144LVD Intelligenter Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte. Funktionale Sicherheit

Transkript

1 SIL - Sicherheitshinweise DOKT (de) 144LVD Intelligenter Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte Funktionale Sicherheit Safety Integrity Level SIL 2 certified acc. to IEC / IEC Der intelligente Messumformer 144LVD misst Füllstand, Trennschicht und Dichte von Flüssigkeiten kontinuierlich im Prozess von allen Industrieanwendungen, welche den besonderen Anforderungen der Sicherheitstechnik nach IEC / IEC genügen sollen. MERKMALE Funktionale Sicherheit gemäß IEC / IEC Einsetzbar bis SIL 2, unabhängig beurteilt durch exida.com Explosionsschutz (je nach Version) Elektromagnetische Verträglichkeit nach EN und NAMUR-Empfehlung NE21

2 2 144LVD DOKT (de) INHALTSVERZEICHNIS 1 ANWENDUNGSBEREICH Allgemein Voraussetzungen 3 2 ALLGEMEIN Relevante Normen Begriffe Abkürzungen Auslegungstabellen Mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung (PFD avg ) Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls (PFH) Sicherheitsintegrität der Hardware Sicherheitsbezogenes System 7 3 VERHALTEN IM BETRIEB UND BEI STÖRUNG 8 4 WIEDERKEHRENDE PRÜFUNGEN DES MESSUMFORMERS Sicherheitsüberprüfung Funktionsüberprüfung Reparaturen 8 5 SICHERHEITSTECHNISCHE KENNGRÖßEN Annahmen Kenngrößen 9 6 LITERATURVERZEICHNIS 10 7 KONFORMITÄTSERKLÄRUNG 11 8 MANAGEMENT SUMMARY 12

3 DOKT (de) 144LVD 3 1 ANWENDUNGSBEREICH 1.1 Allgemein Der Anwendungsbereich erstreckt sich auf den intelligenten Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte vom Typ 144LVD (HART und 4-20mA ohne Kommunikation) für kontinuierliche Messung. Die Messung basiert auf dem archimedischen Auftriebsprinzip. Mit PC oder Handterminal lassen sich die Geräte bequem und sicher fernabfragen und einstellen; sie können aber auch konventionell über Drucktasten eingestellt werden. Die Messumformer sind für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet. Weitere Merkmale: kontinuierliche Selbstdiagnose konfigurierbarer Sicherheitswert (< 3,6mA oder > 21,5mA) Softwareplombe für Tasten und Umkonfigurierung einfache Inbetriebnahme Messung ist nahezu unabhängig von Produkteigenschaften 1.2 Voraussetzungen Für den Einsatz unter den besonderen Anforderungen der Sicherheitstechnik nach IEC / IEC sind folgende Voraussetzungen zu beachten: Bei der Projektierung der Anlage ist darauf zu achten, dass die in [Ref. 5] spezifizierten technischen Daten, insbesondere bzgl. Einsatz- und Umgebungsbedingungen, der Messumformer eingehalten werden. Die mittlere Einsatztemperatur über einen längeren Zeitraum ist nicht größer als 40 C. Nach der Projektierung der Messumformer ist eine Funktionsprüfung durchzuführen. Der erforderliche Prüfumfang ist im Sicherheitshandbuch der Anlage festzulegen. Folgende Prüfungen sollten durchgeführt werden: Nullpunktkontrolle Messwertkontrolle Simulation verschiedener Messwerte Überprüfung der eingestellten Sicherheitswerte (< 3,6mA oder > 21,5mA) Auch bei Ferneinstellung der messrelevanten Parameter ist die oben genannte Funktionsprüfung durchzuführen. Vor Inbetriebnahme des sicheren Prozesses ist die HART-Kommunikation und die lokale Bedienung zu verriegeln (Schreibschutz aktivieren). Die regelmäßige Funktionsprüfung (siehe Wiederkehrende Prüfung) ist durchzuführen Die intelligenten Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte 144LVD können sowohl in Anwendungen mit niedriger als auch mit hoher Anforderungsrate eingesetzt werden.

4 4 144LVD DOKT (de) 2 ALLGEMEIN 2.1 Relevante Normen DIN EN Teil 1 bis 7: Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme DIN IEC Teil 1 bis 3: Funktionale Sicherheit Sicherheitstechnische Systeme für die Prozessindustrie 2.2 Begriffe Die hier aufgeführten Begriffe sind gemäß [Ref. 1], Teil 4 und [Ref. 2], Teil 1 definiert. Name Aktor Ausfall Diagnosedeckungsgrad Fehler Funktionale Sicherheit Funktionseinheit Beschreibung Teil eines sicherheitstechnischen Systems, das die Eingriffe in den Prozess ausführt, um einen sicheren Zustand zu erreichen. Beendigung der Fähigkeit einer Funktionseinheit, eine geforderte Funktion auszuführen. Verhältnis der Ausfallrate der durch Diagnosetests erkannten Fehler zur Gesamtausfallrate der Komponente oder Teilsystems. Der Diagnosegrad beinhaltet keine bei Wiederholungsprüfungen festgestellten Fehler. Anomaler Zustand, der eine Verminderung oder Verlust der Fähigkeit einer Funktionseinheit verursachen kann, eine geforderte Funktion auszuführen. Teil der Gesamtsicherheit, der sich auf den Prozess und das BPCS bezieht und der von der bestimmungsgemäßen Funktion des SIS und anderer Sicherheitsebenen abhängt. Einheit aus Hardware oder Software oder beidem, die zur Durchführung einer festgelegten Aufgabe geeignet ist. Gefährlicher Ausfall Ausfall mit dem Potential, das sicherheitstechnische System in einen gefahrbringenden oder funktionsunfähigen Zustand zu versetzen. Sicherheit Freiheit von unvertretbaren Risiken Sicherheitsfunktion Funktion, die von einem SIS, einem sicherheitsbezogenen System anderer Technologie oder von externen Einrichtungen zur Risikominderung ausgeführt wird, mit dem Ziel, unter Berücksichtigung eines festgelegten gefährlichen Vorfalls einen sicheren Zustand für den Prozess zu erreichen oder aufrecht zu erhalten. Sicherheitsintegrität Mittlere Wahrscheinlichkeit, dass ein sicherheitstechnisches System die geforderten sicherheitstechnischen Funktionen unter allen festgelegten Bedingungen innerhalb eines festgelegten Zeitraumes anforderungsgemäß ausführt. Sicherheits- Integritätslevel (SIL) Sicherheitstechnisches System (SIS) Ungefährlicher Ausfall Eine von vier diskreten Stufen zur Spezifikation der Anforderungen für die Sicherheitsintegrität der Sicherheitsfunktionen, die dem sicherheitstechnischen System zugeordnet werden, wobei der Sicherheits-Integritätslevel 4 den höchsten Grad der Sicherheitsintegrität, der Sicherheits-Integritätslevel 1 den niedrigsten darstellt. Sicherheitstechnisches System zur Ausführung einer oder mehrerer sicherheitstechnischer Funktionen. Ein SIS besteht aus Sensor(en), Logiksystem und Aktor(en). Ausfall ohne das Potential, das sicherheitstechnische System in einen gefahrbringenden oder funktionsunfähigen Zustand zu setzen.

5 DOKT (de) 144LVD Abkürzungen Abkürzung Beschreibung (englisch) Beschreibung (deutsch) BPCS Basic process control system Betriebs- und Überwachungseinrichtungen als ein System DC Diagnostic coverage Diagnose-Deckungsgrad HFT Hardware fault tolerance Hardware-Fehlertoleranz PFD Probability of failure on demand Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung PFD avg Average probability of failure on demand Mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung SFF Safe failure fraction Anteil ungefährlicher Ausfälle SIL Safety integrity level Sicherheits-Integritätslevel SIS Safety instrumented system Sicherheitstechnisches System 2.4 Auslegungstabellen Die nachfolgenden Tabellen dienen zur Bestimmung des Sicherheits-Integritätslevels (SIL) Mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung (PFD avg ) Diese Tabelle gibt den erreichbaren Sicherheits-Integritätslevel (SIL) in Abhängigkeit von der mittleren Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung wieder. Die angegebenen Ausfallgrenzwerte sind hierbei gültig für eine Sicherheitsfunktion, die in der Betriebsart mit niedriger Anforderungsrate betrieben wird (siehe [Ref. 1] Teil 1, Kapitel ). Sicherheits- Integritätslevel (SIL) PFD avg mit niedriger Anforderungsrate bis < bis < bis < bis < 10-1

6 6 144LVD DOKT (de) Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls pro Stunde (PFH) Ist die Anforderungsrate mehr als einmal pro Jahr oder größer als die doppelte Frequenz der Wiederholungsprüfung, so ist das Messsystem in der Betriebsart mit hoher Anforderungsrate einzusetzen (siehe [Rev 1] Teil1, Kapitel ). Sicherheits- Integritätslevel (SIL) PFH mit hoher Anforderungsrate Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls pro Stunde bis < bis < bis < bis < Sicherheitsintegrität der Hardware Diese Tabelle gibt den erreichbaren Sicherheits-Integritätslevel (SIL) in Abhängigkeit vom Anteil der ungefährlichen Ausfälle (SFF) und der Fehlertoleranz der Hardware (HFT) für sicherheitsbezogene Typ B-Teilsysteme (siehe [Ref. 1] Teil 2, Kapitel ). Anteil ungefährlicher Ausfälle (SFF) Fehlertoleranz der Hardware (HFT) 0 1 (0) 1 2 < 60% Nicht erlaubt SIL 1 SIL 2 60% - < 90% SIL 1 SIL 2 SIL 3 90% - < 99% SIL 2 SIL 3 SIL 4 99% SIL 3 SIL 4 SIL 4

7 DOKT (de) 144LVD 7 1) Nach [Ref. 2] Teil 1, Kapitel dürfen bei Teilsystemen wie z.b. Sensoren und Aktoren die Fehlertoleranz der Hardware (HFT) um eins reduziert werden (Werte in Klammern), wenn das verwendete Gerät alle folgenden Bedingungen erfüllt: Das Gerät ist betriebsbewährt Am Gerät können nur prozessrelevante Parameter geändert werden Die Veränderung der prozessrelevanten Parameter ist geschützt (z.b. Passwort, Jumper, usw.) Die Funktion hat einen geforderten Sicherheits-Integritätslevel von weniger als 4. Diese genannten Bedingungen treffen auf die intelligenten Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte 144LVD zu Sicherheitsbezogenes System Ein sicherheitsbezogenes System besteht üblicherweise aus den drei Teilsystemen Eingangs- Teilsystem (Sensor), Logik-Teilsystem (SPS oder Leitsystem) und Ausgangs-Teilsystem (Stellgerät). Die mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung wird dabei üblicherweise wie folgt aufgeteilt: Eingangs-Teilsystem (Sensor) Logik-Teilsystem (z.b. DCS) Ausgangs- Teilsystem (Aktor) 35% 15% 50%

8 8 144LVD DOKT (de) 3 VERHALTEN IM BETRIEB UND BEI STÖRUNG Das Verhalten im Betrieb und bei Störungen ist in der Inbetriebnahmeanleitung MI EML1610 A-(de) und der Serviceanleitung SI EML1610 A-(de) [Ref. 4] beschrieben. 4 WIEDERKEHRENDE PRÜFUNGEN DES MESSUMFORMERS FÜR FÜLLSTAND, TRENNSCHICHT UND DICHTE 4.1 Sicherheitsüberprüfung Gemäß IEC 61508/61511 ist die Sicherheitsfunktion des gesamten Sicherheitskreises regelmäßig zu überprüfen. Die hierfür notwendigen Testintervalle werden bei der Berechnung des jeweiligen Sicherheitskreises bestimmt. 4.2 Funktionsüberprüfung Die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit des Messumformers für Füllstand, Trennschicht und Dichte ist regelmäßig alle 5 Jahre zu überprüfen. Die Überprüfung kann nur durch der Hersteller oder eine autorisierte Werkstatt durchgeführt werden. Hierbei sind folgende Arbeiten auszuführen: Aufnehmerteil zerlegen (SI EML1610 A-de, Kapitel 2) Sichtprüfung von Membran, Ausgleichsbohrungen, Aufhängung, Verdränger und Gefäß auf Sauberkeit, Korrosionsangriff und Anhaftungen Dichtring im Aufnehmerteil ersetzen (Spießkantdichtring aus Flanschwerkstoff) Dichtringe im Verstärkerteil prüfen und bei Bedarf ersetzen (einfetten) Beim Zusammenbau die in der SI angegebenen Schrauben-Anzugsdrehmomente beachten Einstellen des Messumformers nach MI EML1610 A-de Kapitel 8 Einstellen des Sicherheitsbereiches Überprüfung aller Einstellungen durch Anfahren des Nullpunktes, des Endwertes, eines Mittelwertes (z.b. 50%-Wert) und der Sicherheitseinstellungen Verriegelung der Einstellungen (Hardware-Schreibschutz, MI EML1610 A-de Kap. 8.1) 4.3 Reparaturen Defekte Geräte sollten unter Angabe der genauen Störung bzw. Ursache an die Reparaturabteilung der Fa. Foxboro Eckardt GmbH gesandt werden.

9 DOKT (de) 144LVD 9 5 SICHERHEITSTECHNISCHE KENNGRÖßEN Über diese Zusammenfassung hinausgehende Informationen, sind in Kapitel 8 beinhaltet. 5.1 Annahmen Die angegebenen Kenngrößen gelten unter folgenden Annahmen: Die Voraussetzungen aus Kapitel 1.2 sind erfüllt. Die Reparaturzeit (MTTR) nach einem Gerätefehler beträgt 8 Stunden. Prüfinterval: 5 Jahre. Diagnosezeit: < 5 min 5.2 Kenngrössen Gerätetyp HFT SFF PFD av λ du λ dd λ su λ sd g B 0 81% 2,6E FIT 179 FIT 276 FIT 60 FIT

10 10 144LVD DOKT (de) 6 LITERATURVERZEICHNIS [Ref. 1] DIN EN Teil 1-7 Beuth-Verlag, Berlin [Ref. 2] DIN IEC Teil 1-3 Beuth-Verlag, Berlin [Ref. 3] Functional safety and IEC A basic guide, November 2002 IEC [Ref. 4] [Ref. 5] [Ref. 6] 144LVD Intelligenter Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte Inbetriebnahmeanleitung: MI EML1610 A-(de) Serviceanleitung: SI EML1610 A-(de) Typenblatt: PSS EML1610 A-(de) Sicherheitstechnische Betriebsanleitung 140er Serie Ex EML0010 A-(de)

11

12

13

14