정되지 않은 경우 새로운 "안전 생산 라이센스"가 발급되지 않습니다.앞으로는 안전계장시스템과 관련된 업무가 점점 더 많아지고 그 중요성도 더욱 커질 것입니다. 이를 바탕으로 본 글에서는 안전 계장 시스템의 기능 안전 지식을 소개합니다. 안전 계장 시스템의 전체 수명주기는 IEC61508, IEC61511 및 ISA84와 같은 표준에 자세히 설명되어 있습니다. 이는 구조화된 프로세스입니다. 각 단계의 활동은 독립적으로 존재하지 않습니다. 실제로 이는 특정 논리적 관계와 이들 사이의 순서를 갖춘 완전한 시스템입니다.안전 계측 SIS 시스템의 안전 수명 주기는 세 단계로 구분됩니다.：즉, 분석단계, 구현단계, 운영단계이다. 분석 단계에서는 리스크를 관리하며, 주요 업무는 위험요소와 리스크를 분석하고 리스크 감소를 확인하는 것입니다. 구현 단계에서는 sis 시스템이 채택한 기술, 구조 및 테스트 간격을 고려하고 시스템의 성능 요구 사항을 달성하기 위해 시스템의 가용성과 보안을 평가해야 합니다. 마지막으로, 작동 단계에서는 시동 전에 안전 모니터링이 필요합니다. 엔지니어는 시스템이 모든 안전 요구 사항을 충족하는지, 모든 SIF 루프가 SIL 레벨 요구 사항을 충족하는지 등을 이해해야 합니다.그리고 시스템을 유지 관리하고 수정할 때마다 자세한 문서화가 필요합니다. 안전 계장 시스템의 수명 과정에서 위험은 초기 단계에서 식별됩니다. 고위험 가상 사고 시나리오를 식별하기 위해 일반적으로 HAZOP 분석 방법 또는 WHAT-IF 등이 사용되며, 이러한 고위험 사건 시나리오에 대한 추가 반정량 분석이 수행됩니다. 여기서는 일반적으로 LOPA(보호 계층 분석 방법)를 사용하여 안전 계측 기능 SIF가 필요한지 여부를 결정하는 동시에 SIF 루프의 SIL 수준 요구 사항이 명확합니다.다음으로 SIL 레벨, 테스트 간격, 신뢰성 요구 사항, 입력 및 출력 등을 포함하여 안전 요구 사항 사양(SRS)에 안전 계측기 기능 SIF의 기술 요구 사항을 작성합니다.SRS를 결정한 후 다음 단계는 SIF 루프에서 SIL 검증을 수행하는 것입니다. SRS(안전 요구 사항 사양)의 요구 사항에 따라 SIF 루프 관련 장비의 오류 데이터 및 아키텍처 제약 조건을 수집하고 SIF 루프가 도달한 SIL 수준을 계산합니다.마지막 단계는 운영 단계로, 시스템 성능을 보장하기 위해 정기적인 유지 관리, 온라인 테스트, 오프라인 테스트 등이 필요합니다. 2. 안전 계측 시스템(SafetyInstrumented System) 안전 계측 시스템(SIS)은 센서, 논리 연산자 및 최종 제어 구성 요소로 구성된 시스템입니다. 프로세스 조건이 벗어나면 장치를 안전한 상태로 두는 것이 목적입니다.안전 계기 시스템의 기능은 다음과 같습니다. 1. 생산 공정 상태를 모니터링하고 생산 공정 중에 잠재적으로 위험한 조건이 있는지 확인합니다.2. 위험한 상황이 발생하면 지정된 안전 계측 기능(SIF)을 자동으로 실행하여 위험한 이벤트 발생을 방지합니다.즉, 안전 계장 시스템이 정상적인 안전 계장 기능을 수행하면 위험한 사건은 발생하지 않습니다.3. 위험한 사건의 영향을 완화합니다. 즉, 손실을 줄이거나 결과를 줄여 위험을 줄입니다.경우에 따라 안전 계측 기능을 구현하는 안전 계측 시스템의 목적은 위험을 줄이거나 잠재적인 위험 가능성을 줄이는 것입니다.다른 경우에는 안전 계측 기능을 구현하는 목적이 이미 발생한 위험한 사건의 결과를 줄이는 것이고, 다른 경우에는 두 가지 상황이 결합된 것입니다. SIF(안전 계측 기능)는 안전 계측 시스템이 안전 기능을 효과적으로 수행할 수 있는지 여부를 반영합니다. 각 안전 계측 기능은 특정 위험 사고 시나리오로부터 보호합니다.안전 계기 기능에서는 논의되는 위험 사고 시나리오에 따라 주요 조치가 달라집니다.실제 시스템에서 안전 계측 기능 SIF를 올바르게 설계하려면 제어, 장비 및 프로세스 프로세스에 대한 심층적인 이해가 필요합니다.안전 계측 SIS 시스템에는 여러 안전 계측 기능 SIF가 포함되어 있습니다. 센서 또는 액추에이터는 여러 SIF(안전 계측 기능 루프)에 속할 수 있습니다. 예를 들어 S-1 센서에서 모니터링하는 매개변수가 설정값을 초과하면 최종 액츄에이터 6번이 활성화될 수 있습니다.동시에 S-2 센서는 6번 최종 액츄에이터를 움직일 수도 있습니다.각 SIF 회로에 해당하는 가상 사고 시나리오의 위험이 다르기 때문에 다양한 SIF에 해당하는 SIL 수준이 다를 수 있습니다.동시에 두 가지 사고 시나리오에서 SIF 루프에 필요한 SIL 수준도 다를 수 있습니다.SIS 시스템 전체가 SIL-1 수준이라고 할 수는 없습니다. 안전 계장 시스템(SIS)과 기본 공정 제어 시스템(BPCS)의 차이점은 많은 초보자에게 궁금합니다. 두 시스템은 논리적 구조 측면에서 분명히 유사합니다. 그런데 왜 구별해야 합니까?이제 차이점에 대해 이야기해 보겠습니다. 1. 수행하는 기능이 다릅니다. 기본 공정 관리 시스템은 기존의 생산 공정 관리를 수행하는 시스템입니다. 통계에 따르면 업계 제어 시스템의 95% 이상이 기본 프로세스 제어 시스템입니다.BPCS는 생산 프로세스의 정상적인 운영 요구 사항을 충족하기 위해 기본적인 생산 제어 기능을 수행하는 것으로 볼 수 있습니다.SIS는 생산 공정의 상태를 모니터링하고 위험 상황을 판단하여 사고를 예방합니다. 2. 두 가지의 작동 상태가 다릅니다. SIS는 수동적이고 휴면적인 반면, BPCS는 활동적이고 동적입니다. 이는 생산 요구 사항을 충족하는 데 사용되므로 생산 프로세스의 지속적이고 안정적인 운영을 유지하려면 동적으로 실행되어야 합니다. 3. 실패와 관련하여 두 시스템은 서로 다른 증상을 나타냅니다.BPCS의 대부분의 실패는 명백합니다. 예를 들어, 생산 프로세스 중에 특정 스위치 상태에 도달하지 못하면 정상적인 생산에 확실히 영향을 미치므로 오류 발생이 명백해집니다.SIS 시스템은 대부분 휴면 상태이기 때문에 장애가 발생했는지, 숨겨진 문제가 있는지 탐지하기가 어렵습니다.따라서 SIS 시스템에는 자가진단 테스트 시스템이 필요하며, 주기적인 오프라인 테스트와 온라인 테스트도 필요하다. IEC61508의 SIL 정의는 다음과 같습니다.：특정 시간, 특정 조건 하에서 지정된 안전 기능을 수행하는 안전 관련 시스템의 가능성.안전 무결성 수준을 선택하는 목적은 위험 발생 가능성을 줄여 위험을 허용 가능한 수준으로 낮추는 것입니다.IEC61508 사양의 "고수요 작동 모드"와 "저수요 작동 모드"에 정의된 SIL 레벨에는 차이가 있습니다. 저요구 작동 모드는 안전 계장 시스템에 대한 작동 요구 사항의 빈도가 1년에 한 번 이하이거나 기능 테스트 빈도의 2배 이하임을 나타냅니다. SIL 안전 무결성 수준, 간단히 말해서 SIL은 안전 신뢰성의 척도입니다.각 SIL 수준은 위험 감소 규모를 나타냅니다. 예를 들어, SIL-1 안전 기능 장치는 사고 빈도를 10배 줄이고, SIL-2는 위험 빈도를 2배 줄입니다. 영국 보건안전청 HSE는 제어 시스템과 안전 시스템의 고장으로 인해 직접적으로 발생한 34건의 사고를 조사했습니다. 그 결과, 사고의 44%가 잘못된 안전 요구 사항으로 인해 발생한 것으로 나타났습니다.두 번째로 높은 사고 원인은 디버깅 후 변경으로 21%를 차지했습니다.따라서 보안 요구 사항이 올바른지 확인하는 것이 중요합니다. 즉, 시스템은 원래 설계된 기능을 완료할 수 있지만 이러한 기능 자체는 올바르지 않습니다. 앞서 언급했듯이 제어 시스템 고장으로 인해 직접적으로 발생하는 사고의 44%는 잘못된 안전 요구 사항 사양으로 인해 발생합니다. 그렇다면 SIF의 안전 요구 사항 사양을 어떻게 준비해야 할까요?IEC61511 표준의 정의：안전 계측 기능(SIF)에 대한 모든 요구 사항이 포함된 사양입니다.그 목표는 상세한 공정 안전 정보에 필요한 요구 사항을 지정하는 것입니다.안전 요구 사항 사양을 작성하기 전에 다음 정보를 수집해야 합니다. 1. 개념적 프로세스 안전 설계.2. 위험 분석 및 위험 평가, 3. 비안전 계장 시스템의 보호층 적용.4. 필요한 안전 계측 기능에 대한 안전 무결성 수준을 결정합니다.이러한 내용은 유효하고 완전해야 합니다.이러한 프로세스가 존재하지 않거나 불완전하면 시스템 사양을 개발하는 데 아무리 많은 시간을 투자하더라도 보안 요구 사항에 대한 사양이 올바르지 않게 됩니다. 안전 요구 사항 사양에서 SIL-2의 안전 무결성 수준을 달성하기 위해 SIF 루프가 필요한 경우 시스템 아키텍처를 어떻게 설계해야 합니까? SIL-2 센서, 로직 컨트롤러 및 최종 액추에이터를 선택하여 1oo1 구조를 형성하면 SIF 루프의 SIL-2 레벨을 달성할 수 있습니까? 대답은 SIL-2에 도달하지 못할 수도 있다는 것입니다. 안전 계측기 루프의 총 평균 위험 고장 확률 PFD는 센서, 로직 컨트롤러 및 최종 실행 요소의 각 장치의 평균 위험 고장 확률의 합과 대략 동일하기 때문입니다. 그런 다음 SIL-3 장비를 사용하여 SIL-2 SIF 루프를 구현하는 것을 고려할 수 있지만 비용이 훨씬 더 높을 수 있습니다. 그래서 우리는 달성하기 위해 중복 구조를 더 고려하고 있습니다.예를 들어 1oo2, 2oo3 등입니다. 여기서는 1oo2, 2oo2 및 2oo3의 중복 구조를 볼 수 있습니다. 첫 번째 1oo2 구조의 장치 중 하나가 정상이면 시스템에 위험한 오류가 발생하지 않으므로 위험한 오류가 발생할 가능성이 크게 줄어듭니다.그러나 하나의 장치에서 안전 오류가 발생하면 시스템이 우발적으로 정지될 수 있기 때문에 안전 오류의 확률이 높아졌습니다. 2oo2 중복 구조를 선택하면 프로세스 매개변수에 편차가 있는지 동시에 확인하기 위해 두 개의 장치가 필요하며 그런 다음 안전 계측기 기능 루프가 작동합니다. 이를 통해 안전 실패(가용성) 가능성, 즉 우발적인 정지로 인한 영향을 크게 줄일 수 있습니다.2oo2의 중복 구조는 시스템의 안전성을 크게 감소시키고 위험한 고장 가능성을 높입니다. 1oo2 및 2oo2 구조는 안전 요구 사항이나 신뢰성 요구 사항을 충족할 수 없으므로 사람들은 여러 번 2oo3 중복 구조를 선택합니다. 이러한 중복 구조는 안전한 고장과 위험한 고장을 모두 고려한 것으로, 상대적으로 타협된 중복 구조 솔루션입니다. 자세한 내용은 동영상을 시청하세요... -Hangzhou Haopeng Technology Co., Ltd. 제품 관리자 Li Qiang