기능 안전(SIL) 및 기계 부품: 케이블 글랜드가 안전 무결성 수준에 어떤 영향을 미치고 치명적인 고장을 예방할 수 있을까요?

하나의 케이블 글랜드 고장으로 인해 전체 SIL 등급 안전 시스템이 손상될 수 있습니다. 기계 부품이 기능 안전에 미치는 영향을 이해하는 것은 산업 재해를 예방하는 데 매우 중요합니다.

케이블 글랜드는 고장 모드, 환경 보호 기능 및 시스템 기능 수준을 통해 기능 안전에 영향을 미치므로 필요한 안전 무결성 수준을 유지하기 위해 적절한 SIL 평가, 고장률 데이터 분석 및 전체 안전 계측 시스템 설계에 통합해야 합니다.

지난달 하산은 석유화학 공장에서 저에게 급히 전화를 걸어왔습니다. 손상된 케이블 글랜드를 통해 물이 유입되어 센서 오작동을 일으켜 SIL 2 비상 차단 시스템이 테스트 중에 고장났다는 것이었습니다. 이 사건은 기계 부품이 기능 안전 설계에서 동등한 주의를 기울여야 하는 이유를 일깨워 주었습니다.

목차

• 기능 안전이란 무엇이며 기계 부품은 어떻게 적용될까요?
• 케이블 글랜드는 안전 계측 시스템 성능에 어떤 영향을 미칩니까?
• 안전 애플리케이션에서 케이블 글랜드에 대한 SIL 요구 사항은 무엇입니까?
• SIL 등급 시스템용 케이블 글랜드는 어떻게 선택하고 지정합니까?

기능 안전이란 무엇이며 기계 부품은 어떻게 적용될까요?

기능적 안전¹ 는 안전이 중요한 시스템에서 위험한 고장을 예방하는 데 중점을 둡니다. 흔히 전자 부품에 관심이 집중되지만 케이블 글랜드와 같은 기계 부품도 똑같이 중요한 역할을 합니다.

기능 안전은 고장 모드, 유지보수 요구 사항 및 체계적인 기능 평가를 통해 환경 보호, 신호 무결성 및 시스템 신뢰성을 제공하는 기계 부품을 포함하여 안전 체인의 모든 구성 요소가 지정된 무결성 수준을 충족하도록 요구합니다.

안전 무결성 수준(SIL) 이해하기

SIL 정의 및 요구 사항:

참고: 안전 무결성 수준(SIL)² 안전 기능이 제공하는 위험 감소의 목표 수준을 정량화합니다. 안전 기능의 온디맨드 장애 확률(PFD)³ 는 저수요 모드에서 작동하는 시스템의 핵심 지표입니다.

기계 부품의 역할

안전 시스템의 핵심 기능:

• 환경 보호: 위험한 고장을 일으킬 수 있는 침입 방지
• 신호 무결성: 전기적 연속성 및 절연 유지
• 기계적 신뢰성: 스트레스 상황에서도 연결 보안 유지
• 체계적인 기능: 전반적인 시스템 아키텍처 요구 사항 지원

David는 최근 이렇게 말했습니다: "척, 우리는 제대로 분석하기 전까지는 케이블 글랜드 선택이 SIL 계산에 얼마나 영향을 미쳤는지 전혀 깨닫지 못했습니다. 그 영향은 상당했습니다."

기계 부품을 위한 IEC 61508 프레임워크

수명 주기 요구 사항:

1. 컨셉 단계: 기계적 고장 모드를 포함한 위험 분석
2. 디자인 단계: 기계 부품에 대한 체계적인 역량 평가
3. 구현: 올바른 설치 및 구성 절차
4. 운영: 유지 관리 및 테스트 프로토콜
5. 폐기: 안전한 제거 및 폐기 절차

그리고 IEC 61508⁴ 표준은 시스템의 전체 수명 주기 동안 기능 안전을 관리하기 위한 포괄적인 프레임워크를 제공합니다.

체계적인 역량 수준:

• SC 1: 기본 설계 사례 및 문서화
• SC 2: 향상된 품질 관리 및 검증
• SC 3: 공식적인 개발 프로세스 및 독립적인 평가
• SC 4: 포괄적인 라이프사이클 관리로 최고 수준

케이블 글랜드는 안전 계측 시스템 성능에 어떤 영향을 미칩니까?

케이블 글랜드는 안전 기능을 손상시킬 수 있는 여러 가지 고장 메커니즘을 통해 SIS 성능에 영향을 미칩니다. 적절한 시스템 설계를 위해서는 이러한 영향을 이해하는 것이 필수적입니다.

케이블 글랜드는 감지되지 않은 위험한 고장(센서 드리프트를 유발하는 물 유입), 감지된 위험한 고장(완전한 밀봉 실패), 안전한 고장(명백한 누수), 시스템적 고장(부적절한 설치 또는 사양)을 통해 SIS 성능에 영향을 미치며, 각각 다른 완화 전략이 필요합니다.

케이블 글랜드의 고장 모드 분석

위험한 미탐지 장애(DU):

• 습기 침투를 허용하는 점진적인 씰 성능 저하
• EMC 차폐가 부분적으로 손실되어 간섭을 유발하는 경우
• 내부 부품의 느린 부식
• 간헐적인 연결을 유발하는 미세한 움직임

위험 감지된 실패(DD):

• 명백한 누출로 인한 완전한 밀봉 실패
• 적절한 밀봉을 방해하는 기계적 손상
• 눈에 보이는 부식 또는 성능 저하
• 케이블 풀아웃 또는 변위

안전 실패(S):

• 과도한 조임으로 인한 명백한 손상
• 환경 등급 완전 상실
• 기계적 장애로 인한 설치 방지
• 명확한 침해 표시

안전 기능 성능에 미치는 영향

신호 무결성 효과:

• 물 유입으로 인해 센서 측정 드리프트가 발생할 수 있습니다.
• 부식으로 인한 접촉 저항 증가
• EMC 성능 저하로 인한 간섭
• 온도 순환이 캘리브레이션에 미치는 영향

하산은 이렇게 말했습니다: "케이블 땀샘을 통한 습기 유입으로 인해 압력 트랜스미터가 2%까지 드리프트되는 것을 발견했으며, 이는 제대로 된 트립 기능을 방해하기에 충분했습니다."

정량적 영향 평가

실패율 기여도:

• 케이블 글랜드 고장률: 시간당 10-⁶ ~ 10-⁴ 실패
• 환경적 요인: 2배~10배 승수
• 설치 품질: 1.5배 ~ 5배 배율
• 유지 관리 효과: 0.5배~2배 승수

PFD 계산 예시:
SIL 2 압력 안전 밸브 시스템의 경우:

• 센서 PFD: 1×10-³
• 로직 솔버 PFD: 5×10-⁴
• 최종 요소 PFD: 2×10-³
• 케이블 글 랜드 기여도: 1×10-⁴
• 총 시스템 PFD: 3.6×10-³ (여전히 SIL 2 범위 내)

일반적인 실패 원인

환경 스트레스 요인:

• 여러 땀샘에 영향을 미치는 온도 순환
• 체계적인 성능 저하를 유발하는 화학물질 노출
• 진동으로 인해 시스템 전반의 연결이 느슨해짐
• 자외선에 의해 성능이 저하되는 씰링 재료

완화 전략:

• 다양한 케이블 글랜드 유형 및 재료
• 중복 씰링 방법
• 정기 점검 및 유지 관리 프로그램
• 환경 보호 조치

벱토는 모든 케이블 글랜드에 대한 상세한 고장 모드 분석 및 신뢰성 데이터를 제공하여 고객의 SIL 계산을 지원합니다. 당사의 엔지니어링 팀이 안전 시스템 설계를 최적화할 수 있도록 도와드립니다.

안전 애플리케이션에서 케이블 글랜드에 대한 SIL 요구 사항은 무엇입니까?

SIL 등급 시스템에 사용되는 케이블 글랜드는 시스템 기능, 고장률 및 문서화에 대한 특정 요구 사항을 충족해야 합니다. 이러한 요구 사항은 SIL 수준과 애플리케이션에 따라 다릅니다.

케이블 글랜드에 대한 SIL 요구 사항에는 체계적인 기능 인증(SIL 2 애플리케이션의 경우 최소 SC 2), 문서화된 고장률 데이터, 증명 테스트 절차, 유지보수 간격, 전반적인 안전 수명 주기 관리 프로세스 통합 등이 포함됩니다.

체계적인 기능 요구 사항

SC 2 요구 사항(SIL 2의 경우 최소):

• 품질 관리 시스템(ISO 9001 또는 이와 동등한 수준)
• 구성 관리 절차
• 검증 및 유효성 검사 프로세스
• 문서화 및 추적 시스템
• 직원을 위한 역량 관리

SC 3 요구 사항(SIL 3에 권장):

• 공식적인 개발 수명 주기
• 독립적인 검증 활동
• 고급 품질 보증 조치
• 포괄적인 테스트 프로토콜
• 타사 평가 및 인증

문서 요구 사항

필수 문서 패키지:

• 고장 모드 분석이 포함된 안전 매뉴얼
• 설치 및 유지 관리 절차
• 증명 테스트 지침 및 간격
• 환경적 제한 및 감액 요인
• 체계적인 역량 인증서

실패율 데이터 요구 사항:

• 다양한 장애 모드에 대한 람다(λ) 값
• 환경 스트레스 요인
• 신뢰 구간 및 데이터 소스
• 임무 시간 및 마모 고려 사항
• 일반적인 장애 원인 분석

데이비드는 이렇게 말했습니다: "벱토의 적절한 SIL 문서 덕분에 TÜV 평가가 훨씬 더 원활하게 진행되었습니다. 평가자는 안전 사례의 완성도에 깊은 인상을 받았습니다."

증명 테스트 요구 사항

증명 테스트 목표:

• 감지되지 않은 위험한 장애 감지
• 지속적인 안전 기능 기능 확인
• 시스템을 알려진 안전한 상태로 복원
• 경험에 기반한 실패율 데이터 업데이트

케이블 글랜드 증명 테스트 절차:

1. 손상 또는 열화 여부 육안 검사
2. 지정된 범위 내 토크 검증
3. 절연 저항 테스트
4. 밀폐형 애플리케이션을 위한 압력 테스트
5. EMC 애플리케이션을 위한 무중단 검증

안전 라이프사이클과 통합

디자인 단계 통합:

• 케이블 글랜드 포함 HAZOP 연구⁵
• FMEA 분석에서 고장 모드 고려
• 체계적인 기능 요구 사항 지정
• 증명 테스트 전략 정의

운영 단계 요구 사항:

• 정기 검사 일정
• 예방적 유지 관리 프로그램
• 인시던트 보고 및 분석
• 성능 모니터링 및 트렌드

하산은 최근 저에게 이렇게 말했습니다: "케이블 글랜드 요구 사항을 안전 수명 주기 관리 시스템에 통합함으로써 문제가 발생하기 전에 잠재적인 문제를 파악할 수 있었습니다."

SIL 등급 시스템용 케이블 글랜드는 어떻게 선택하고 지정합니까?

SIL 애플리케이션을 위한 케이블 글랜드의 올바른 선택과 사양을 위해서는 안전 요구 사항, 환경 조건 및 수명 주기 고려 사항을 체계적으로 평가해야 합니다.

SIL 시스템용 케이블 글랜드를 선택하려면 시스템 기능 수준, 안전 목표와의 고장률 데이터 호환성, 환경 적합성, 증명 테스트 가능성, 시스템 수명 주기 요구 사항을 지원하는 장기 가용성 등을 평가해야 합니다.

선택 기준 매트릭스

안전 요구 사항:

• 필요한 SIL 수준 및 시스템 기능
• 실패율 목표 및 할당
• 증명 테스트 간격 호환성
• 일반적인 장애 원인 고려 사항
• 유지보수 접근성 요구 사항

기술 사양:

• 케이블 유형 및 크기 범위
• 환경 보호 등급(IP, NEMA)
• 공정 유체와의 재료 호환성
• 온도 및 압력 등급
• EMC 및 접지 요구 사항

수명 주기 고려 사항:

• 예상 서비스 수명(일반적으로 20년 이상)
• 예비 부품 가용성
• 공급업체 안정성 및 지원
• 노후화 관리
• 업그레이드 및 수정 유연성

사양 개발 프로세스

1단계: 안전 요구 사항 분석

• 학생 정보 시스템 설계 및 안전 요구 사항 사양 검토
• 케이블 글랜드 위치 및 기능 파악
• 실패율 할당 결정
• 체계적인 기능 요구 사항 지정

2단계: 환경 평가

• 설치 환경 조건 분석
• 화학적 호환성 요구 사항 고려
• 기계적 스트레스 요인 평가
• 유지 관리 접근성 평가

3단계: 기술 사양

• 성능 요구 사항 정의
• 테스트 및 인증 요구 사항 지정
• 품질 및 문서화 요구 사항 수립
• 수명 주기 지원 조항 포함

공급업체 평가 기준

기술 역량:

• SIL 인증 및 체계적인 역량
• 실패율 데이터 품질 및 소스
• 테스트 및 유효성 검사 기능
• 기술 지원 및 엔지니어링 리소스

품질 시스템:

• 최소 ISO 9001 인증
• 구성 관리 프로세스
• 변경 제어 절차
• 추적성 및 문서화 시스템

비즈니스 고려 사항:

• 재무 안정성 및 수명 연장
• 글로벌 지원 기능
• 예비 부품 가용성
• 기술 로드맵 조정

데이비드는 이렇게 말했습니다: "체계적인 선택 프로세스를 통해 현재 SIL 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 향후 수정에 유연성을 제공하는 케이블 글랜드를 선택할 수 있었습니다."

벱토의 SIL 지원 서비스

저희는 SIL 애플리케이션의 복잡성을 잘 이해하고 있으며 포괄적인 지원을 제공합니다:

• SIL 인증 체계적인 역량 수준을 위한
• 자세한 장애율 데이터 신뢰 구간 포함
• 안전 매뉴얼 개발 특정 애플리케이션을 위한
• 기술 교육 SIL 요구 사항 및 구현에 대한
• 수명 주기 지원 노후화 관리 포함

일반적인 사양 실수

기술적 오류:

• 체계적인 기능 요구 사항 지정 미흡
• 환경 스트레스 요인 무시
• 부적절한 증명 테스트 절차
• 누락된 공통 원인 장애 분석

상업적 실수:

• 초기 비용에만 집중
• 수명 주기 지원 요구 사항 무시
• 부적절한 공급업체 자격
• 누락된 예비 부품 전략

문서 문제:

• 불완전한 안전 사례 개발
• 누락된 장애 모드 분석
• 부적절한 유지 관리 절차
• 부실한 변경 관리 프로세스

하산은 이렇게 말했습니다: "적절한 SIL 인증을 받은 케이블 글랜드에 대한 투자는 전체 공장의 가동을 중단시킬 수 있었던 중대한 안전 시스템 장애를 피할 수 있었기 때문에 그만한 가치가 있었습니다."

결론

케이블 글랜드는 기능 안전 시스템에서 중요한 역할을 하며, 안전 무결성 수준을 유지하기 위해 적절한 SIL 평가, 체계적인 기능 인증 및 수명 주기 관리가 필요합니다.

SIL 및 케이블 글랜드에 대한 FAQ