¿Cómo elaboran los especialistas en instrumentación las especificaciones de requisitos de seguridad (SRS) para los sistemas SIS?

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El SRS desempeña un papel decisivo en la implementación de las funciones de instrumentación de seguridad. Elaborar el documento de especificaciones de requisitos de seguridad (SRS) es una de las actividades más importantes en todo el ciclo de vida del SIS. Proporciona directrices de implementación técnica para el diseño del sistema SIS, la integración hardware de los controladores lógicos y la configuración del software, su instalación y puesta a punto, así como su operación en condiciones reales. En los últimos años, los SIS han ganado gran popularidad en la industria química; se han implementado de forma masiva, como si brotaran de la tierra después de una lluvia. Básicamente, todas las empresas químicas ya cuentan con SIS. Pero hasta ahora, pocas empresas han logrado elaborar algo realmente importante para los SIS: las especificaciones de requisitos de seguridad, es decir, el SRS. Recientemente, también se ha comenzado a prestar atención a la regulación de la gestión de SRS. De hecho, el SRS es algo indispensable para el SIS; es decir, cuando se implementa un SIS, lógicamente debe haber un SRS que lo respalde. En palabras de un profesor: “El hecho de que antes no existiera no significa que no sea necesario; el hecho de que antes no se realizaran inspecciones no significa que no se harán en el futuro”. Creo que, en un futuro cercano, el SRS también será tan importante como el SIS. Cada vez que se revise el SIS, el SRS será uno de los elementos que deben ser verificados. Ahora, dejemos que Changhui Instruments nos explique qué es exactamente el SRS SRS yunrun.com.cn/tech/2745.html La SRS define como especificación de requisitos de seguridad; (GB/T -21109-2007) es una norma que contiene todos los requisitos relacionados con las funciones de instrumentación de seguridad que deben ser implementadas por los sistemas de instrumentación de seguridad ； (Las exigencias deben ser muy claras). Objetivos y contenido del SRS: Para lograr las funciones de seguridad requeridas, y de acuerdo con las especificaciones de las funciones de seguridad de los instrumentos (SIF) y las normas relacionadas con la integridad de seguridad (SIL), se deben definir los requisitos para cada una de estas funciones. El SRS debe constar de las dos partes principales siguientes: ◆ Especificaciones de los requisitos de las funciones de seguridad; en ellas se describen las entradas y salidas del sistema, así como la lógica que se utiliza para su funcionamiento. En otras palabras, define qué debe hacer cada función de seguridad (SIF) Por ejemplo: cuando la temperatura del reactor supera el valor establecido (350 °C), se detiene el calentador eléctrico. ◆El documento de especificaciones de requisitos de integridad de seguridad describe los requisitos de rendimiento en materia de seguridad para cada función (nivel) ； En otras palabras, define qué capacidades debe tener cada función de seguridad, o cuán eficaz debe ser. Por ejemplo: cuando la temperatura del reactor supera el valor establecido (350 °C), se debe garantizar que la probabilidad o posibilidad de detener el calentador eléctrico sea de más del 99% ； Entrada: Descripción de las funciones de requisitos de seguridad ； Salida: Requisitos de seguridad SIS, requisitos de seguridad del software. Uso del SRS: El SRS es la base para el diseño del sistema SIS (diseño inicial, diseño detallado, así como la gestión durante toda la vida útil del sistema y en su fase de uso). También sirve como base para la confirmación final del sistema SIS. Por lo tanto, toda la información necesaria debe incluirse en él, formando así un conjunto completo de documentos. Nota: El SRS es un elemento importante en todo el ciclo de vida de la seguridad. A través del SRS se puede saber cómo diseñar una función de instrumentación de seguridad (SIF), así como cómo integrar estas funciones (SIF) en un SIS. Preparativos básicos para el SRS: Antes de preparar el SRS, es necesario llevar a cabo las siguientes actividades (estas actividades constituyen la base de un documento de especificaciones válido; si no son efectivas, entonces no tiene sentido elaborar dicho documento). Es fundamental que estos trabajos se realicen de manera eficaz y adecuada. ¿Por qué se enfatiza la preparación básica? Si el trabajo básico no se realiza adecuadamente, todo esfuerzo y tiempo invertidos en elaborar las especificaciones del sistema serán en vano (si los cimientos están mal, todo está mal) 1. Diseño conceptual del proceso de fabricación.
2. Análisis de peligros y diseño de riesgos (solo realizar análisis no mejora la seguridad intrínseca del proceso o del sistema; es más importante aplicar esos análisis en las etapas posteriores).
3. Determinación de la aplicación de capas de protección que no sean SIS; si son necesarias en caso de SIF, se debe determinar el nivel SIL. Se necesitan documentos técnicos clave para elaborar el SRS. ◆ Información relacionada con el proceso de fabricación: 1. Diagramas de tuberías e instrumentos (P&ID). 2. Descripción de las operaciones del proceso. 3. Descripción del control del proceso, incluyendo el diseño del sistema básico de control del proceso, las estrategias de asignación de los sistemas de instrumentación de seguridad, los tipos de control, la interfaz con el operador, la gestión de alarmas y el registro de datos históricos. 4. Regulaciones de seguridad relevantes (incluyendo requisitos a nivel nacional, sectorial, provincial, municipal y de otras entidades, así como los requisitos de la empresa). 5. Documentos técnicos relacionados con la fiabilidad, la calidad o el medio ambiente, así como aquellos relacionados con la operación o mantenimiento ； ◆Diagrama de causa-efecto: El diagrama de causa-efecto permite integrar los requisitos relacionados con la seguridad y la integridad en un mismo documento técnico (también es posible agrupar otros requisitos, como el rango de medición de los instrumentos, los valores de ajuste, las condiciones de funcionamiento, etc., en una sola tabla) ； ◆El diagrama lógico sirve como complemento al diagrama causal; permite describir funciones más complejas o aquellas que dependen del tiempo o de una secuencia específica. Lo que no puede expresarse con palabras o mediante diagramas causales, puede hacerse mediante diagramas lógicos o relaciones lógicas ； ◆Tabla de datos de proceso: La tabla de datos del proceso proporciona la información necesaria para elaborar las especificaciones de selección de instrumentos. Fase de elaboración y componentes del SRS: De acuerdo con el ciclo de vida completo del SIS y lo descrito en el punto cuatro. El SRS se elabora una vez finalizados los trabajos preparatorios básicos y antes de que comience el diseño del sistema SIS. ¿Quién elaborará el SRS? Según la definición de SRS, este representa las especificaciones de requisitos para los sistemas de instrumentación de seguridad. Al mismo tiempo, sirve como documento de entrada para el diseño de dichos sistemas. Por lo tanto, generalmente son los responsables del control de procesos o de los equipos de instrumentación quienes se encargan de elaborar estas especificaciones. Claro está, no es solo el equipo especializado en instrumentación quien se ocupa de esta tarea; también pueden ser el equipo encargado de la evaluación de riesgos y peligros, o incluso el propio equipo del proyecto, quienes establezcan dichos requisitos. En cuanto a las cuestiones de responsabilidad, ninguna especialidad quiere hacerse cargo de este “problema complicado”. Pero, teniendo en cuenta el propósito del SRS, no hay dudas de que la tarea de elaborarlo recae en la especialidad de instrumentación. Por supuesto, no se trata de una tarea que pueda ser llevada a cabo únicamente por esa especialidad; se puede formar un equipo compuesto por expertos en procesos, seguridad, equipos y electricidad para trabajar juntos en su elaboración. Consideraciones al elaborar el SRS ◆ Los requisitos técnicos deben describirse de la manera más simple y clara posible, para que todas las personas (aquellas que puedan utilizar esta información en cualquier etapa del ciclo de vida) comprendan cada detalle de los requisitos establecidos en el documento ； Diseñar un sistema de seguridad para prevenir o mitigar la ocurrencia de eventos peligrosos; al establecer las soluciones, también se debe evitar que sean demasiado complejas. ◆La especificación debe ser muy clara; debe indicar qué se desea obtener, pero no es necesario explicar cómo hacerlo. ◆La especificación puede ser un documento por separado, o bien un conjunto de varios documentos que incluyen procedimientos, planos o la gestión de las normas de la empresa. El objetivo principal es garantizar que el SRS enumere todos los requisitos funcionales y los requisitos relacionados con el nivel de integridad que debe cumplir el SIS, incluidos los requisitos para la aplicación software. ◆Descripción clara, precisa, verificable en funcionalidad, mantenible y viable. ◆Evitar cualquier estado del proceso o secuencia de operación del SIS que haya sido identificado como capaz de generar situaciones peligrosas (el SIS se utiliza para prevenir tales situaciones, pero también es necesario evaluar los riesgos durante y después de una parada). ◆El SIS puede ejecutar funciones de seguridad que no están relacionadas con los instrumentos de seguridad, con el fin de garantizar un apagado ordenado o un arranque más rápido. Estas funciones deben estar separadas de las funciones propias de los instrumentos de seguridad. Anexo 1: Resumen de las especificaciones de requisitos de seguridad (en formato de tabla; el número de requisitos normativos ha aumentado a 29).
I. Requisitos relacionados con la información a ingresar en los documentos:
◆ Ítem 1: P&ID. Requisitos detallados: Obligatorio.
◆ Ítem 2: Diagrama de causa-efecto (C&E). Requisitos detallados: Obligatorio.
◆ Ítem 3: Diagrama lógico. Requisitos detallados: No es obligatorio; si el diagrama de causa-efecto permite describir adecuadamente las relaciones lógicas y los requisitos, no es necesario proporcionarlo.
◆ Ítem 4: Tabla de datos de proceso. Requisitos detallados: Es necesario proporcionar todos los parámetros y requisitos relacionados con los sensores y actuadores presentes en el sitio.
◆ Ítem 5: Información sobre los eventos peligrosos que pueden prevenirse mediante SIF (causas de los incidentes, dinámica de los fluidos, componentes finales, etc.). ① Basándose en los informes Hazop y LOPA, ¿qué riesgos podrían surgir? ¿Cómo puede SIF reducir o inhibir estos subconceptos? ②Requisitos de velocidad de respuesta y precisión de los instrumentos en los sistemas de instrumentación de seguridad ； ③Requisitos especiales para los dispositivos de actuación (por ejemplo, el tiempo necesario para que la válvula de cierre funcione correctamente en caso de incendio, el nivel de sellado al cerrarse, el tiempo de cierre, etc.). ◆Punto 6: Identificar y tener en cuenta los fallos causados por factores comunes. Requisitos detallados: Los fallos que pueden ocurrir debido a procesos industriales o factores externos (por ejemplo: corrosión, cristalización, obstrucciones, etc.). Es necesario identificar todos los entornos extremos a los que podría estar expuesto el SIS (se debe tener en cuenta la corrosividad, la viscosidad, la cristalización, etc.). Se debe optar por diseños diversificados para evitar fallos causados por factores comunes. ◆Ítem 7: Requisitos legales y reglamentarios que afectan al SIS. Requisitos detallados: normativas internacionales, **, regulaciones de la Administración General de Seguridad en el Transporte, normativas locales, documentos oficiales y requisitos de gestión de la empresa. II. Requisitos detallados del SIF (para cumplir con los requisitos de seguridad funcional, se describe todos los SIF necesarios, incluidas las funciones de seguridad de los instrumentos y el nivel de integridad de seguridad). ◆Ítem 8: Número del SIF. Requisitos detallados: Es necesario, ya que sirve como identificador único del SIF, para su mantenimiento y gestión posterior.
◆ Ítem 9: Nivel SIL requerido para el SIF (nivel SIL y modo de operación para cada SIF). Requisitos detallados: SIL0-2; el nivel SIL3 es poco común en la industria química.
◆ Ítem 10: Tasa de requisitos esperada (fuentes posibles de los requisitos del SIF y su tasa). Requisitos detallados: Se debe determinar si se trata de un modelo con requisitos bajos o altos; en la industria química, generalmente se utiliza el modelo con requisitos bajos.
◆ Ítem 11: Intervalo de pruebas (requisitos relacionados con el ciclo de pruebas necesarias para alcanzar el nivel SIL deseado). Requisitos detallados: Es muy importante, ya que afecta el cálculo del nivel SIL. Desde el inicio del diseño del SIS, se debe definir el intervalo de pruebas necesario, para poder tenerlo en cuenta en el diseño mismo (cálculo del SIS) ； Es necesario determinarlo de manera adecuada, teniendo en cuenta los ciclos de producción y mantenimiento del equipo, así como el uso de los instrumentos de medición. ◆Ítem 12: Definición del estado de seguridad del proceso para cada momento identificado (los requisitos temporales necesarios para mantener el proceso en un estado seguro). Requisitos detallados: Estado de instalación (¿Está el equipo parado?) ¿Es mantener? ◆ Ítem 13: Entradas del proceso y sus puntos de ajuste de interbloqueo. Requisitos detallados: Pueden describirse junto con el diagrama de causa-efecto (C&E).
◆ Ítem 14: Rangos de operación normales de los parámetros del proceso y sus límites de funcionamiento. Requisitos detallados: Pueden describirse junto con el diagrama de causa-efecto (C&E).
◆ Ítem 15: Salidas del proceso y descripción de sus acciones. Requisitos detallados: Pueden describirse junto con el diagrama de causa-efecto (C&E).
◆ Ítem 16: Relaciones funcionales entre las entradas y salidas del proceso (incluyendo funciones lógicas y matemáticas, así como los permisos necesarios). Requisitos detallados: Pueden describirse junto con el diagrama de causa-efecto (C&E).
◆ Ítem 17: Elección entre el apagado por desmagnetización o el apagado por activación (acciones que realiza el sistema SIS cuando se pierde la alimentación eléctrica o de gas). Requisitos detallados: Dado que el sistema SIS está diseñado para ser seguro en caso de fallos, generalmente se diseña para que se apague en caso de fallo.
◆ Ítem 18: Consideraciones y requisitos relacionados con el paro manual. Requisitos detallados: ¿Es necesario tener interruptores de paro manual independientes del controlador programable?
◆ Ítem 19: Tiempo necesario para que el sistema SIS ponga al proceso en un estado seguro. Requisitos detallados: Se requiere conocer el tiempo necesario para que los elementos de detección, los controladores lógicos, los actuadores o las acciones humanas funcionen correctamente; no se puede decidir esto a la ligera. ◆Ítem 20: Requisitos detallados para las acciones a tomar ante las fallas detectadas y cualquier otra falla evidente. Por ejemplo, qué acciones son necesarias, los requisitos técnicos para entrar o mantener un estado determinado (¿ignorarla, detenerla o tomar decisiones según otras condiciones?) ) ◆Ítem 21: Requisitos de la interfaz hombre-máquina (HMI). Requisitos detallados: Es necesario describir en detalle la interfaz entre el SIS y el operador, incluyendo las funciones de parada de emergencia, las alarmas (alarmas de parada anticipada, alarmas de parada, alarmas de bypass y alarmas de diagnóstico), los sistemas de bypass (bypass soft y bypass hard), así como el registro secuencial de los eventos. ◆Ítem 22: Función de reinicio. Requisitos relacionados con los pasos y procedimientos que deben seguirse al encender o reiniciar el SIS. Requisitos detallados: Es necesario establecer todos los requisitos para el proceso de reinicio después de una parada ； Permisos del interruptor de reinicio ◆Ítem 23: Requisitos para las funciones de diagnóstico a fin de cumplir con el nivel SIL necesario. Requisitos detallados: ¿Es necesario que el sistema se realice autodiagnósticos periódicamente? ◆Ítem 24: Si un apagado por error es peligroso, los requisitos de fiabilidad correspondientes. Requisitos detallados: A veces, detener el sistema no es la mejor opción; también es necesario evaluar los riesgos que conlleva dicho apagado, teniendo en cuenta la tasa máxima permitida de apagados erróneos. ◆Ítem 25: Modos de fallo de todos los sensores y transmisores, así como de los controladores y de cada válvula de control. Requisitos detallados: Se deben definir los modos de fallo del SIS. Un transmisor puede diseñarse de tal manera que, en caso de fallo, se produzca una interrupción en el funcionamiento del sistema, o bien que se elimine esa interrupción. ◆ Ítem 26: Tasa máxima permitida de paradas no deseadas (Spurious Trip). Requisitos detallados: ¿Cuál es la tasa aceptable de paradas no deseadas? ◆Ítem 27: Sobrecorriente, prohibiciones y requisitos de operación por derivación. Requisitos detallados: Deben definirse los requisitos que permitan poner el proceso en estado seguro de forma manual. Por ejemplo, si se exige que el operador pueda apagar manualmente un equipo desde la sala de control o desde el sitio, esto debe estipularse aquí. También deben especificarse los requisitos de independencia para los interruptores de parada manual del calculador lógico del SIS. ◆Ítem 28: Requisitos funcionales de las aplicaciones informáticas. Requisitos detallados: Se deben establecer requisitos claros y precisos para el software; estos requisitos deben ser verificables, testables, modificables y rastreables. ◆ Ítem 29: Tiempo promedio de reparación del SIF. Requisitos detallados: Se deben especificar los tiempos promedio necesarios para recuperar al SIF después de una falla. Anexo II: Requisitos de seguridad según las especificaciones SRS (extraído de GB/T 21109.1-2007, sección 10.3). 1. Descripción de todos los SIF necesarios para que funcione la seguridad (por ejemplo: descripción de la lógica de interbloqueo, diagramas causales o lógicos) ； 2. Identificar y considerar los requisitos relacionados con las fallas por causas comunes ； 3. Definición del estado de seguridad en el proceso para cada función de seguridad del instrumento determinada ； 4. Definición de cualquier estado de seguridad de proceso individual; cuando estos estados ocurren al mismo tiempo, se genera un riesgo específico (por ejemplo, sobrecarga de los sistemas de almacenamiento de emergencia, múltiples descargas de presión en los sistemas de combustión).
5. Fuentes hipotéticas para las “demandas” y las “tasas de demanda” relacionadas con las funciones de seguridad de los instrumentos SIF ； 6. Requisitos relacionados con el intervalo de tiempo (TI) entre las pruebas de verificación ； 7. El SIS mantiene el proceso en un estado seguro; se exige un tiempo de respuesta (tiempo de ejecución) para cada SIF ； 8. Nivel de integridad de seguridad (SIL) de cada SIF, así como su modo de operación (requisito/continuo) ； 9. Descripción de los parámetros de medición, el rango y la precisión del proceso PID, así como del punto de desconexión (valor de ajuste para el apagado) ； 10. Descripción de las acciones de salida del proceso SIF y de los criterios para una operación exitosa (por ejemplo, los requisitos en cuanto a la tasa de fugas de las válvulas de cierre) ； 11. Las relaciones funcionales entre los puntos de entrada y salida del proceso, incluyendo las funciones lógicas y matemáticas, así como cualquier permiso requerido ； 12. Requisitos para el apagado manual (requisitos para el apagado manual de cada SIF) ； 13. Requisitos relacionados con el disparo por alimentación o apagado (requisitos relacionados con el cierre del sistema cuando cada SIF está alimentado o no) ； 14. Tasa máxima permitida de desconexión para cada SIF (tasa máxima permitida de apagado por error) ； 15. Requisitos de reinicio después de la parada del SIF (por ejemplo, requisitos para el reinicio manual, semiautomático o automático de los componentes finales) ； 16. Modo de fallo de cada SIF y respuesta requerida del SIS (por ejemplo: alarma, parada automática) ； 17. Cualquier requisito especial relacionado con los procedimientos de inicio y reinicio del SIS ； 18. Requisitos de seguridad para todas las interfaces entre el SIS y cualquier otro dispositivo (incluido el BPCS y los operadores) ； 19. Descripción de los modos de operación de la fábrica, así como identificación de las funciones de seguridad de los instrumentos en cada uno de esos modos ； 20. Requisitos de seguridad para las aplicaciones (software) ； 21. Requisitos de anulación/prohibición/bucle, incluidos los requisitos escritos para la operación en bucle, que deben describir claramente cómo configurar el bucle y cómo desactivarlo ； 22. Cuando se detecta algún tipo de fallo en el SIS, y es necesario tomar alguna acción para mantener o alcanzar un estado seguro en el proceso de producción, cualquier acción de este tipo debe tener en cuenta la influencia de los factores humanos. 23. En cuanto al tiempo promedio de reparación (MTTR) para el SIS, es necesario tener en cuenta las existencias de piezas de repuesto, el tiempo que tardan los técnicos en llegar al lugar, la instalación de las piezas, las condiciones establecidas en los contratos de servicio, así como las capacidades técnicas del personal y las limitaciones ambientales. 24. Identificación de las combinaciones peligrosas de estados de salida del SIS que deben evitarse ； 25. Identificación de todos los estados ambientales extremos a los que puede estar expuesto el SIS durante el transporte, almacenamiento, instalación y operación. Es necesario considerar los siguientes aspectos: temperatura, humedad, contaminantes, interferencias electromagnéticas/radiofrecuencia (EMI/RFI), vibraciones/impactos, descargas electrostáticas, clasificación de zonas a prueba de explosiones, inundaciones, rayos y otros factores relacionados ； 26. Detección de los modos de operación normales o anormales del proceso, incluyendo el funcionamiento del conjunto completo de la instalación (por ejemplo, puesta en marcha), así como las proceduras operativas individuales (por ejemplo, mantenimiento de equipos, calibración de sensores o reparaciones). Puede ser necesario contar con SIF adicionales para hacer frente a estos modos de operación de los procesos ； 27. Requisitos de definición para las funciones de seguridad de los instrumentos que permiten a cualquier SIF resistir un accidente grave. Por ejemplo, en caso de incendio, se debe determinar cuánto tiempo deben permanecer abiertas las válvulas de cierre. 28. Lista de los instrumentos de entrada y salida, así como de los actuadores relacionados con cada SIF, para garantizar la unicidad de sus números de identificación. La página web de Changhui Instruments contiene muchos artículos técnicos originales y valiosos. ¡Todos son bienvenidos a visitarla!