Sécurité fonctionnelle (SIL) et composants mécaniques : Comment les presse-étoupes influencent-ils les niveaux d'intégrité de la sécurité et préviennent-ils les défaillances catastrophiques ?

La défaillance d'un seul presse-étoupe peut compromettre l'ensemble d'un système de sécurité classé SIL. Comprendre comment les composants mécaniques affectent la sécurité fonctionnelle est essentiel pour prévenir les catastrophes industrielles.

Les presse-étoupes ont un impact sur la sécurité fonctionnelle en raison de leurs modes de défaillance, de leurs capacités de protection environnementale et de leurs niveaux de capacité systématique, ce qui nécessite une évaluation SIL appropriée, une analyse des données relatives au taux de défaillance et une intégration dans la conception globale du système instrumenté de sécurité afin de maintenir les niveaux d'intégrité de sécurité requis.

Le mois dernier, Hassan m'a appelé d'urgence de son usine pétrochimique. Leur système d'arrêt d'urgence SIL 2 était tombé en panne pendant les tests parce qu'une infiltration d'eau à travers un presse-étoupe défectueux avait provoqué un dysfonctionnement du capteur. Cet incident m'a rappelé pourquoi les composants mécaniques méritent la même attention dans la conception de la sécurité fonctionnelle.

Table des matières

• Qu'est-ce que la sécurité fonctionnelle et comment les composants mécaniques s'y intègrent-ils ?
• Comment les presse-étoupes affectent-ils les performances des systèmes instrumentés de sécurité ?
• Quelles sont les exigences SIL pour les presse-étoupes dans les applications de sécurité ?
• Comment sélectionner et spécifier les presse-étoupes pour les systèmes homologués SIL ?

Qu'est-ce que la sécurité fonctionnelle et comment les composants mécaniques s'y intègrent-ils ?

Sécurité fonctionnelle¹ se concentre sur la prévention des défaillances dangereuses dans les systèmes essentiels à la sécurité. Si l'attention se porte souvent sur les composants électroniques, les pièces mécaniques telles que les presse-étoupes jouent un rôle tout aussi crucial.

La sécurité fonctionnelle exige que tous les composants de la chaîne de sécurité respectent les niveaux d'intégrité spécifiés, y compris les composants mécaniques qui assurent la protection de l'environnement, l'intégrité des signaux et la fiabilité du système par le biais de leurs modes de défaillance, de leurs exigences en matière de maintenance et d'évaluations systématiques des capacités.

Comprendre les niveaux d'intégrité de la sécurité (SIL)

Définitions et exigences du SIL :

Remarque : Niveaux d'intégrité de la sécurité (SIL)² quantifier le niveau cible de réduction des risques fourni par une fonction de sécurité. La fonction de sécurité Probabilité de défaillance à la demande (PFD)³ est une mesure clé pour les systèmes fonctionnant en mode de faible demande.

Le rôle des composants mécaniques

Fonctions critiques dans les systèmes de sécurité :

• Protection de l'environnement: Empêcher les infiltrations susceptibles de provoquer des défaillances dangereuses
• Intégrité du signal: Maintien de la continuité et de l'isolation électrique
• Fiabilité mécanique: Garantir la sécurité des connexions en cas de stress
• Capacité systématique: Soutenir les exigences de l'architecture globale du système

David a récemment fait part de son expérience : "Chuck, nous n'avions jamais réalisé à quel point notre choix de presse-étoupe affectait nos calculs SIL jusqu'à ce que nous fassions une analyse appropriée. L'impact était considérable.

Cadre CEI 61508 pour les composants mécaniques

Exigences relatives au cycle de vie :

1. Phase de conception: Analyse des risques, y compris les modes de défaillance mécanique
2. Phase de conception: Évaluation systématique des capacités des pièces mécaniques
3. Mise en œuvre: Procédures d'installation et de configuration correctes
4. Fonctionnement: Protocoles d'entretien et d'essai
5. Déclassement: Procédures d'enlèvement et d'élimination en toute sécurité

Le IEC 61508⁴ fournit un cadre complet pour la gestion de la sécurité fonctionnelle tout au long du cycle de vie d'un système.

Niveaux de capacité systématiques :

• SC 1: Pratiques de conception et documentation de base
• SC 2: Amélioration de la gestion et de la vérification de la qualité
• SC 3: Processus de développement formel et évaluation indépendante
• SC 4: Niveau le plus élevé avec une gestion complète du cycle de vie

Comment les presse-étoupes affectent-ils les performances des systèmes instrumentés de sécurité ?

Les presse-étoupes influencent les performances des SIS par le biais de multiples mécanismes de défaillance qui peuvent compromettre les fonctions de sécurité. Il est essentiel de comprendre ces impacts pour concevoir un système adéquat.

Les presse-étoupes affectent les performances du SIS par des défaillances dangereuses non détectées (infiltration d'eau entraînant une dérive du capteur), des défaillances dangereuses détectées (rupture complète du joint), des défaillances sûres (fuite évidente) et des défaillances systématiques (installation ou spécification incorrectes), chacune nécessitant des stratégies d'atténuation différentes.

Analyse des modes de défaillance des presse-étoupes

Défaillances dangereuses non détectées (DU) :

• Dégradation progressive du joint permettant la pénétration de l'humidité
• Perte partielle du blindage CEM entraînant des interférences
• Corrosion lente des composants internes
• Micro-mouvements provoquant des connexions intermittentes

Défaillances dangereuses détectées (DD) :

• Défaillance complète du joint avec fuite évidente
• Dommages mécaniques empêchant une bonne étanchéité
• Corrosion ou détérioration visible
• Déplacement ou arrachement du câble

Défauts de sécurité (S) :

• Un serrage excessif provoque des dommages évidents
• Perte totale de l'évaluation environnementale
• Défaillance mécanique empêchant l'installation
• Indication claire d'un compromis

Impact sur les performances de la fonction de sécurité

Effets sur l'intégrité du signal :

• La pénétration d'eau peut entraîner une dérive de la mesure du capteur
• La corrosion augmente la résistance des contacts
• La dégradation de la CEM permet des interférences
• Les cycles de température affectent l'étalonnage

Hassan m'a raconté : "Nous avons découvert que la pénétration d'humidité dans les presse-étoupes entraînait une dérive de 2% de nos transmetteurs de pression, ce qui était suffisant pour empêcher le bon fonctionnement du déclenchement".

Évaluation quantitative de l'impact

Contributions au taux d'échec :

• Taux de défaillance des presse-étoupes : 10-⁶ à 10-⁴ défaillances par heure
• Facteurs environnementaux : multiplicateur de 2x à 10x
• Qualité de l'installation : multiplicateur de 1,5x à 5x
• Efficacité de l'entretien : multiplicateur de 0,5x à 2x

Exemple de calcul du VFI :
Pour un système de soupape de sécurité SIL 2 :

• Capteur PFD : 1×10-³
• Solveur logique PFD : 5×10-⁴
• Élément final PFD : 2×10-³
• Contribution du presse-étoupe : 1×10-⁴
• PFD total du système : 3,6×10-³ (toujours dans la fourchette SIL 2)

Causes communes de défaillance

Facteurs de stress environnementaux :

• Cycle de température affectant plusieurs glandes
• Exposition chimique entraînant une dégradation systématique
• Les vibrations desserrent les connexions dans le système
• Dégradation des matériaux d'étanchéité par le rayonnement UV

Stratégies d'atténuation :

• Divers types de presse-étoupes et de matériaux
• Méthodes d'étanchéité redondantes
• Programmes d'inspection et d'entretien réguliers
• Mesures de protection de l'environnement

Chez Bepto, nous fournissons une analyse détaillée des modes de défaillance et des données de fiabilité pour tous nos presse-étoupes afin d'étayer vos calculs SIL. Notre équipe d'ingénieurs peut vous aider à optimiser la conception de votre système de sécurité. 😉

Quelles sont les exigences SIL pour les presse-étoupes dans les applications de sécurité ?

Les presse-étoupes utilisés dans les systèmes classés SIL doivent répondre à des exigences spécifiques en matière de capacité systématique, de taux de défaillance et de documentation. Ces exigences varient en fonction du niveau SIL et de l'application.

Les exigences SIL pour les presse-étoupes comprennent la certification systématique de la capacité (SC 2 minimum pour les applications SIL 2), des données documentées sur le taux de défaillance, des procédures de test de preuve, des intervalles de maintenance et l'intégration dans les processus globaux de gestion du cycle de vie de la sécurité.

Exigences systématiques en matière de capacités

Exigences SC 2 (minimum pour SIL 2) :

• Système de gestion de la qualité (ISO 9001 ou équivalent)
• Procédures de gestion de la configuration
• Processus de vérification et de validation
• Systèmes de documentation et de traçabilité
• Gestion des compétences du personnel

Exigences SC 3 (recommandé pour SIL 3) :

• Cycle de développement formel
• Activités de vérification indépendantes
• Mesures avancées d'assurance qualité
• Protocoles d'essai complets
• Évaluation et certification par un tiers

Exigences en matière de documentation

Dossier de documentation essentiel :

• Manuel de sécurité avec analyse des modes de défaillance
• Procédures d'installation et d'entretien
• Instructions et intervalles pour les tests d'épreuve
• Limitations environnementales et facteurs de déclassement
• Certificat de capacité systématique

Exigences en matière de données sur le taux de défaillance :

• Valeurs lambda (λ) pour différents modes de défaillance
• Facteurs de stress environnementaux
• Intervalles de confiance et sources de données
• Durée de la mission et considérations relatives à l'usure
• Analyse des causes communes de défaillance

David nous a fait part de son expérience : "Le fait de disposer d'une documentation SIL appropriée de Bepto a facilité notre évaluation par le TÜV. L'évaluateur a été impressionné par l'exhaustivité du dossier de sécurité".

Exigences en matière de tests d'épreuve

Objectifs du test d'épreuve :

• Détecter les défaillances dangereuses non détectées
• Vérifier le maintien de la capacité de la fonction de sécurité
• Restaurer le système dans un état de sécurité connu
• Mettre à jour les données relatives au taux d'échec sur la base de l'expérience acquise

Procédures d'essai d'étanchéité des presse-étoupes :

1. Inspection visuelle des dommages ou de la détérioration
2. Vérification du couple dans les plages spécifiées
3. Essai de résistance d'isolation
4. Essais de pression pour les applications scellées
5. Vérification de la continuité pour les applications CEM

Intégration au cycle de vie de la sécurité

Intégration de la phase de conception :

• Inclure les presse-étoupes dans les Études HAZOP⁵
• Prendre en compte les modes de défaillance dans l'analyse AMDE
• Spécifier les exigences systématiques en matière de capacités
• Définir des stratégies de test de preuve

Exigences de la phase d'exploitation :

• Programmes d'inspection réguliers
• Programmes de maintenance préventive
• Rapport et analyse des incidents
• Suivi des performances et des tendances

Hassan m'a récemment raconté : "L'intégration des exigences relatives aux presse-étoupes dans notre système de gestion du cycle de vie de la sécurité nous a permis d'identifier les problèmes potentiels avant qu'ils ne deviennent des problèmes".

Comment sélectionner et spécifier les presse-étoupes pour les systèmes homologués SIL ?

La sélection et la spécification correctes des presse-étoupes pour les applications SIL nécessitent une évaluation systématique des exigences de sécurité, des conditions environnementales et des considérations relatives au cycle de vie.

La sélection des presse-étoupes pour les systèmes SIL nécessite une évaluation du niveau de capacité systématique, des données relatives au taux de défaillance, de la compatibilité avec les objectifs de sécurité, de l'adéquation à l'environnement, de la faisabilité des essais de vérification et de la disponibilité à long terme pour répondre aux exigences du cycle de vie du système.

Matrice des critères de sélection

Exigences en matière de sécurité :

• Niveau SIL requis et capacité systématique
• Objectifs et répartition du taux d'échec
• Compatibilité de l'intervalle de test d'épreuve
• Considérations sur les causes communes de défaillance
• Exigences en matière d'accessibilité pour l'entretien

Spécifications techniques :

• Types de câbles et gammes de tailles
• Indices de protection environnementale (IP, NEMA)
• Compatibilité des matériaux avec les fluides de traitement
• Température et pression nominales
• Exigences en matière de CEM et de mise à la terre

Considérations relatives au cycle de vie :

• Durée de vie prévue (généralement plus de 20 ans)
• Disponibilité des pièces détachées
• Stabilité et soutien des fournisseurs
• Gestion de l'obsolescence
• Flexibilité de mise à niveau et de modification

Processus d'élaboration des spécifications

Étape 1 : Analyse des exigences de sécurité

• Examiner la conception du SIS et la spécification des exigences de sécurité
• Identifier les emplacements et les fonctions des presse-étoupes
• Déterminer les allocations de taux de défaillance
• Spécifier les exigences systématiques en matière de capacités

Étape 2 : Évaluation environnementale

• Analyser les conditions de l'environnement d'installation
• Tenir compte des exigences en matière de compatibilité chimique
• Évaluer les facteurs de stress mécanique
• Évaluer l'accessibilité de l'entretien

Étape 3 : Spécifications techniques

• Définir les exigences de performance
• Préciser les besoins en matière d'essais et de certification
• Établir des exigences en matière de qualité et de documentation
• Inclure des dispositions relatives au soutien du cycle de vie

Critères d'évaluation des fournisseurs

Capacité technique :

• Certification SIL et capacité systématique
• Qualité et sources des données sur les taux de défaillance
• Capacités d'essai et de validation
• Support technique et ressources d'ingénierie

Système de qualité :

• Certification ISO 9001 au minimum
• Processus de gestion de la configuration
• Procédures de contrôle des modifications
• Systèmes de traçabilité et de documentation

Considérations commerciales :

• Stabilité financière et longévité
• Capacités de soutien au niveau mondial
• Disponibilité des pièces détachées
• Alignement de la feuille de route technologique

David me l'a dit : "L'utilisation de votre processus de sélection systématique nous a permis de choisir des presse-étoupes qui non seulement répondaient à nos exigences actuelles en matière de SIL, mais qui offraient également une certaine flexibilité pour des modifications futures."

Services de soutien SIL de Bepto

Nous comprenons la complexité des applications SIL et fournissons une assistance complète :

• Certification SIL pour des niveaux de capacité systématiques
• Données détaillées sur le taux d'échec avec des intervalles de confiance
• Élaboration d'un manuel de sécurité pour vos applications spécifiques
• Formation technique sur les exigences et la mise en œuvre de la SIL
• Soutien au cycle de vie y compris la gestion de l'obsolescence

Erreurs courantes en matière de spécifications

Erreurs techniques :

• Sous-spécification des exigences systématiques en matière de capacités
• Ignorer les facteurs de stress environnementaux
• Procédures d'essai inadéquates
• Absence d'analyse des causes communes de défaillance

Les erreurs commerciales :

• Se concentrer uniquement sur le coût initial
• Ignorer les exigences en matière de soutien au cycle de vie
• Qualification inadéquate des fournisseurs
• Stratégie en matière de pièces de rechange manquantes

Questions relatives à la documentation :

• Élaboration incomplète du dossier de sécurité
• Analyse des modes de défaillance manquants
• Procédures d'entretien inadéquates
• Mauvais processus de contrôle des changements

Hassan a déclaré : "L'investissement dans des presse-étoupes conformes à la norme SIL s'est avéré payant : "L'investissement dans des presse-étoupes qualifiés SIL s'est avéré rentable lorsque nous avons évité une défaillance majeure du système de sécurité qui aurait pu entraîner l'arrêt de l'ensemble de notre usine.

Conclusion

Les presse-étoupes jouent un rôle essentiel dans les systèmes de sécurité fonctionnelle, nécessitant une évaluation SIL appropriée, une certification systématique des capacités et une gestion du cycle de vie pour maintenir les niveaux d'intégrité de la sécurité.

FAQ sur les SIL et les presse-étoupes