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    SIS系統元件的早先使用,何解?

    行業資信 2021-04-08 19:40:30
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    如果滿足某些要求,最終用戶在SIS系統中使用具有基于早先使用(prior use)數據的儀表元件,其可信度會更高。
    在IEC61511:1第3.2.51條將早先使用定義為:根據類似操作環境中的早先操作經驗,有文件記錄的用戶評估設備適合在SIS中使用并且可以滿足所需的功能和安全完整性要求。
    并給出了2條注釋,分別如下:
    注釋1:為了在早先使用的基礎上對SIS設備進行確認,用戶可以記錄該設備在類似的操作環境中取得了滿意的性能。應理解設備在操作環境中的行為,以實現計劃的設計、檢查、測試、維護和操作實踐足夠的高度確定性。
    注釋2:經驗證的使用是基于制造商對其設備的設計基礎(例如,溫度極限、振動極限,腐蝕極限、所需的維護支持)?!霸缦仁褂谩笔侵冈O備在特定操作環境下的工藝應用中的安裝性能,該環境通常不同于制造商的設計基礎。
    請注意IEC給出的定義及2條注釋中所提及的“使用證明”。別被哲學話題(先有雞還是先有蛋)所困擾。為了能夠利用經早先使用儀表組件,我們必須擁有可靠性數據源。
    根據工程實踐的安全生命周期中,在詳細設計階段選擇SIS組件。SIF的結構與下圖示:


    上圖顯示了包含組件和子系統的SIF的結構
    SIF中組件的選擇需要考慮組件的應用條件(操作條件和物理環境)、SIL要求、及滿足容錯要求的任何必要冗余等。
    在工程實踐中,失效數據可以從:基于IEC61508認證;基于早先使用證明;以及被認可的失效數據庫中獲得。
    在近幾年中,通過外部認證機構對儀表進行認證的制造商數量一直在增加,如TüV、exida等對儀表進行可靠性評估,并給出SIL和PFD值。這些評估是使用可靠性工具進行的,通?;贔MEDA技術。根據FMEDA確定故障率,然后計算該組件的SFF。
    來自分析的故障數據通常如下:
    單位:FIT
    故障類型:

    λSD(safe detected);
    λSU(safe undetected);
    λDD(dangerous detected);
    λDU(dangerous undetected)

    如上所述,基于IEC61508認證使用可靠性工具,其證書中所列數據應結合安全手冊所列條件。即使是采用具有IEC61508認證的組件,也應在現場進行監控,并收集和分析故障數據。
    對于已經過實際工況檢驗,基于早先使用的組件在SIS中使用是科學合理的。
    對于IEC61511中給出的定義進一步解釋,其適用性應包含:
    考慮制造商的產品質量、管理和配置系統;
    充分識別、規范組件和子系統;
    在類似的操作和物理環境中組件或子系統的性能檢驗;
    操作經驗。
    對于可靠性來說,眾所周知,有許多公式可用于計算可靠性數據,但是所有公式都需要良好的數據源才能提供真實的結果。IEC標準附錄中也給出了相關計算方法。數據收集格式可參考如下:


    IEC61511標準除了可靠性方面的要求外,還應評估組件的系統性故障。
    硬件隨機失效和系統性失效之間的主要區別在于,就其性質而言,系統性失效無法準確預測。也就是說,可以以合理的準確性對硬件隨機失效引起的系統故障率進行量化,但是由于無法輕易預測導致系統性失效的原因,因此無法對其故障率進行準確的統計量化。
    導致系統性失效的一些示例包括人為錯誤,如:
    SRS;
    硬件的設計、制造、安裝、操作;
    軟件的設計、實施。
    同樣重要一個理念是,不要將組件的使用壽命與可靠性相混淆。組件數量和分析數據量越大,組件的可靠性數據就越準確。組件的故障通常在組件生命周期的早期和后期階段更為突出,即浴盆曲線,如下圖示:


    采用安全儀表系統的生產企業和生產過程在大小和復雜性上都有所不同。例如,一些企業的數據收集可能是手工的,并記錄在紙質上;大型或跨國企業可能會使用計算機系統。
    成功收集數據的關鍵是記錄和分析與SIS相關的所有事件。這不僅包括故障數據,還包括測試、觸發、維護以及系統和組件發生的任何事件。
    為進行可靠性計算,有必要建立一個記錄臺賬,其中記錄每個組件的使用壽命、運行時間、測試、觸發、維護的頻率以及任何故障的描述和記錄。
    ISO14224詳細介紹了用于數據收集的分類方法,各個企業或組織也可能有自己內部的方法。強烈建議能夠建立結構化的數據庫,為可靠性和設計改進、可用性分析、維護策略、定量風險分析以及生命周期成本確定提供數據支撐。

    結構化的數據收集非常重要,應能提供以下(但不限于)內容:
    設備企業數據
    分類數據,例如所屬產業類型,單元/車間,地理位置;
    設備屬性,例如制造商的數據,設計特征;
    操作數據,例如操作模式,功率,環境。
    故障數據
    識別數據,例如故障記錄編號和發生故障的相關設備;
    用于表征故障的故障數據,例如失效數據、失效影響、失效模式、失效原因、失效檢測方法。
    維護數據
    識別數據,例如維修記錄編號,相關故障和設備記錄;
    維護數據,例如維護日期,維護類別,維護的影響;
    維護所需資源;
    維護時間等。
    為確保故障數據真正代表該組件,采用早先使用的最終用戶應提供詳細、徹底的證明測試和故障數據記錄,也便于后期數據審查。


    作者簡介:王明博,FS Eng(TüV Rheinland)-SIS,專注于過程安全與自動化


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