Como os especialistas em instrumentação elaboram o documento de especificações de requisitos de segurança (SRS) para sistemas SIS?

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O SRS desempenha um papel decisivo na implementação das funções de instrumentação de segurança. Elaborar o documento de especificações de requisitos de segurança (SRS) é uma das atividades mais importantes em todo o ciclo de vida do SIS. Ele fornece diretrizes de implementação técnica para o projeto do sistema SIS, para a integração de hardware dos controladores lógicos e para a configuração de software, além da instalação, teste e operação do sistema. Nos últimos anos, o SIS tem se tornado muito popular no setor químico; ele foi adotado por muitas empresas desse setor, como se fossem “plantes que crescem rapidamente após a chuva”. Basicamente, todas as empresas químicas já utilizam o SIS. No entanto, até agora, poucas empresas conseguiram elaborar um documento extremamente importante para o funcionamento do SIS: as especificações de requisitos de segurança, ou SRS. Recentemente, a padronização da gestão do SRS também passou a ser considerada importante. Na verdade, o SRS é um elemento essencial para o SIS. Ou seja, se houver um SIS, logicamente deve haver um SRS para apoiá-lo. Para citar as palavras de um professor: “O fato de não ter sido feito no passado não significa que não seja necessário; o fato de não ter sido verificado antes não significa que não será verificado no futuro”. Acredita-se que, em breve, o SRS se tornará tão importante quanto o SIS. Sempre que o SIS for verificado, o SRS também será considerado um item obrigatório a ser checado. A Changhui Instruments vai explicar o que exatamente é o SRS SRS yunrun.com.cn/tech/2745.html A SRS define como “Safety Requirements Specification”. O padrão (GB/T -21109-2007) contém todas as exigências relativas às funções de instrumentação de segurança que o sistema de instrumentação de segurança deve realizar ； (Os requisitos devem ser muito claros.) Objetivo e conteúdo do SRS: Para atingir as funcionalidades de segurança exigidas, com base nas funcionalidades de segurança dos instrumentos (SIF) e nas normas relacionadas à integridade de segurança (SIL), que definem os requisitos para cada SIF, o SRS deve ser composto por duas partes principais: ◆ Especificações dos requisitos das funcionalidades de segurança – essas especificações descrevem as entradas, saídas do sistema, bem como a lógica utilizada em suas operações. Em outras palavras, ele define o que cada função de segurança (SIF) deve fazer? Por exemplo: quando a temperatura do reator excede o valor definido (350°C), o aquecedor elétrico é desligado. ◆O documento de especificações para requisitos de integridade de segurança descreve os requisitos de desempenho em termos de segurança para cada função (nível) ； Em outras palavras, ele define quais capacidades cada função de segurança deve ter ou quão boa ela deve ser. Por exemplo: quando a temperatura do reator excede o valor definido (350°C), é necessário garantir que a probabilidade ou possibilidade de desligar o aquecedor elétrico seja de 99% ou mais ； Entrada: Descrição das funcionalidades de requisitos de segurança ； Saída: Requisitos de segurança do SIS, requisitos de segurança de software. Uso do SRS: O SRS é a base para o projeto do sistema SIS (projeto inicial, detalhamento, bem como gestão durante toda a fase de vida útil e uso do sistema). Ele também serve como base para a aprovação final do sistema SIS. Portanto, todas as informações necessárias devem estar incluídas, formando assim um conjunto completo de documentos. Nota: O SRS é um elemento importante em todo o ciclo de vida da segurança. Por meio do SRS, é possível saber como projetar uma função de instrumentação de segurança (SIF), bem como como integrar essas funções (SIF) em um SIS. Preparativos básicos para o SRS: Antes de preparar o SRS, é necessário realizar as seguintes atividades (essas atividades formam a base de um documento de especificações eficaz; caso não sejam eficazes, não faz sentido elaborá-lo). É essencial garantir que esses trabalhos sejam feitos de maneira eficaz e adequada. Por que enfatizar os preparativos básicos? Se o trabalho de base não for bem feito, todo esforço e tempo gastos na elaboração das especificações do sistema serão em vão (se a base estiver errada, tudo estará errado!) 1. Projeto conceitual do processo de produção. 2. Análise de riscos e projeto de segurança (apenas realizar análises não é suficiente para melhorar a segurança intrínseca do processo ou do sistema; é necessário aplicar essas análises nas etapas seguintes, ou seja, a aplicação prática é mais importante). 3. Determinação da utilização de camadas de proteção que não sejam do tipo SIS. Se isso for necessário em casos de SIF, deve-se determinar o nível SIL. Para a elaboração do SRS, são necessários documentos técnicos importantes. ◆ Informações relacionadas ao processo de produção: 1. Diagramas de tubulações e instrumentos (P&ID). 2. Descrição das operações do processo. 3. Descrição do controle do processo, incluindo o design dos sistemas básicos de controle do processo, as estratégias de distribuição dos sistemas de segurança, os tipos de controle, as interfaces para operadores, o gerenciamento de alarmes e o registro de dados históricos. 4. Regulamentações de segurança relevantes (incluindo requisitos federais, setoriais, estaduais, municipais e de outros níveis, bem como exigências da empresa). 5. Documentos técnicos relacionados à confiabilidade, qualidade ou meio ambiente, além de documentos relacionados à operação e manutenção ； ◆Diagrama de causa e efeito: O diagrama de causa e efeito permite integrar os requisitos relacionados às funções de segurança e à integridade em um único documento técnico (também é possível reunir outros requisitos, como faixas de medição, valores de ajuste, condições de operação, etc., em uma única tabela) ； ◆O diagrama lógico serve como complemento ao diagrama causal, podendo descrever funcionalidades mais complexas ou baseadas em tempo ou sequência (aquilo que não pode ser expresso por meio de palavras ou diagramas causais pode ser representado por meio de diagramas lógicos ou relações lógicas) ； ◆Tabela de dados de processo: A tabela de dados do processo fornece as informações necessárias para a elaboração das especificações de seleção dos instrumentos. Fase de elaboração e componentes do SRS, de acordo com o ciclo de vida completo do SIS e o descrito no ponto 4. O SRS é elaborado após a conclusão dos trabalhos preparatórios básicos e antes do início da concepção do sistema SIS. Quem vai elaborar o SRS? Pela definição de SRS, pode-se perceber que se trata de uma especificação de requisitos para instrumentos de segurança. Além disso, funciona como documento de entrada para o projeto desses instrumentos. Portanto, os profissionais responsáveis pelo controle de processos ou pelos instrumentos são geralmente os encarregados de elaborar essas especificações de requisitos de segurança (embora não seja apenas a equipe especializada em instrumentos quem cuida desse trabalho; as equipes responsáveis pela avaliação de riscos e/ou pelas equipes de projeto também podem definir esses requisitos). No que diz respeito às questões de responsabilidade, nenhuma área técnica deseja assumir esse “problema complicado”. No entanto, considerando a finalidade do SRS, não há dúvidas de que a tarefa de elaborá-lo deve caber à área de instrumentação. Claro, não se trata de um trabalho exclusivo dessa área; é possível formar uma equipe composta por especialistas em processos, segurança, equipamentos e eletricidade para trabalhar juntos nessa tarefa. Considerações ao elaborar o SRS ◆ Os requisitos técnicos devem ser descritos da maneira mais simples e clara possível, para que todas as pessoas (aquelas que podem utilizar essas informações em qualquer fase do ciclo de vida do produto) possam entender cada detalhe dos requisitos estabelecidos no documento ； Projetar um sistema de segurança para prevenir ou reduzir a ocorrência de eventos perigosos; ao definir as soluções, também é preciso evitar que elas sejam excessivamente complexas. ◆A especificação deve ser muito clara; ela deve descrever o que se deseja obter, sem necessariamente indicar como fazê-lo. ◆O manual de especificações pode ser um documento único ou um conjunto de vários documentos que contêm procedimentos, desenhos ou normas de gestão da empresa. O objetivo principal é garantir que o SRS liste todos os requisitos funcionais e os requisitos relacionados ao nível de integridade que o SIS deve atender, incluindo as necessidades do software aplicativo. ◆Descrito de forma clara, precisa, funcionalmente verificável, mantível e viável. ◆Evitar quaisquer condições de funcionamento ou sequências de operação do SIS que possam causar situações perigosas. O SIS é utilizado para prevenir o surgimento de perigos, mas os riscos associados ao processo de parada ou após a parada também precisam ser avaliados. ◆O SIS pode executar funções de segurança que não são relacionadas aos instrumentos de segurança, a fim de garantir uma parada ordenada ou um arranque mais rápido. Essas funções devem ser separadas das funções dos instrumentos de segurança. Anexo 1: Resumo das especificações de requisitos de segurança (em formato de tabela; o número de requisitos normativos aumentou para 29).
I. Requisitos relacionados à entrada de documentos:
◆ Item 1: P&ID – Requisitos detalhados: obrigatório.
◆ Item 2: Diagrama de causa e efeito (C&E) – Requisitos detalhados: obrigatório.
◆ Item 3: Diagrama lógico – Requisitos detalhados: não obrigatório; pode ser omitido se o diagrama de causa e efeito for suficiente para descrever as relações lógicas e os requisitos.
◆ Item 4: Tabela de dados de processo – Requisitos detalhados: todos os parâmetros e requisitos relacionados aos sensores e atuadores presentes no local devem ser fornecidos.
◆ Item 5: Informações sobre eventos perigosos a serem evitados, conforme indicado pelo SIF (causas de incidentes, dinâmica dos fluidos, componentes finais, etc.). ① Com base nos relatórios Hazop e Lopa, quais são os riscos que podem ocorrer? Como o SIF pode reduzir ou inibir esses subconceitos? ②Requisitos de velocidade de resposta e precisão dos instrumentos no sistema de instrumentação de segurança ； ③Requisitos especiais para os atuadores (por exemplo, o tempo de resistência da válvula de isolamento em caso de incêndio, o nível de vedação ao se fechar, o tempo de fechamento, etc.) ◆ Item 6: Identificar e levar em consideração os fatores que podem causar falhas conjuntas. Requisitos detalhados: falhas causadas por processos industriais ou fatores externos (por exemplo: corrosão, cristalização, obstruções, etc.). É necessário identificar todos os ambientes extremos aos quais o SIS pode ser exposto (é preciso levar em conta fatores como corrosividade, viscosidade, cristalização, etc.). Deve-se optar por designs diversificados, a fim de evitar falhas conjuntas. ◆Item 7: Requisitos legais e regulamentares que afetam o SIS. Requisitos detalhados: leis e regulamentos internacionais, **, regulamentos da Administração Geral de Segurança em Transportes, regulamentos locais, normas emitidas e requisitos de gestão da empresa. II. Requisitos detalhados do SIF (para atender aos requisitos de segurança funcional, são descritos todos os SIF necessários, incluindo as funções de segurança dos instrumentos e o nível de integridade de segurança). ◆Item 8: Número do SIF. Requisitos detalhados: É necessário, como identificador único do SIF, para fins de manutenção e gestão futuras. ◆ Item 9: Nível SIL necessário para o SIF (nível SIL e modo de operação para cada SIF). Requisitos detalhados: SIL0-2; o SIL3 é raramente utilizado na indústria química. ◆ Item 10: Taxa de requisitos esperada (possíveis fontes de requisitos para o SIF e a taxa deles). Requisitos detalhados: Modo de baixos requisitos ou modo de altos requisitos; na indústria química, geralmente se utiliza o modo de baixos requisitos. ◆ Item 11: Intervalo de teste (requisitos relacionados ao ciclo de testes de verificação, Proof Test Interval). É importante definir esse intervalo desde o início do projeto do SIS, a fim de que ele possa ser levado em consideração durante o processo de design (cálculo do SIS) ； É necessário determinar de forma adequada, levando em consideração o ciclo de produção e manutenção do equipamento, bem como a condição de uso dos instrumentos. ◆Item 12: Para cada período de tempo identificado, deve-se definir o estado de segurança do processo (os requisitos temporais para que o processo esteja em um estado seguro). Requisitos detalhados: Estado de instalação (o processo está parado?) É manter? Ou seja, é preciso esvaziar o sistema, etc.) ◆Item 13: Entradas do processo e seus pontos de ajuste de intertravamento. Requisitos detalhados: Podem ser descritos no diagrama de causa e efeito (C&E). ◆Item 14: Faixas operacionais normais dos parâmetros do processo e seus limites de operação. Requisitos detalhados: Podem ser descritos no diagrama de causa e efeito (C&E). ◆Item 15: Saídas do processo e descrição das ações associadas a elas. Requisitos detalhados: Podem ser descritos no diagrama de causa e efeito (C&E). ◆Item 16: Relações funcionais entre as entradas e saídas do processo (incluindo funções lógicas e matemáticas, bem como as permissões necessárias). Requisitos detalhados: Podem ser descritos no diagrama de causa e efeito (C&E). ◆Item 17: Escolha entre desligamento por desmagnetização ou desligamento por excitação (ações tomadas pelo sistema SIS quando há perda de energia elétrica ou de gás). Requisitos detalhados: Como o sistema SIS é projetado para ser seguro em caso de falhas, geralmente ele é projetado para desligar automaticamente em tais situações. ◆Item 18: Considerações e requisitos relacionados à parada manual. Requisitos detalhados: É necessário ter interruptores de parada manual, independentes do controlador programável. ◆Item 19: Tempo necessário para que o sistema SIS coloque o processo em um estado seguro. Requisitos detalhados: São necessários prazos específicos para os componentes de detecção, controladores lógicos, atuadores ou para as ações realizadas pelo pessoal. Não se pode decidir isso de forma arbitrária. ◆Projeto 20: Quanto aos defeitos diagnosticados, bem como a quaisquer outros defeitos evidentes, são necessárias instruções detalhadas sobre as ações a serem tomadas. Exemplos: quais medidas são necessárias, quais condições técnicas devem ser atendidas para entrar ou manter um determinado estado (deve-se ignorar o problema, parar o sistema ou tomar decisões com base em outras condições?) ) ◆Item 21: Requisitos da interface homem-máquina (HMI). Requisitos detalhados: É necessário descrever de forma completa a interface entre o SIS e o operador, incluindo paradas de emergência, alarmes (alarmes de parada prévia, alarmes de parada, alarmes de bypass e alarmes de diagnóstico), mecanismos de bypass (bypass soft e bypass hard), bem como o registro da sequência temporal dos eventos. ◆Item 22: Função de reinicialização (requisitos relativos às etapas e procedimentos a serem seguidos para iniciar e reiniciar o SIS após uma parada). Requisitos detalhados: É necessário estabelecer todos os requisitos relacionados ao processo de reinicialização após uma parada ； Permissões do interruptor de reinicialização ◆Item 23: Requisitos para as funções de diagnóstico, a fim de atender ao SIL necessário. Requisitos detalhados: É necessário que o sistema realize autodiagnósticos regularmente? ◆Item 24: Se uma parada prematura for perigosa, quais são os requisitos de confiabilidade correspondentes? Requisitos detalhados: Às vezes, parar o sistema não é a melhor opção; os riscos associados a essa parada também precisam ser avaliados, levando em consideração a taxa máxima tolerável de paradas indevidas. ◆Projeto 25: Modos de falha de todos os sensores e transmissores, bem como dos controladores e de cada válvula de controle. Requisitos detalhados: Devem ser definidos os modos de falha do SIS. Um transmissor pode ser projetado de modo que, em caso de falha, ele entre em estado de desativação ou, por outro lado, saia desse estado de desativação. ◆ Projeto 26: Taxa máxima aceitável de paradas indevidas (Spurious Trip). Requisitos detalhados: Qual é a taxa de paradas indevidas que ainda é considerada aceitável? ◆Projeto 27: Requisitos de operação de derrota, proibição e desvio. Requisitos detalhados: Devem ser definidos os requisitos para que o processo possa ser colocado em estado seguro manualmente. Por exemplo, se for necessário que o operador consiga desligar um equipamento manualmente, seja da sala de controle ou no local, isso deve ser especificado. Também devem ser estabelecidos quaisquer requisitos relacionados à independência do interruptor de parada manual do calculador lógico do SIS. ◆Projeto 28: Requisitos funcionais dos softwares aplicativos. Requisitos detalhados: Requisitos especiais devem ser claros, específicos, verificáveis, testáveis, modificáveis e rastreáveis. ◆ Projeto 29: Tempo médio de reparo do SIF. Requisitos detalhados: Requisitos relacionados ao tempo médio necessário para restaurar o funcionamento do SIF após uma falha. Anexo II: Requisitos de segurança do documento de especificações de segurança (SRS) (extraído de GB/T 21109.1-2007, seção 10.3). 1. Descrição de todos os SIF necessários para garantir as funções de segurança (por exemplo: descrição da lógica de intertravamento, diagramas causais ou lógicos) ； 2. Identificar e considerar as exigências relacionadas a falhas causadas por fatores comuns ； 3. Definição do estado de segurança do processo para cada função de segurança do instrumento determinada ； 4. A definição de qualquer estado de segurança de processo individual; quando esses estados ocorrem simultaneamente, surge um risco específico (por exemplo, sobrecarga dos sistemas de armazenamento de emergência, várias liberações de pressão no sistema de combustão).
5. Fontes hipotéticas para as “demandas” e a “taxa de demanda” das funções de segurança dos instrumentos SIF ； 6. Requisitos relacionados ao intervalo de tempo (TI) entre os testes de verificação (Proof Test) ； 7. O SIS mantém o processo em um estado seguro, e há requisitos quanto ao tempo de resposta (tempo de execução) para cada SIF ； 8. Nível de integridade de segurança (SIL) de cada SIF, bem como o modo de operação (exigido/contínuo) ； 9. Descrição dos parâmetros de medição do processo PID, da faixa de medição, da precisão, bem como do ponto de desligamento (valor de ajuste para o desligamento) ； 10. Descrição das ações de saída do processo SIF e dos critérios para operações bem-sucedidas (por exemplo, requisitos relativos à taxa de vazamento das válvulas de fechamento) ； 11. As relações funcionais entre os pontos de entrada e saída do processo, incluindo as funções lógicas e matemáticas, bem como quaisquer permissões necessárias ； 12. Requisitos para parada manual (requisitos para parada manual em cada SIF) ； 13. Requisitos relacionados ao disparo por alimentação ou desalimentação (requisitos relacionados ao desligamento do sistema quando cada SIF está alimentado ou não) ； 14. Taxa máxima permitida de desligamento para cada SIF (taxa máxima permitida de desligamento acidental) ； 15. Requisitos de reinicialização após a parada do SIF (por exemplo, requisitos para a reinicialização manual, semiautomática ou automática dos componentes finais) ； 16. Modo de falha de cada SIF e resposta requerida pelo SIS (por exemplo: alarme, parada automática) ； 17. Quaisquer requisitos especiais relacionados aos procedimentos de inicialização e reinicialização do SIS ； 18. Requisitos de segurança para todas as interfaces entre o SIS e quaisquer outros dispositivos (incluindo o BPCS e os operadores) ； 19. Descrição dos modos de operação da fábrica, bem como identificação das funções de segurança dos instrumentos em cada modo de operação ； 20. Requisitos de segurança para aplicativos (softwares) ； 21. Requisitos de desvio/proibição/bypass, incluindo requisitos escritos para a operação do bypass, devem descrever claramente como o bypass deve ser configurado e como deve ser desativado ； 22. Quando é detectado algum defeito no SIS, são necessárias ações que permitam manter o estado de segurança do processo em questão. Qualquer uma dessas ações deve levar em consideração a influência dos fatores humanos. 23. Quanto ao tempo médio de reparo viável (MTTR) do SIS, é necessário levar em consideração o estoque de peças de reposição, o tempo de deslocamento dos técnicos, a instalação das peças, as condições estabelecidas nos contratos de serviço, além das capacidades técnicas dos profissionais e das limitações ambientais. 24. Identificação das combinações perigosas de estados de saída do SIS que devem ser evitadas ； 25. Identificação de todos os estados ambientais extremos que o SIS pode enfrentar durante o transporte, armazenamento, instalação e operação. É necessário considerar os seguintes fatores: temperatura, umidade, poluentes, interferências eletromagnéticas/rádiofrequência (EMI/RFI), vibrações/impactos, descargas eletrostáticas, classificação de áreas com risco de explosão elétrica, inundações, relâmpagos e outros fatores relacionados ； 26. Identificação dos modos de operação normais ou anormais do processo, incluindo a operação de todo o equipamento do processo (por exemplo, inicialização), bem como as procedimentos operacionais individuais (por exemplo, manutenção de equipamentos, calibração de sensores ou reparos). Pode ser necessário um SIF adicional para lidar com esses modos de operação dos processos ； 27. Requisitos de definição para as funções de segurança dos instrumentos, de modo que qualquer SIF possa resistir a um acidente grave. Por exemplo, em caso de incêndio, por quanto tempo é necessário que a válvula de fechamento permaneça em funcionamento? 28. Lista dos instrumentos de entrada/saída e dos atuadores relacionados a cada SIF, visando garantir a unicidade dos números de identificação. O site Changhui Instruments contém muitos artigos técnicos originais e úteis. Todos são bem-vindos para visitar o Changhui Instruments