Uma única falha num bucim pode comprometer todo um sistema de segurança com classificação SIL. Compreender como os componentes mecânicos afectam a segurança funcional é fundamental para evitar desastres industriais.
Os prensa-cabos têm impacto na segurança funcional através dos seus modos de falha, capacidades de proteção ambiental e níveis de capacidade sistemática, exigindo uma avaliação SIL adequada, análise dos dados da taxa de falha e integração na conceção global do sistema instrumentado de segurança para manter os níveis de integridade de segurança exigidos.
No mês passado, Hassan telefonou-me com urgência da sua fábrica petroquímica. O seu sistema de paragem de emergência SIL 2 tinha falhado durante os testes porque a entrada de água através de um prensa-cabos comprometido causou o mau funcionamento do sensor. Este incidente recordou-me a razão pela qual os componentes mecânicos merecem igual atenção no projeto de segurança funcional.
Índice
- O que é a segurança funcional e como se enquadram os componentes mecânicos?
- Como é que os prensa-cabos afectam o desempenho dos sistemas instrumentados de segurança?
- Quais são os requisitos SIL para prensa-cabos em aplicações de segurança?
- Como selecionar e especificar bucins para sistemas com classificação SIL?
O que é a segurança funcional e como se enquadram os componentes mecânicos?
Segurança funcional1 centra-se na prevenção de falhas perigosas em sistemas críticos para a segurança. Embora a atenção se centre frequentemente nos componentes electrónicos, as peças mecânicas, como os bucins, desempenham papéis igualmente cruciais.
A segurança funcional exige que todos os componentes da cadeia de segurança cumpram os níveis de integridade especificados, incluindo os componentes mecânicos que proporcionam proteção ambiental, integridade de sinal e fiabilidade do sistema através dos seus modos de falha, requisitos de manutenção e avaliações sistemáticas de capacidade.
Compreender os níveis de integridade de segurança (SIL)
Definições e requisitos SIL:
| Nível SIL | Fator de redução do risco | Probabilidade de falha a pedido (PFD) | Exemplos de aplicação |
|---|---|---|---|
| SIL 1 | 10 a 100 | 10-¹ a 10-² | Paragens de processos não críticos |
| SIL 2 | 100 a 1.000 | 10-² a 10-³ | Sistemas de paragem de emergência |
| SIL 3 | 1.000 a 10.000 | 10-³ a 10-⁴ | Sistemas de deteção de incêndio e de gás |
| SIL 4 | 10.000 a 100.000 | 10-⁴ a 10-⁵ | Proteção de reactores nucleares |
Nota: Níveis de Integridade de Segurança (SIL)2 quantificar o nível-alvo de redução do risco proporcionado por uma função de segurança. O Probabilidade de falha a pedido (PFD)3 é uma métrica fundamental para os sistemas que funcionam em modo de baixa procura.
O papel dos componentes mecânicos
Funções críticas em sistemas de segurança:
- Proteção do ambiente: Prevenção de infiltrações que podem causar falhas perigosas
- Integridade do sinal: Manter a continuidade eléctrica e o isolamento
- Fiabilidade mecânica: Garantir que as ligações permanecem seguras sob tensão
- Capacidade sistemática: Apoiar os requisitos gerais da arquitetura do sistema
David partilhou recentemente: "Chuck, nunca nos apercebemos do quanto a nossa seleção de bucins afectava os nossos cálculos SIL até fazermos uma análise adequada. O impacto foi significativo."
Estrutura IEC 61508 para componentes mecânicos
Requisitos do ciclo de vida:
- Fase de conceção: Análise de risco incluindo modos de falha mecânica
- Fase de conceção: Avaliação sistemática da capacidade de peças mecânicas
- Implementação: Procedimentos corretos de instalação e configuração
- Funcionamento: Protocolos de manutenção e de controlo
- Desmantelamento: Procedimentos seguros de remoção e eliminação
O IEC 615084 fornece um quadro abrangente para a gestão da segurança funcional ao longo de todo o ciclo de vida de um sistema.
Níveis de capacidade sistemáticos:
- SC 1: Práticas básicas de conceção e documentação
- SC 2: Melhoria da gestão e verificação da qualidade
- SC 3: Processos formais de desenvolvimento e avaliação independente
- SC 4: Nível mais elevado com uma gestão abrangente do ciclo de vida
Como é que os prensa-cabos afectam o desempenho dos sistemas instrumentados de segurança?
Os bucins influenciam o desempenho do SIS através de múltiplos mecanismos de falha que podem comprometer as funções de segurança. Compreender estes impactos é essencial para uma conceção adequada do sistema.
Os bucins afectam o desempenho do SIS através de falhas perigosas não detectadas (entrada de água que provoca o desvio do sensor), falhas perigosas detectadas (falha completa da vedação), falhas seguras (fugas óbvias) e falhas sistemáticas (instalação ou especificação inadequadas), cada uma delas exigindo diferentes estratégias de atenuação.
Análise do modo de falha para prensa-cabos
Falhas perigosas não detectadas (DU):
- Degradação gradual da vedação, permitindo a entrada de humidade
- Perda parcial da blindagem CEM causando interferências
- Corrosão lenta dos componentes internos
- Micro-movimentos que provocam ligações intermitentes
Falhas Detectadas Perigosas (DD):
- Falha completa do vedante com fugas evidentes
- Danos mecânicos que impedem a vedação correta
- Corrosão ou deterioração visíveis
- Arrancamento ou deslocação do cabo
Falhas seguras (S):
- O aperto excessivo provoca danos evidentes
- Perda total da classificação ambiental
- Falha mecânica que impede a instalação
- Indicação clara de compromisso
Impacto no desempenho da função de segurança
Efeitos da integridade do sinal:
- A entrada de água pode causar desvios na medição do sensor
- A corrosão aumenta a resistência de contacto
- A degradação da compatibilidade electromagnética permite interferências
- O ciclo de temperatura afecta a calibração
Hassan contou-me: "Descobrimos que a entrada de humidade através dos prensa-cabos estava a provocar um desvio de 2% nos nossos transmissores de pressão, o que era suficiente para impedir o funcionamento adequado do disparo."
Avaliação quantitativa do impacto
Contribuições para a taxa de insucesso:
- Taxas de falha de prensa-cabos: 10-⁶ a 10-⁴ falhas por hora
- Factores ambientais: multiplicador de 2x a 10x
- Qualidade de instalação: multiplicador de 1,5x a 5x
- Eficácia da manutenção: multiplicador de 0,5x a 2x
Exemplo de cálculo de PFD:
Para um sistema de válvula de segurança de pressão SIL 2:
- Sensor PFD: 1×10-³
- Solucionador lógico PFD: 5×10-⁴
- Elemento final PFD: 2×10-³
- Contribuição do prensa-cabos: 1×10-⁴
- PFD total do sistema: 3,6×10-³ (ainda dentro do intervalo SIL 2)
Causas comuns de falhas
Factores de stress ambiental:
- Ciclos de temperatura que afectam várias glândulas
- Exposição química que provoca uma degradação sistemática
- Vibração que afrouxa as ligações em todo o sistema
- Materiais de vedação que degradam a radiação UV
Estratégias de atenuação:
- Diversos tipos e materiais de prensa-cabos
- Métodos de vedação redundantes
- Programas regulares de inspeção e manutenção
- Medidas de proteção do ambiente
Na Bepto, fornecemos uma análise detalhada do modo de falha e dados de fiabilidade para todos os nossos bucins para apoiar os seus cálculos SIL. A nossa equipa de engenharia pode ajudar a otimizar a conceção do seu sistema de segurança. 😉
Quais são os requisitos SIL para prensa-cabos em aplicações de segurança?
Os prensa-cabos utilizados em sistemas com classificação SIL devem cumprir requisitos específicos de capacidade sistemática, taxas de falha e documentação. Estes requisitos variam consoante o nível SIL e a aplicação.
Os requisitos SIL para os bucins incluem a certificação sistemática da capacidade (mínimo SC 2 para aplicações SIL 2), dados documentados da taxa de avarias, procedimentos de teste de prova, intervalos de manutenção e integração nos processos globais de gestão do ciclo de vida da segurança.
Requisitos sistemáticos de capacidade
Requisitos SC 2 (mínimo para SIL 2):
- Sistema de gestão da qualidade (ISO 9001 ou equivalente)
- Procedimentos de gestão da configuração
- Processos de verificação e validação
- Sistemas de documentação e rastreabilidade
- Gestão das competências do pessoal
Requisitos SC 3 (Recomendado para SIL 3):
- Ciclo de vida de desenvolvimento formal
- Actividades de verificação independente
- Medidas avançadas de garantia de qualidade
- Protocolos de teste abrangentes
- Avaliação e certificação por terceiros
Requisitos de documentação
Pacote de documentação essencial:
- Manual de segurança com análise do modo de falha
- Procedimentos de instalação e manutenção
- Instruções e intervalos dos ensaios de prova
- Limitações ambientais e factores de redução
- Certificado de capacidade sistemática
Requisitos de dados de taxa de falha:
- Valores Lambda (λ) para diferentes modos de falha
- Factores de stress ambiental
- Intervalos de confiança e fontes de dados
- Considerações sobre o tempo de missão e o desgaste
- Análise de falhas por causas comuns
David partilhou: "Ter a documentação SIL adequada do Bepto tornou a nossa avaliação TÜV muito mais fácil. O avaliador ficou impressionado com o facto de o caso de segurança estar completo."
Requisitos dos ensaios de prova
Objectivos do teste de prova:
- Detetar falhas perigosas não detectadas
- Verificar a capacidade contínua da função de segurança
- Restaurar o sistema para um estado seguro conhecido
- Atualizar os dados relativos à taxa de insucesso com base na experiência
Procedimentos de ensaio de prova de prensa-cabos:
- Inspeção visual para detetar danos ou deterioração
- Verificação do binário dentro dos intervalos especificados
- Ensaio de resistência do isolamento
- Ensaio de pressão para aplicações seladas
- Verificação da continuidade para aplicações EMC
Integração com o ciclo de vida da segurança
Integração da fase de conceção:
- Incluir prensa-cabos em Estudos HAZOP5
- Considerar os modos de falha na análise FMEA
- Especificar os requisitos sistemáticos de capacidade
- Definir estratégias de teste de prova
Requisitos da fase de funcionamento:
- Calendários de inspeção regulares
- Programas de manutenção preventiva
- Relatórios e análises de incidentes
- Monitorização do desempenho e tendências
Hassan contou-me recentemente: "Integrar os requisitos dos bucins no nosso sistema de gestão do ciclo de vida da segurança ajudou-nos a identificar potenciais questões antes de se tornarem problemas."
Como selecionar e especificar bucins para sistemas com classificação SIL?
A seleção e especificação adequadas dos bucins para aplicações SIL requerem uma avaliação sistemática dos requisitos de segurança, condições ambientais e considerações sobre o ciclo de vida.
A seleção de bucins para sistemas SIL requer a avaliação do nível de capacidade sistemática, da compatibilidade dos dados da taxa de falha com os objectivos de segurança, da adequação ambiental, da viabilidade do teste de prova e da disponibilidade a longo prazo para suportar os requisitos do ciclo de vida do sistema.
Matriz dos critérios de seleção
Requisitos de segurança:
- Nível SIL exigido e capacidade sistemática
- Objectivos e atribuição da taxa de insucesso
- Compatibilidade do intervalo de teste de prova
- Considerações sobre falhas por causas comuns
- Requisitos de acessibilidade para manutenção
Especificações técnicas:
- Tipos de cabos e gamas de tamanhos
- Índices de proteção ambiental (IP, NEMA)
- Compatibilidade do material com fluidos de processo
- Temperatura e pressão nominais
- Requisitos de CEM e de ligação à terra
Considerações sobre o ciclo de vida:
- Vida útil prevista (normalmente mais de 20 anos)
- Disponibilidade de peças sobresselentes
- Estabilidade e apoio dos fornecedores
- Gestão da obsolescência
- Flexibilidade de atualização e modificação
Processo de desenvolvimento de especificações
Etapa 1: Análise dos requisitos de segurança
- Rever a conceção do SIS e a especificação dos requisitos de segurança
- Identificar as localizações e funções dos bucins
- Determinar a atribuição de taxas de erro
- Especificar os requisitos sistemáticos de capacidade
Etapa 2: Avaliação ambiental
- Analisar as condições do ambiente de instalação
- Considerar os requisitos de compatibilidade química
- Avaliar os factores de tensão mecânica
- Avaliar a acessibilidade da manutenção
Etapa 3: Especificação técnica
- Definir requisitos de desempenho
- Especificar as necessidades de ensaio e certificação
- Estabelecer requisitos de qualidade e documentação
- Incluir disposições de apoio ao ciclo de vida
Critérios de avaliação de fornecedores
Capacidade técnica:
- Certificação SIL e capacidade sistemática
- Qualidade e fontes dos dados sobre a taxa de insucesso
- Capacidades de teste e validação
- Apoio técnico e recursos de engenharia
Sistema de qualidade:
- Certificação mínima ISO 9001
- Processos de gestão da configuração
- Procedimentos de controlo das alterações
- Sistemas de rastreabilidade e documentação
Considerações comerciais:
- Estabilidade financeira e longevidade
- Capacidades de apoio global
- Disponibilidade de peças sobresselentes
- Alinhamento do roteiro tecnológico
David contou-me: "A utilização do vosso processo de seleção sistemático ajudou-nos a escolher bucins que não só satisfaziam os nossos actuais requisitos SIL, como também proporcionavam flexibilidade para futuras modificações."
Serviços de apoio SIL da Bepto
Compreendemos a complexidade das aplicações SIL e prestamos um apoio abrangente:
- Certificação SIL para níveis de capacidade sistemáticos
- Dados pormenorizados sobre a taxa de avarias com intervalos de confiança
- Elaboração de manuais de segurança para as suas aplicações específicas
- Formação técnica sobre os requisitos e a aplicação do SIL
- Apoio ao ciclo de vida incluindo a gestão da obsolescência
Erros comuns de especificação
Erros técnicos:
- Subespecificação dos requisitos sistemáticos de capacidade
- Ignorar os factores de stress ambiental
- Procedimentos de ensaio de prova inadequados
- Análise de falhas por causas comuns em falta
Erros comerciais:
- Concentrar-se apenas no custo inicial
- Ignorar os requisitos de apoio ao ciclo de vida
- Qualificação inadequada dos fornecedores
- Estratégia de peças sobresselentes em falta
Questões de documentação:
- Desenvolvimento incompleto de casos de segurança
- Análise do modo de falha em falta
- Procedimentos de manutenção inadequados
- Processos de controlo de alterações deficientes
Hassan partilhou: "O investimento em prensa-cabos adequados com qualificação SIL pagou-se a si próprio quando evitámos uma falha grave no sistema de segurança que poderia ter encerrado toda a nossa fábrica."
Conclusão
Os bucins desempenham um papel fundamental nos sistemas de segurança funcional, exigindo uma avaliação SIL adequada, uma certificação sistemática das capacidades e uma gestão do ciclo de vida para manter os níveis de integridade da segurança.
Perguntas frequentes sobre SIL e prensa-cabos
P: Todos os prensa-cabos de um sistema SIL precisam de ter certificação SIL?
A: Não necessariamente. Apenas os prensa-cabos que podem causar falhas perigosas nas funções de segurança precisam de avaliação SIL. No entanto, muitas vezes é mais simples usar produtos qualificados SIL em todo o sistema de segurança para garantir a consistência e simplificar a documentação.
P: Como é que eu calculo o impacto das falhas dos bucins na minha classificação SIL global?
A: Inclua as taxas de falha dos prensa-cabos nos seus cálculos de PFD utilizando os mesmos métodos que os outros componentes. Considere tanto as falhas aleatórias de hardware como as falhas sistemáticas. Na Bepto, fornecemos orientações de cálculo detalhadas e dados de taxa de falha para apoiar a sua análise.
P: Qual é a diferença entre os bucins SC 2 e SC 3?
A: A SC 3 exige processos de desenvolvimento mais rigorosos, verificação independente e gestão formal do ciclo de vida. A SC 2 é suficiente para a maioria das aplicações SIL 2, enquanto a SC 3 é recomendada para aplicações SIL 3 e exigida para aplicações SIL 4.
P: Com que frequência os prensa-cabos devem ser testados em aplicações SIL?
A: Os intervalos dos testes de prova dependem do PFD necessário e das taxas de falha dos prensa-cabos. Os intervalos típicos variam de 1 a 5 anos. A chave é equilibrar os requisitos de segurança com considerações práticas de manutenção.
P: Posso utilizar bucins industriais padrão em aplicações SIL?
A: Os bucins standard podem ser adequados se cumprirem os requisitos de capacidade sistemática e se dispuser de dados adequados sobre a taxa de falhas. No entanto, os produtos SIL concebidos para o efeito fornecem frequentemente uma melhor documentação e apoio ao ciclo de vida das aplicações de segurança.
-
Aprenda a definição oficial e os princípios fundamentais da segurança funcional com uma autoridade de normas internacionais. ↩
-
Obtenha uma análise detalhada dos diferentes Níveis de Integridade de Segurança (SIL) e dos seus requisitos de redução de riscos. ↩
-
Compreender como a Probabilidade de Falha a Pedido (PFD) é calculada e utilizada para determinar as classificações SIL. ↩
-
Aceda a uma visão geral da norma internacional IEC 61508 para a segurança funcional. ↩
-
Explorar a metodologia estruturada de um estudo de Perigos e Operacionalidade (HAZOP) para identificar potenciais riscos do sistema. ↩
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