Safety Integrated for Process Automation

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1 Safety Integrated for Process Automation Safety Integrated for Process Automation Verbesserte Wartung und Diagnose für Ventile mit Partial Stroke Test

2 Anforderungen Anlagensicherheit bei hoher Anlagen - verfügbarkeit Reduzierung der Wartungskosten Reduzierung der Stillstandszeiten

3 Verlängerung der Prüfungsintervalle NAMUR-Empfehlungen Auf Grund der erhöte Kostendruck bei Sicherheitsysteme durch pflichtige Wartungsanforderungen, hat die NAMUR neue Empfehlungen eingeführt, mit dem Ziel diese Kosten zu reduzieren. Ziel diese Empfehlungen ist es, die Prüfungsintervalle zu verlängern, durch eine breitere Verwendung der Diagnosemöglichkeiten von Feldgeräte. NAMUR-Empfehlung NE106 Erste Ausgabe: Test Intervals of Safety Instrumented Systems Viele Fehler von Aktoren können während der Betrieb erkannt werden eine Ventilreaktionstest: Partial Stroke Test (PST)

4 Einfluss auf den erreichbaren SIL-Level Partial Stroke Testing erfolgt in kürzeren Abständen, senkt die mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung (PFDavg) Partial Stroke Testing erkennt nicht alle Ausfallarten, kann aber einen Diagnose-Deckungsgrad von 50% oder darüber bieten PFD(t) IEC61508 Ohne PST Proof Tests jährlich = SIL1 Mit PST (4x/Jahr) Proof Tests jährlich = SIL 2 SIL 1 PFD AVG SIL 2 SIL 3 SIL 4 PST Interval Proof Test Interval PFD AVG Zeit

5 Einfluss auf den erreichbaren SIL-Level Partial Stroke Testing kann die Zeitspanne zwischen den geforderten Full Proof Tests verlängern, ohne dass sich dadurch der SIL-Level ändert IEC61508 SIL 1 SIL 2 PFD(t) Ohne PST Proof Tests jährlich = SIL2 Mit PST (4x/Jahr) Proof Tests alle 2 Jahre = SIL2 PFDavg SIL 3 SIL 4 Proof Test Intervall Zeit

6 Was ist Partial Stroke Testing (PST)? Teilweises Schließen/Öffnen des Ventils, um die Ventilbewegung zu prüfen Ventilhub beträgt bei gewöhnlichen Operationen in der Regel zwischen 10 und 15% Die Länge des Teilhubs richtet sich danach, was der Prozess zulässt und nach dem gewünschten Diagnose-Deckungsgrad Es wird die Ventilfunktion geprüft, ohne dass der Prozess angehalten werden muss Es können nicht 100% der möglichen Ausfallarten festgestellt werden Da das Ventil nicht vollständig schließt, können nicht die Abdichtung, vollständige Bewegung usw. geprüft werden.

7 PST mit Sipart PS2 und PCS7 Maintenance Station Simatic PCS 7 (MS) Process Device Manager (Simatic PDM) ES/MS OS (OK, keine Wartungsanforderung) Wartungsbedarf (niedrig) Parametrieren Diagnose Wartungsanforderung (mittel) Stellungsregler Sipart PS2 Ind. Ethernet Wartungsalarm (hoch) Partial Stroke Test Simatic Controller S7-400FH Schutzfunktion Anbindung Sipart PS2 Luftzufuhr PST kann aus dem PLS gestartet und die Testergebnisse visualisiert werden Test wird durch Positioner autark durchgeführt Simatic-PDM-Tool ermöglicht detaillierte Diagnose S Magnetventil / Steuerventil Sicherheitsabsperreinrichtung mit Stellungsregler

8 PST integriert im Positioner SIPART PS2 Aktivierungsmöglichkeiten für den PST Starten mit: Leittechnik oder SIMATIC PDM lokalen Tasten (Bedienfeld am SIPART PS2) Binär Eingang in SIPART PS2 Zyklisch (alle Tage)

9 PST integriert im Positioner Sipart PS2 Benefits und Vorteile Kosteneinsparung, da kein Ausbau der Amatur erforderlich ist, das Ventil verbleibt in der Rohrleitung Einfache ON-LINE Funktionskontrolle der Armatur ohne Störung des Prozesses, Anlage muss nicht heruntergefahren werden Nach erfolgreichem PST ist die Armatur wieder frei Mögliche Anbackungen oder Verkrustungen sind durch den PST entfernt PST erhöht SIL Höhere Sicherheit in Notfallsituationen Amatur leicht beweglich (blockiert nicht) und Schwergängigkeiten sind nicht wahrscheinlich Amatur reagiert nicht verzögert Kosteneinsparungen durch verlängerte Wartungsintervalle, PST gestattet längeres Zeitintervall bis zur nächsten allgemeinen Inspektion Spätere Amaturstörungen können frühzeitig erkannt werden durch Analyse Reaktionskurve Zyklische Auslösung des PST spart Kosten, weil Initialisierung des PST automatisch erfolgt

10 PST mit S7-400FH und PCS7 Was wird von Siemens geliefert? Vorkonfigurierte Logik, um die Partial Stroke Tests in festgelegten Prüfintervallen automatisch durchzuführenoder zu melden Operator-Bedienung möglich für Start / Abbruch des Partial Stroke Tests Bildbaustein zur Visualisierung des Partial Stroke Test Status PFD-Berechnungen, um voraussagen zu können, wann der nächste Full Stroke Test durchgeführt werden muss Option Magnetventil-Test Alarme (hängengebliebenes Ventil, Full Stroke Test notwendig usw.) Reportvorlage zur Testdokumentation Siemenslösung für das Prüfen von Ventilen, unabhängig vom Typ des Positioners Erhöht die Sicherheit und verkürzt gleichzeitig die Zeit, die für Offline-Wartung benötigt wird

11 Partial Stroke Test Engineering Template

12 Partial Stroke Test Anwendung Bausteinsymbol und Bildbaustein für PCS 7 OS Gibt schnellen Überblick über Status/Alarme Ermöglicht Zugang zu Konfigurationsparametern Liefert Status des letzten Partial Stroke Tests und den Testplan Verfügt über Kommandoschnittstelle für Start / Abbruch des Partial Stroke Tests

13 Weitere Features der Applikation Betriebsarten Manual nur manueller Anstoss des Teiltests Automatic Durch die Freigabe AUTO_EN wird entschieden, ob der Teiltest automatisch durchgeführt wird oder lediglich eine Meldung abgesetzt wird, dass ein Teiltest notwendig ist. Der Teiltest wird nur ausgeführt, wenn INHIBIT nicht aktiv ist (verfahrenstechnische Verriegelung des Tests). Full Stroke Test (zum Rücksetzen des PST_CALC) Verwendung der Stellungsrückmeldung (0% + Toleranz = FST) oder Rücksetzeingang für den PST_CALC, falls das Wartungspersonal des Full Stroke Test bestätigen muss. Sollwert variable einstellbar Sollwert variiert innerhalb der eingestellten Toleranz um festbacken am Test-Sollwertpunkt zu reduzieren.

14 Sicherheitstechnische Betrachtung TüV Süd Zusammenfassung Der Partial Stroke Tests (PST) beeinflusst den Sicherheitslevel der Absperreinrichtung nicht negativ. Gegen eine Verwendung des Partial Stroke Tests (PST) zur Verlängerung der Zeit zwischen zwei vollständigen Funktionsprüfungen (vollständiges Schließen der Sicherheitsabsperreinrichtung einschließlich Feststellen der inneren und äußeren Dichtheit) bestehen sicherheitstechnisch keine Bedenken, wenn nachfolgend aufgeführte Maßnahmen durchgeführt und Auflagen eingehalten werden: 1. Der PST ersetzt nicht die vollständige Funktionsprüfung, sondern verlängert die Zeit zwischen zwei Prüfungen. Dazu ist der prozentuale Anteil des Fehlers Versagen beim Schließen im Vergleich zu den restlichen Fehlern durch den Ventilhersteller anzugeben. Die maximale Verlängerung der Zeit zwischen den vollständigen Funktionsprüfungen ist daraus zu berechnen. 2. Jede bauteilgeprüfte Sicherheitsabsperreinrichtung, die mit dem PST zusätzlich ausgerüstet werden soll, ist einer Ergänzungsprüfung durch eine anerkannte Prüfstelle zu unterziehen. 3. Das Ergebnis des PST ist zu protokollieren und über den life cycle der Sicherheitsabsperreinrichtung zu dokumentieren. 4. Bei nicht positivem PST ist die Fehlermeldung an eine ständig besetzte Leitwarte zu übertragen. Das Personal muss eingewiesen werden, was in diesem Fall zu tun ist (Arbeitsanweisung). 5. Bei Verwendung einer nicht typgeprüften Sicherheitsabsperreinrichtung mit dem Stellungsregler als Steuerventil ist die Eignung dieser Kombination für den jeweiligen Anwendungsfall zu überprüfen. Insbesondere sind die Schließzeiten der Sicherheitsabsperreinrichtung im Hinblick auf Eignung für den Prozess zu untersuchen.

15 Value Proposition Bei unerwünschten Anlagenstillständen A = Wert des Ausfall der Produktion X = Anzahl unerwünschte Anlagenstillstände Kostenersparnis = X * A Beispiel: Verlängerung des kompletten Ventiltest von 1 auf 2 Jahre (betrachtet für 10 Jahre) A = X = 5 Kostenersparnis = 5 * = Pro Jahr Kosteneinsparungen

16 Value Proposition Reduzierter Wartungsaufwand Bei zyklischer Anwendung des PST kann sich z.b. das Wartungsintervall für einen kompletten Ventiltest verdoppeln: -> Halbierung der Kosten für eine Vollwartung (Full Stroke Test) des Ventils Je nach transportiertem Medium der Anlage sind Aufwände von ca. 2h - ca. 10h / Ventil erforderlich (Test ohne Ausbau des Ventils / Wartung mit Ausbau) Rechenbeispiel: Anlage mit 60 Ventilen, einfache Wartung Aufwand für Wartung pro Ventil: 2h*50 = 100,- Bisherige Wartungskosten p.a ,-, mit PST Wartungskosten p.a ,- à Ersparnis p.a. Rechenbeispiel: Anlage mit 60 Ventilen, Wartung mit erforderlichem Ausbau der Ventile Aufwand für Wartung pro Ventil: 10h*50 = 500,- Bisherige Wartungskosten p.a ,-, mit PST Wartungskosten p.a ,- à Ersparnis p.a. Typische Einsparung von bis / a