Eng. Luiz Franco Gerente Geral Westlock America Latina Mail : Cel :

(1)

“Conceito SIL aplicado de forma pratica em

válvulas On / Off”

“SIS Sistema Instrumentado de Segurança”

“PST Partial Stroke Testing”

“Sistema de Monitoração Digital de

Válvulas”

Eng. Luiz Franco

Gerente Geral Westlock – America Latina Mail : lfranco@westlock.com.br

(2)

TYCO International

Soluções Confiáveis e Seguras para o seu Negócio

-Uma empresa Global

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(3)

UMA EMPRESA DO GRUPO TYCO COM

ATUAÇÃO INDEPENDENTE E FÁBRICA NO BRASIL ATENDENDO TODA AMÉRICA LATINA. EXPORTANDO TECNOLOGIA PARA PAISES DE TODO PLANETA !!! WESTLOCK CONTROLS

(4)

SEGURANÇA EM PROCESSOS INDUSTRIAIS

Atuadores SIL 3 e Partial Stroke Testing ( PST )

(5)

PORQUE DEVEMOS INVESTIR EM SEGURANÇA !!!

Sensores + Lógica + ELEMENTOS FINAIS

O grande fator: “A Lei de Murphy” !

“Se algo puder dar errado, dará!”

Qualquer processo tem suas funções específicas, mas...

...devido à “Lei de Murphy”, temos que incluir funções

adicionais, para reduzir o risco de que ocorra alguma

falha no sistema que possa

Danificar ou Destruir bens,

ou ainda, ferir / matar pessoas

(6)

SEGURANÇA EM PLANTA INDUSTRIAL

(7)

CONCEITOS BÁSICOS

De Sistemas Instrumentados de Segurança ( SIS )

(8)

TIPOS DE VÁLVULAS

Existe uma grande variedade de válvulas e aplicações: Nosso foco nesta apresentação são as válvulas ESD

On-off automatizada

Emergency Shut Down Manuais

Segurança / Alívio

Auto-operadas

Quebra vácuo Controle

(9)

SISTEMA INSTRUMENTADO DE SEGURANÇA ( SIS )

Sensores, Lógica e Elemento Final formam uma corrente onde não pode haver um ponto fraco

“ Uma corrente é tão forte quanto seu elo mais fraco “

(10)

CONCEITOS BÁSICOS

De Nivel de Integridade de Segurança / Safety Integrity Level ( SIL )

- HAZOP modificado

- Análise Exclusiva de Conseqüências

- Matriz de Risco

- Gráfico de Risco

- Avaliação Quantitativa

- Decisão Corporativa

(11)

CONCEITOS BÁSICOS

De Nivel de Integridade de Segurança / Safety Integrity Level ( SIL )

SIL

representa um nível de probabilidade máxima de ocorrência

de um acidente, admitido para uma planta ou função.

Seu nível é definido através de métodos de avaliação contingencial

PFD

_avg

exprime a probabilidade média de que um equipamento

falhe de forma comprometedora, quando solicitado.

Deve ser a menor possível

(12)

CONCEITOS BÁSICOS

De Sistemas Instrumentados de Segurança ( SIS ) e Sistema Básico de Controle de Processos

Segurança Totalmente baseada no PLC de segurança

+

Transmissor de Posição com Solenóide SIL 3 ( PST ) + Atuador SIL 3 ( não está ligado numa malha de BPCS comum e vulnerável a falhas )

(13)

Graus de Risco

CONCEITOS BÁSICOS

(14)

Classificando os Riscos

Impacto Catastrófico sobre a Comunidade Impacto sobre os Empregados e sobre a Comunidade Danos Importantes sobre Propriedades e Produção. Possíveis ferimentos a Empregados. Danos Menores a Propriedades e à Produção

Graus de Risco

(15)

99.99% . 99.9% . 99% . 90% . Percentual de Disponibilidade dos Dispositivos

Associando Probabilidades

Graus de Risco

(16)

99.99% . 0.01% . 99.9% . 0.1% . 99% . 1% . 90% . 10% . Percentual de Disponibilidade dos Dispositivos Probabilidade de Falha dos Dispositivos na demanda

Associando Probabilidades

Graus de Risco

PFD_avg

(17)

Definindo os Padrões

99.99 . 0.0001 . 4 . Impacto Catastrófico sobre _{a Comunidade}

99.90 . 0.001 . 3 . 3 .

Impacto sobre os Empregados e sobre a Comunidade

99.00 . 0.01 . 2 . 2 .

Danos Importantes sobre Propriedades e Produção. Possíveis ferimentos a Empregados.

90.00 . 0.1 . 1 . 1 . _{Propriedades e à Produção}Danos Menores a

Percentual de Disponibilidade Probabilidade de Falha na demanda ANSI/ISA S84.01 IEC 61508 Graus de Risco SIL SIL PFD_avg

(18)

IEC 61508 ANSI/ISA S84.01 Probability of Failure on Demand Percentual de Disponibilidade dos Dispositivos 1 . 1 . 10%. 90% . 2 . 2 . 1% . 99% . 3 . 3 . 0.1%. 99.9% . 4 . 0.01%. 99.99% . AK1 AK2 AK3 AK4 AK5 AK6 AK7 AK8 1 2 3 4 5 6 8 7 0.001% 99.999% DIN V 19250 TUV Class SIL PFDavg TUV

(19)

CONCEITOS BÁSICOS

(20)

EMERGENCY SHUT DOWN

Arquiteturas de Sistemas de ESD : Topologias usuais no mercado

Ter um ESD com uma válvula convencional

NÃO oferece a segurança desejada. É o mesmo que usar a tecnologia de forma não muito apropriada

(21)

SEGURANÇA EM VÁLVULAS

Para sistemas de ESD ( Emergency Shut Down ) em Refinarias, Plataformas, Dutos e Indústrias em geral

PFD

_SIS

_{= 6}

₆

_{6 PFD}

EP

+ 6

6 PFD

6

L

+ 6

6

6 6 PFD

EF

Utilização de uma válvula convencional ou com acessório de PFD inadequado

6 PFD

EP

+ 6 PFD

L

+ 6 PFD

EF =

PFD

SIS

0,005 + 0,0005 + 0,05 = 0,0555 SIL2 SIL3 SIL1 = ( SIL 1 ) Solução:

(22)

A IMPORTÂNCIA DA PFD avg

Para sistemas de ESD ( Emergency Shut Down ) em Refinarias, Plataformas, Dutos e Indústrias em geral

SIL3 TYCO Valve/Actuator

+

SIL3 TYCO Valve/Actuator

=

SIL3 Accessory B SIL3 Westlock PST SIL2 SIL3 3 10000

PFD =

3 10000

PFD =

₁₀₀₀₀4 9 10000

PFD =

12 10000

PFD =

7 10000

PFD =

SIL3

: PFD =

₁₀₀₀₀1

to

₁₀₀₀₀10

Devemos prestar atenção especial nos acessórios !

PFD

= = λ λ x t/2x t/2

λ

λ : dangerous failure rate: dangerous failure rate

t : test interval

(23)

ATENÇÃO ESPECIAL PARA AS VÁLVULAS

(24)

CONCEITOS BÁSICOS

Determinação de PFD avg

Probabilidade combinada dos vários

equipamentos, tendo em conta, para cada

um:

PFD

_avg

= f{ MTBF

_d

; TI; MTTR }

PFD

_avg

= Probabilidade Média de Falha na

Demanda

MTBFd

= Tempo Médio Entre Falhas

perigosas

MTTR

= Tempo Médio de Reparo

(25)

WESTLOCK

exemplo de cálculo exemplo de cálculo exemplo de cálculo exemplo de cálculo 2/3

2/32/3 2/3

• Definição de PFD

_avg

:

• PFD_avg = Probability Média de Falha da Demanda

• D_C= Cobertura do diagnóstico • λD

• MTTR = Tempo Médio de Reparo

PFD_avg = DC x λD

sol x (MTTR x TIPS / 2) + (1 - DC) x λDsol * TIFS / 2)

• TI_PS = Intervalo entre Testes (Partial Stroke)

(26)

PARTIAL STROKE TESTING

Gerenciamento remoto das válvulas dos sistemas de Emergency Shut Down

Partial Stroke Testing

-- é um dispositivo que permite o teste “

é um dispositivo que permite o teste “

full

stroke

” da solenóide e o teste “

partial

stroke

” da válvula de shutoff (por exemplo,

fazendo

fazendo--a movimentar

a movimentar--se de 100% de

se de 100% de

abertura para 80%),um tanto que permite

saber que ela não está emperrada ou com

algum outro problema operacional, sem

afetar significativamente o fluxo.

Permite testar a válvula sem necessidade de

fechamento total e, portanto, sem efetuar shutdowns

freqüentes

.

(27)

PARTIAL STROKE TESTING

Porque o Partial Stroke Testing é fundamental para garantir a segurança de sua planta ou duto?

Válvulas Shutoff permanecem abertas ou fechadas por longos períodos e cada vez mais devem atender aos requerimentos dos processos e sistemas de segurança para que fiquem mais

tempo ainda sem ser acionadas.

O principal tipo de falha em válvulas tem sido o travamento. ( ou seja, numa situação REAL de emergência, a válvula não

funcionaria )

Se uma válvula é parte de um SIS, ela é o item que mais

contribui (~70%) para o indesejável aumento do PFD_avg ou tem

o impacto mais negativo sobre a redução de risco a ser atingida pelo SIS.

Para garantir que as válvulas de shutoff não estão travadas e para evitar testes periódicos in-loco ( manuais ) , o D-EPIC PST da Westlock constitui uma ferramenta fundamental para

(28)

PARTIAL STROKE TESTING

Porque o Partial Stroke Testing é fundamental para garantir a segurança de sua planta ou duto?

Partial Stroke Testing produz uma significante redução da

PFDavg ( Média da Probabilidade de Falha sob Demanda ) dos elementos finais de controle.

O Auto-teste constante da solenóide, da eletrônica ( hardware e software ) e verificação do status da válvula formam uma combinação eficiente para garantir o desempenho dos SIS´s,

(29)

WESTLOCK

Test Interval PFD_avg

168 hours (weekly) 1.12 x 10-04 730 hours (monthly) 4.85 x 10-04 2190 horas (quarterly) 1.45 x 10-03 4380 horas (semi-annual) 2.91 x 10-03 1 year 5.81 x 10-03 2 years 1.16 x 10-02 3 years 1.74 x 10-02 4 years 2.32 x 10-02 5 years 2.91 x 10-02

(30)

falcon solenoid

PFD PFDPFD

PFD_avg_avg_avg_avg x test intervalx test intervalx test intervalx test interval

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 Test Interval SIL 4 SIL 3 SIL 2 SIL 1 SIL 0

(31)

PARTIAL STROKE TESTING

Como funciona o PST em uma válvula esfera NA ( Normalmente Aberta ) e NF ( Normalmente Fechada )

Válvula

Normalmente Aberta

Válvula

Normalmente Fechada

(32)

Biffi Hidráulico

Biffi Pneumático

Morin

Pneumático Biffi Elétrico

ATUADORES DE RESPOSTA RÁPIDA

(33)

PARTIAL STROKE TESTING

(34)

MODELO DE PARTIAL STROKE TESTING

(35)

2 2 2 2 3 4 44 4 5 5 5 5 1 1 1 1

MODELO DE PARTIAL STROKE TESTING

(36)

MODELO DE PARTIAL STROKE TESTING

(37)

37 37

MODELO DE PARTIAL STROKE TESTING

ELETRÔNICO DIGITAL : TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE POSIÇÃO COM SOLENÓIDE INTEGRADA

E DIAGNÓSTICOS REMOTOS

(38)

PARTIAL STROKE TESTING

D-Epic : Transmissor de posição da válvula sem contato com a válvula ( maior precisão e sensibilidade )

O sensor de Efeito Hall representa

um significativo avanço para

garantir uma operação de PST

confiável e segura. Não há contatos

mecânicos da haste da válvula com o

D-EPIC PST, garantindo maior

precisão, confiabilidade e

disponibilidade operacional,

reduzindo o custo de manutenção e

permitindo percentuais mínimos de

acionamento, evitando distúrbios

nos processos quando o SIS utiliza

(39)

Terças Tecnológicas do Petróleo Terças Tecnológicas do Petróleo Terças Tecnológicas do Petróleo Terças Tecnológicas do Petróleo

PARTIAL STROKE TESTING

D-Epic : Transmissor de posição da válvula sem contato com a válvula ( maior precisão e sensibilidade )

– Projetado para calibração não intrusiva – LCD e Indicador Visual – Sensor de Posição

sem contato com a haste da válvula

• Opção de

montagem remota

– Sinal de saída digital e

modulante – Aplicação em válvulas Rotativas e Lineares – Protocolo HART e Foundation Fieldbus – Robusto ( invólucro em aço inox )

(40)

40

PARTIAL STROKE TESTING

SEGURANÇA EM VÁLVULAS ( SIL 3 )

40 Comandos Internos Comandos Externos ( magnético ) Display Alfanumérico ( D-Epic )

CALIBRACAO E PARAMETRIZACAO

(41)

Terças Tecnológicas do Petróleo Terças Tecnológicas do Petróleo Terças Tecnológicas do Petróleo Terças Tecnológicas do Petróleo

PARTIAL STROKE TESTING

D-Epic : Transmissor de Posição para Montagem em válvulas Lineares e Rotativas

(42)

PARTIAL STROKE TESTING

(43)

• Sistemas de Monitoração e Controle Simples Bobina (01 solenóide)

• Sistemas de Monitoração e Controle

Dupla Bobina / Dupla Solenóide

LINHA DE PRODUTO - QUANTUM

(44)

PONTO IMPORTANTE :

VÁLVULA SOLENÓIDE WESTLOCK COM RE-BREATHER(TM). IMPEDE ENTRADA DO MEIO EXTERNO NA CÂMARA DOS ATUADORES, REDUZINDO CUSTO DE MANUTENÇÃO E RISCOS DE FALHAS

(45)

FONTE VCC Exauste da Bobina Respiro do Diafragma Respiro da Mola Respiro do Atuador 1 3 2 Alimentação Pneumática > 45 PSI

SOLENÓIDE CONVENCIONAL

(46)

1 3 5 4 2 Alimentação Pneumática > 45 PSI FONTE VCC

SOLENÓIDE FALCON II

(47)

• Monitor de Posição – somente

Simples Bobina (01 solenóide)

Dupla Bobina / Dupla Solenóide

LINHA DE PRODUTO - INTELLIS

(48)

SIL 3

•• Concebido com base na Linha QuantumConcebido com base na Linha Quantum

•• Grande redução com instalaçãoGrande redução com instalação

•• Grande redução em cabosGrande redução em cabos

•• Redução nos custos de instalaçãoRedução nos custos de instalação

(49)

Implementação de Redes

(50)

•• •• •• DeviceNet Foundation Fieldbus ModBus AS-i ProfiBus

(51)

Invólucros em Plástico de Engenharia, Alumínio Invólucros em Plástico de Engenharia, Alumínio

“

(52)

-Rede Industrial LAN LAN LAN Comando de PST

MONITORAMENTO REMOTO DAS VÁLVULAS

(53)

EMERGENCY SHUT DOWN

Por isso o PST é importantíssimo para garantir a segurança das plantas e dutos

Garantir que a válvula vai funcionar quando requisitada pelo ESD / SIS !!! PSV

F&G

Fire

Suppression

(54)

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