Функционалдық қауіпсіздік жүйелеріндегі оператор әрекеттері мен араласулары

Адам факторы технологиялық қауіпсіздікті әлі де қалыптастырады

Автоматтандыру жүйелері мұнай өңдеу зауыттарында, электр станцияларында, химиялық қондырғыларда және теңіздегі нысандарда дами беруде. Дегенмен тәжірибелі операторлар зауыт қауіпсіздігіне әсер ететін ең маңызды факторлардың бірі болып қала береді. Олардың шешімдері автоматтандыру әрекет еткенге дейін ушығуды тоқтатуы немесе байқаусызда қауіпті технологиялық жағдайларды туындатуы мүмкін.

Қазіргі функционалдық қауіпсіздік инженериясы адам әрекеттесуін енді қосалқы мәселе ретінде қарастырмайды. Халықаралық стандарттар қазір оператор әрекеттерін SIL верификациясы, LOPA есептеулері және қауіпсіздік өмірлік циклін басқару аясындағы өлшенетін үлес ретінде айқындайды.

1-сурет. Қауіпсіздікке қатысты уақыт арақатынасы оператордың жауабы ушығуға тиімді түрде жол бермей алатынын анықтайды.

SIL бағалауларында оператор әрекеттері неліктен маңызды

Функционалдық қауіпсіздік зерттеулері қауіпті жағдайлар туындататын оператор әрекеттері мен олардың ушығуына жол бермейтін араласуларды ажыратады. Бұл айырмашылық тәуекелді азайту есептеулеріне және талап етілетін SIL мақсатты деңгейлеріне тікелей әсер етеді.

Іс жүзінде басқару бөлмесінің операторы клапандарды қате ретпен ауыстыру, айналып өту функциясын іске қосу немесе кешіктірілген әрекет арқылы ауытқуды бастауы мүмкін. Керісінше, сол оператор дабылдарға жауап беру немесе өшірудің қолмен орындалатын рәсімдерін бастау арқылы қорғаныс тосқауылы ретінде қызмет ете алады.

Бұл сценарийлер пайдалану тұрғысынан ұқсас көрінгенімен, IEC 61511 және CCPS LOPA әдістемелерінде оларға мүлде өзгеше қарастырылады.

Оператор әрекеті мен оператордың араласуы

Оператор әрекеті әдетте әдейі және рәсімге сәйкес орындалады. Ол жабдықты іске қосуды, рұқсат беретін шарттардың орындалуын растауды немесе апатты өшіру пәрменін іске қосуды қамтуы мүмкін. Араласу әдетте қалыптан тыс жағдай туындағаннан кейін орын алады.

Мысалы, сымды ESD батырмасын басу қауіпсіздік функциясының өзіне айналады. Қауіпті үдеу жағдайлары қалыптаспай тұрып, жоғары температура дабылына жауап беру тәуелсіз қорғаныс қабаты ретінде қарастырылуы мүмкін.

Инженерлік міндет адамның әрекет етуі үшін жеткілікті уақыттың, тәуелсіздіктің және сенімділіктің бар-жоғын анықтаудан тұрады.

Адам қателігі бастапқы оқиғаға айналғанда

IEC 61511 бастапқы оқиғаны процесті қауіпті жағдайға қарай жылжытатын ауытқу ретінде анықтайды. Адам қателігі бұл анықтамаға жиі сәйкес келеді.

Дұрыс ашылмаған айналма клапан, техникалық қызмет көрсету кезіндегі дұрыс орындалмаған айналып өту әрекеті немесе сынақтан кейін бұғаттауларды бастапқы күйіне қайтармау қорғаныс жүйелеріне сұраныс туғызуы мүмкін.

LOPA зерттеулерінде бұл әрекеттерге бастапқы оқиға жиілігі (IEF) беріледі. Тағайындалған жиілік белгілі бір адам қателігінің зауыт жұмысы кезінде шын мәнінде қаншалықты жиі орын алуы мүмкін екенін көрсетеді.

Адам сенімділігі ешқашан тұрақты болмайды

Оператордың жұмысы күйзеліс, шаршау, дабылдарды нашар басқару немесе жоғары жұмыс жүктемесі жағдайында өзгереді. Осы өзгергіштікке байланысты қауіпсіздік зерттеулерінде адам сенімділігіне қатысты консервативті болжамдар қолданылады.

Қарапайым әрі жақсы меңгерілген рәсімдердің бастапқы оқиға жиілігі төмен болуы мүмкін. Қалыпты емес пайдалану жағдайларындағы күрделі араласуларға айтарлықтай жоғары мәндер беріледі.

2-сурет. Қауіпсіздік зерттеулерінде адам әрекеттері бастапқы оқиғаларға да, қорғаныс әрекеттеріне де әсер етеді.

Ескі үлестірілген басқару жүйелерімен жұмыс істейтін зауыттар дабылдардың шамадан тыс көп түсуі мен HMI макеттерінің бірізді болмауына байланысты адам факторына қатысты қосымша тәуекелдерге жиі ұшырайды. Бұрынғы платформаларын жаңартып жатқан көптеген нысандар дабылдардың басымдығын анықтауды және оператордың жағдайды көру мүмкіндігін жақсарту үшін заманауи DCS басқару жүйелерін біріктіреді.

Операторларды тәуелсіз қорғау қабаттары ретінде есепке алуға бола ма?

Қолмен араласу қатаң шарттар орындалған жағдайда ғана IPL ретінде танылуы мүмкін. Әрекет бастапқы себептен тәуелсіз болуы, процестің қолжетімді қауіпсіздік уақыты ішінде орындалуы және расталған пайдалану рәсімдеріне сай жүргізілуі керек.

ISA TR84 сияқты стандарттар мен CCPS нұсқаулықтары адам әрекетінің табиғи түрде тұрақсыз болуына байланысты қолмен іске қосылатын IPL үшін есепке алынатын үлесті әдетте шектейді. Көптеген нысандарда оператор әрекеті үшін қабылданатын тәуекелді азайту коэффициентінің ең жоғары мәні 10 болып қала береді.

Процестің қауіпсіздік уақыты іске асу мүмкіндігін анықтайды

Процестің қауіпсіздік уақытының жеткіліктілігі оператордың араласуының іске асу мүмкіндігін анықтайды. Егер операторлардың процестегі ауытқуға әрекет етуге бірнеше минуты болса, қолмен әрекет ету әлі де қолайлы болуы мүмкін.

Егер процесс бірнеше секунд ішінде қауіпті жағдайға жетсе, автоматтандыру міндетті болады. Ешбір шынайы оқыту бағдарламасы аса қысқа жауап беру терезелерінде қолмен жасалатын араласудың сәтті болуына тұрақты түрде кепілдік бере алмайды.

Бұл айырмашылық жоғары жылдамдықты турбиналық жүйелердің, жанарғыны басқару қолданбаларының және компрессорларды қорғау жүйелерінің неліктен тек процедуралық араласуға емес, арнайы қауіпсіздік платформаларына барған сайын көбірек сүйенетінін түсіндіреді.

SIF шекарасындағы қолмен ажырату әрекеттері

Көптеген инженерлер ажыратуды қолмен орындау әрекеттерін бастапқы оқиғалар ретінде қате жіктейді. Шын мәнінде, апаттық ажыратуды әдейі іске қосу көбіне SIF-тің өз бөлігі болады.

IEC 61511 стандарты қолмен орындалатын әрекет қауіпсіздік функциясын іске қосқанда, оны қолдайтын әрбір элемент SIF шекарасына кіретінін нақты көрсетеді. Бұған батырмалар, сымдар, логикалық шешім қабылдағыштар, оператор процедуралары және оқыту талаптары кіреді.

Автоматты іске қосу шегіне жетпей тұрып анықталған реактор қысымының артуын қарастырайық. Оператор қалыптан тыс ағып кетуді байқап, жағдай ушығып кетпей тұрып ажыратуды қолмен іске қосуы мүмкін.

Бұл жағдайда қауіпті оператор тудырмайды. Әрекет тәуекелді белсенді түрде азайтады, сондықтан ол қауіпсіздік функциясының жобасына кіреді.

3-сурет. Қолмен ажырату мүмкіндігі көбіне жалпы қауіпсіздік аспаптық функциясының бір бөлігі ретінде жұмыс істейді.

Triconex қауіпсіздік жүйелері сияқты біріктірілген қауіпсіздік контроллерлерін пайдаланатын нысандар стандартты технологиялық басқару қабаттарына тәуелділікті азайту үшін арнайы сымды ажырату жолдарын жиі іске асырады.

Адам әрекеттерін LOPA есептеулерімен байланыстыру

LOPA талдауы пайдалану сценарийлерін тәуекелдің сандық тәуелділіктеріне түрлендіреді. Адам қателерінің жиілігі, IPL тиімділігі және нысаналы оқиғалар жиілігі бірігіп, SIF үшін талап етілетін тұтастық деңгейін айқындайды.

Практикалық жобаларда оператор қателері қорғаныс сұранысының қаншалықты жиі туындайтынын көбіне айқындайды. Содан кейін қауіпсіздік жүйелері оқиғалардың қолайлы рұқсат етілетін жиіліктеріне қол жеткізу үшін қажетті тәуекелді азайтуды қамтамасыз етеді.

4-сурет. Адам әрекеттері бастапқы сұраныс жиіліктеріне және талап етілетін SIF тұтастығы деңгейлеріне әсер етеді.

Жұмыс істеп тұрған өндірістік қондырғылардағы инженерлік шындық

Нақты жағдайлардағы қауіпсіздік зерттеулері тек математикаға байланысты сирек сәтсіздікке ұшырайды. Олар оператор әрекеті туралы болжамдар шынайылығын жоғалтқанда сәтсіз болады.

Инженерлер кейде апаттық жағдайлар кезіндегі жұмыс жүктемесін, бір мезгілде болатын оқиғаларды немесе байланыс кідірістерін ескермей, дабылға әрекет ету сапасын асыра бағалайды. Теориялық тұрғыдан жарамды IPL басқару бөлмесіндегі орта шамадан тыс жүктелсе, іс жүзінде тиімділігін жоғалтуы мүмкін.

Бұл мәселе зауыттар өндіріс қарқынын арттырып, штат саны ықшам модельдерге көшкен сайын айқынырақ көріне бастады.

Функционалдық қауіпсіздік барған сайын адамға бағдарлануда

Функционалдық қауіпсіздікті дамытудың келесі кезеңі тек аппараттық құралдарға емес, адам мен машинаның өзара әрекеттесуіне баса назар аударады. Дабылдарды оңтайландыру, эргономикалық HMI дизайны және оператор шешімдерін қолдау жүйелері қауіпсіздік көрсеткіштеріне енді сенсорлар мен логикалық солверлер сияқты деңгейде ықпал етеді.

Заманауи SIS архитектуралары болжамды диагностика, дабылдарды уақытша жасыруды басқару және операторға нұсқау беру жүйелерін қазірдің өзінде біріктіреді. Алайда тәжірибелі операторлар үдеріс жағдайы белгісіз болған кезде автоматтандыру толық қайталай алмайтын пайымдауды әлі де қамтамасыз етеді.

Саладағы үрдіс анық: автоматтандыру жылдамдық пен бірізділікті қамтамасыз етеді, ал операторлар қалыптан тыс оқиғалар кезінде бейімделгіш пайымдау жасайды.

Автордың пікірі

Көптеген SIL зерттеулері әлі де қалыптан тыс пайдалану жағдайларындағы адам мінез-құлқының күрделілігін жете бағаламайды. Оператордың әрекет етуі туралы тым оптимистік болжамдар бастапқыда жоба құнын төмендетуі мүмкін, алайда олар жасырын пайдалану тәуекелін тудырады.

Сенімділікті арттыруға ұмтылатын нысандар ұзақ әрекет ету уақыты қажет болатын сценарийлер мен сұранысы төмен операциялар үшін қолмен араласуды сақтауы тиіс. Ауыр салдарға әкелуі мүмкін үдерістерге тәртіпке негізделген оператор рәсімдерімен сүйемелденетін автоматты қорғаныс әрекеті қажет, бірақ ол рәсімдерге тәуелді болмауы керек.

Ең мықты қауіпсіздік стратегиялары автоматтандыруды, нақты пайдалану философиясын, шынайы дабылдарды басқаруды және операторлардың біліктілігін үздіксіз дамытуды біріктіреді.

Оливер Грант | Функционалдық қауіпсіздік жөніндегі аға талдаушы

Оливер Гранттың технологиялық үдерістер қауіпсіздігі инженериясы, SIL верификациясы және авариялық ажырату жүйелерін интеграциялау салаларында 14 жылдан астам тәжірибесі бар. Оның тәжірибесі Honeywell, Yokogawa, Emerson DeltaV, HIMA және Rockwell Automation платформалары қолданылатын мұнай өңдеу, СТГ өндіру және электр энергиясын өндіру нысандарындағы қауіпсіздік өмірлік циклі жобаларын қамтиды.