Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis IEC VDI/VDE2180

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1 Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis IEC VDI/VDE2180 Dr. Pirmin Netter Infraserv Bekanntgegebener Sachverständiger nach 29a BImSchG _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 1 Überblick Regelwerke IEC alte Welt neue Welt DIN EN VDE 0803 IEC DIN EN VDE 0810 DIN V 0801 DIN V / DIN V VDI/VDE VDI/VDE VDI/VDE NE 31 IV / _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 2 1

2 Überblick Regelwerke alte Welt neue Welt StörfallV NE 79 NE 97 DIN V 19250/51 DIN EN VDE 0810 Sicherheitsmanagementsystem NE 93 NE 106 VDI/VDE SR 4 3 gerichtsfeste Umsetzung in die Praxis _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 3 Risikograph für PLTSchutzeinrichtungen S1 W3 W2 W1 1 Keine PLTSchutzeinrichtung (z. B. technische Arbeitsschutzmaßnahmen) S2 A1 G1 G SIL 1 A2 G S3 A1 G SIL 2 S4 A SIL 3 SIL 4* PLTSchutzeinrichtung nicht ausreichend *) wegen des erforderlichen überproportionalen Aufwands ist SIL 4 möglichst zu vermeiden! _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 4 2

3 Anforderungen der IEC 61508/11 an PLTSchutzeinrichtungen im Anforderungsmodus Risikobereich AK SIL Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls / a (U = Unverfügbarkeit), PFD Verfügbarkeit (V = 1 U) I bis < bis < ,9 0, ,99 0,999 II bis < , , bis < , ,99999 PFD = ½ λ Ti _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 5 Wie Nachweis? Rechnerisch Tabellen: Ausfallraten von Einzelkomponenten Beispiele: OREDA, Kerntechnik Rechenprogramme: Am Markt erhältlich Daten sind statistisch fundiert, da auf hinreichend großer Anzahl gleichartiger Einsatzbedingungen basierend. Nicht übertragbar auf das breite Einsatzspektrum von Feldgeräten in verfahrenstechnischen Anlagen der chemischen und pharmazeutischen Industrie mit den unterschiedlichsten Einsatzbedingungen große Schwankungsbreite / Daten nicht statistisch fundiert. Deshalb gibt es hier keine vergleichbaren Tabellen! _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 6 3

4 Ausfallrate λ Schaltraum Feld λ Lab SSPS Offshore Kerntechnik Petrochemie Chemie Pharma λ feld Nachweis rechnerisch Betriebsbewährte Geräte _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 7 Definition betriebsbewährt gem. IEC Eine Komponente ist dann betriebsbewährt, wenn eine Untersuchung mit entsprechender Dokumentation ergeben hat, dass geeignete Nachweise über frühere Einsätze belegen, dass die Komponente für den Einsatz in einem sicherheitstechnischen System geeignet ist Der SIL ist numerisch festgelegt zum Vergleichen alternativer Entwürfe und Lösungen. Viele systematische Ursachen für Ausfälle können nur qualitativ angegeben werden Informationen bzgl. Betriebserfahrung werden bei Feldgeräten meistens in Form von Standardgerätelisten der Anwender festgehalten _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 8 4

5 Praktisches Beispiel Füllstand SSPS Ventil PFD Sys = PFD Sensor + PFD SSPS + PFD Aktor Füllstand Füllstand Füllstand 2v3 SSPS 1v3 1v2 Ventil Ventil PFD Sys = 4 (PFD Sensor ) 2 + PFD SSPS + 4 / 3 (PFD Aktor ) _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 9 Verfügbare Daten PFD = ½ λ Ti λ Sensor λ Aktor NHHandbook: 0,3 Process Equipment 0,02 Reliability Data AIChE: NHHandbook und AIChE: 0,05 PFD SSPS = 2, _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 10 5

6 Rechnerischer SIL Nachweis (PFD Werte) Sensorik 2v3 SSPS 1v3 Aktorik 1v2 System NH: jährliche Prüfung 2, , , SIL 1 AlChE: jährliche Prüfung 2, , , SIL 2 NH: 6, monatliche Prüfung 2, , , SIL 3 AlChE: 2, monatliche Prüfung 2, , , SIL 4 Ohne Berücksichtigung der Einsatzbedingungen!!! _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 11 Unterstützung seitens der Behörde Unsere Aufsichtsbehörden haben sich in der Vergangenheit intensiv mit der quantitativen Vorgehensweise in Nachbarländern beschäftigt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse führten dazu, dass der Einsatz betriebsbewährter Feldgeräte in unseren Anlagen voll unterstützt wird. Forderung: begleitende Maßnahmen zum Nachweis der Betriebsbewährtheit _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 12 6

7 NAMUR Konzept (topdown) Annahme: Maßnahme: Ziel: Ergebnis: Alle PLTSchutzeinrichtungen werden nach den einschlägigen technischen Richtlinien geplant, errichtet und betrieben (VDI/VDE 2180, DIN EN VDE 0810). Alle PLTSchutzeinrichtungen werden einer Stördatenerfassung unterzogen. Die SILAnforderungen werden für das Kollektiv erreicht. Damit wird das Sicherheitskonzept (siehe Annahme ) in der Praxis bestätigt. Die Vorgehensweise ist in NE 93 (2001) beschrieben _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 13 Störungserfassung für PLT Schutzeinrichtung Betroffene Komponente Wie Störung erkannt? Ursache aktiver / passiver Fehler? Redundanzgrad Kurzbeschreibung _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 14 7

8 Stördatenauswertung gemäß NE bis 2004 Firma Bereich AgrolinzMelamin Linz Allessa Chemie GmbH Frankfurt Aventis Pharma inkl. Diabel Basell Polyolefine BASF Europa Bayer AG Leverkusen Bayer CropScience Leverkusen Bayer CropScience Frankfurt Celanese Clariant GmbH alle Standorte _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 15 Stördatenauswertung gemäß NE bis 2004 Firma Bereich Degussa BRD u. Belgien Dyneon Gendorf DyStar Leverkusen Fluorchemie INEOS Phenol Gladbeck Infraserv Gendorf Gendorf Infraserv (Gruppe) INVISTA Bad Hersfeld INVISTA Offenbach Kuraray Specialities Europe _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 16 8

9 Stördatenauswertung gemäß NE bis 2004 Firma Bereich LII Europe Lonza Visp Merck KGaA Darmstadt Merck KGaA Gernsheim Nutrinova PCK Raffinerie Schwedt/Oder DSM Nutritional Products AG Sisseln DSM Nutritional (Roche Vitamine GmbH) Grenzach Wyhlen Sabic Gelsenkirchen Sandoz _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 17 Stördatenauswertung gemäß NE bis 2004 Firma Bereich Sasol Germany Marl SE Tylose Wiesbaden Siemens A&D Ticona Kelsterbach Vestolit Marl Vinnolit Polymer Gendorf Wacker Chemie GmbH Burghausen/ Nünchritz Gesamtsumme: _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 18 9

10 MTBF bzgl. passiver Fehler Anzahl Passive Fehler MTBF einkanalige Systeme a 289a 378a zweikanalige Systeme a 5.484a 2.163a Summe * * zusätzlich andere Redundanzgrade: 154 Stück =^ 0,5 % _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 19 Ermittlung der MTBF ( ) Einkanalige Schutzeinrichtungen Bezugsgröße einkanalig Bezugsgröße zweikanalig 2004: 2 x Gesamt Bezugsgröße Anzahl passive Fehler in einkanaligen Systemen Anzahl passive Fehler in zweikanaligen System Gesamtanzahl passiver Fehler 279 MTBF e = = 216a Zweikanalige Schutzeinrichtungen MTBF z = = 2.797a _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 20 10

11 Mathematische Zusammenhänge V = MTBF MTBF + ½ Ti Forderung aus IEC 61511: SIL 1 : V = 0,9... 0,99 SIL 2 : V = 0, ,999 SIL 3 : V = 0, , _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 21 Berechnung für einkanalige Systeme ( ) Ti Das mittlere Prüfintervall ist erfahrungsgemäß kleiner als jährlich. WorstcaseAnsatz: Rechnung mit jährlichem Prüfintervall V = MTBF MTBF + ½ Ti V = = = 0, ½ x 1 216,5 SIL 2: V = 0, ,999 erfüllt! _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 22 11

12 Zusammenfassung Mitmachquote bisher sehr erfreulich Bisherige Auswertungen bestätigen, dass eingesetzte Technik die Verfügbarkeitsanforderung der SIL 2 und 3 in Summe erfüllt Statistik allerdings noch nicht hinreichend fundiert _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 23 Ausblick Schritt 1: Datenmaterial weiter ergänzen zur Stabilisierung der statistischen Aussagen (Weitere Firmen haben Mitarbeit signalisiert) Schritt 2: Weitere Differenzierung der Daten erforderlich Meßgrößen: L, P, T, Q, F... Prüfzyklen _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 24 12

13 Weitere Vorgehensweise Stördatenerfassung 2004 / 2005 wird begleitet durch ein behördenfinanziertes Projekt unter Mitarbeit einer Hochschule. Projektinhalte: Zusammenstellung und Auswertung aller heute verfügbaren Daten nach statistischen Gesichtspunkten (Vertrauensintervall...) Gruppenbildung, ggf. Nachverfolgung bestimmter passiver Fehler Berechnung von Typicals auf Basis vorhandener Verfügbarkeitsdaten für Einzelkomponenten unter Anwendung der am Markt vorhandenen Tools (bottom up) Zusammenführung der bottomup mit der topdownmethode _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 25 PFDKonfidenzintervalle für erfasste Gruppen von PLTSchutzeinrichtungen (top down) Total: < SIL 1 SIL 1 SIL 2 SIL 3 SIL 4 > SIL 4 Druck (P): < SIL 1 SIL 1 SIL 2 SIL 3 SIL 4 > SIL 4 Temperatur (T): < SIL 1 SIL 1 SIL 2 SIL 3 SIL 4 > SIL 4 Füllstand (L): < SIL 1 SIL 1 SIL 2 SIL 3 SIL 4 > SIL 4 PFDKonfidenzintervall laut NAMURStördaten Analyse (Q): < SIL 1 SIL 1 SIL 2 SIL 3 SIL 4 > SIL _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 26 13

14 Empfehlung Einführung eines Verfahrens zum Nachweis der Betriebsbewährtheit von PLTKomponenten z. B. mit Typprüfung im Labor, Erprobungsphase, Betriebseinsatz (NE 79) Standardgeräteliste Typicals Stördatenerfassung _Qualifizierung von Feldgeräten auf Basis der IEC61511.ppt 27 14