PFD Consiltator

Introductie

Kritische instrumentele beveiligingen voorkomen gevaarlijke situaties waarbij mensen gewond (of erger) kunnen raken en/of het milieu vervuild kan worden.

De standaarden, IEC 61511:2017 and IEC 61508:2010, definiëren de criteria voor Safety Instrumented Functions (afgekort SIFs).
Een SIF zal geschikt zijn voor het doel om het geïdentificeerde gevaar te voorkomen.
Het integriteitsniveau van een SIF, gedefinieerd als SIL 1, 2, 3 of 4, zorgt voor risicovermindering.
De werking van een SIF kan worden aangetast door systematische fouten en/of willekeurige hardware falen.

Systematische fouten moeten voorkomen worden door:

• Een adequaat functional safety management systeem
• Competent personeel

Instrumenten en componenten moeten voldoen aan de systematic capability eisen (bijvoorbeeld SC-3).

De technische integriteit van een SIF is afhankelijk van:

• Onafhankelijkheid van de SIF
• Eisen aan de architectuur van de sensoren, de logic solver en de final elements
• Probabilistische randvoorwaarden van de SIF (gemiddelde probability of failure on demand, PFD_avg).

Door middel van een SIL verificatie wordt gecontroleerd of de gewenste integriteit van een beveiliging (SIL 1 t/m SIL 4) gehaald wordt.

Gemiddelde probability of failure on demand – PFD_avg

In de procesindustrie is de gemiddelde aanspraak op een beveiliging kleiner dan eens per jaar. De volgende PFD_avg waarden zijn dan benodigd:

SIL 1 – PFD_avg < 10^-1
SIL 2 – PFD_avg < 10^-2
SIL 3 – PFD_avg < 10^-3
SIL 4 – PFD_avg < 10^-4

De standaard IEC 61511 geeft de volgende informatie:

Several modelling approaches are available and the most appropriate approach is a matter for the analyst and can depend on the circumstances. Available means include:
– cause consequence analysis;
– reliability block diagrams;
– fault-tree analysis;
– Markov models;
– Petri nets models.

PFD_avg wordt bepaald door:

• Dangerous Detected en Undetected faalgegevens van de instrumenten en componenten, λ_DD en λ_DU
• Redundante configuratie
• Common cause β-factor in het geval van redundante configuraties
• Prooftestinterval
• Prooftest dekking
• Levensduur van de SIF
• Hersteltijd bij onderhoud
• Tijd benodigd voor testen

Maar hoe relevant zijn al deze variabelen en hoe precies moet dit gemodelleerd worden?

Met krachtige geavanceerde PFD berekeningssoftware kan de PFD_avg met grote nauwkeurigheid berekend worden. Echter is de uitkomst hiervan nog steeds onzeker omdat de volgende variabelen zijn gebaseerd op inschattingen:

• Common cause ß factor
• Prooftest dekking en levensduur

Een veelgebruikte basis om de ß factor te bepalen is de informatieve Annex D van IEC 61508:6. Met behulp van een puntensysteem wordt een ß factor bepaald. Een ß factor van 5% is hierbij vaak standaard. Volgens een studie uitgevoerd door SINTEF, blijkt dat de daadwerkelijke common cause factor vaak tussen de 10 – 15% ligt (‘Common cause failures in safety instrumented systems’, final version, 20 May 2015).

Consiltant BV is van mening dat het geen zin heeft om gebruik te maken van geavanceerde software om de PFD_avg te berekenen zolang diverse variabelen slechts schattingen zijn.

Een minimale common cause ß factor van 10% is hierbij aanbevolen.

Het juist uitvoeren van de prooftesten is erg kritisch! Slechte prooftesten zijn nooit acceptabel, maar kunnen wel meegenomen worden in een PFD_avg-berekening (bijvoorbeeld door een prooftestdekking van 75% te gebruiken). Een lage prooftestdekking mag nooit gecompenseerd worden door de beveiliging vaker slecht te testen om hiermee toch aan de PFD_avg te voldoen.

Het is de mening van Consiltant BV dat de prooftestprocedures altijd compleet en gedetailleerd moet zijn. Personeel moet aantoonbaar competent zijn om dangerous undetected fouten en systematische fouten op te merken en te herstellen.

PFD Consiltator

Consiltant BV heeft de PFD Consiltator ontwikkeld, een Excel gebaseerde PFD berekeningstool om PFD_avg te berekenen.

De PFD Consiltator bestaat uit twee modules; een simpele en geavanceerde PFD berekening. De simpele variant rekent de PFD uit op basis van de volgende vergelijkingen:

Hierbij wordt geen rekening gehouden met de prooftestdekking. Er wordt aangenomen dat de testprocedure 100% correct is.

In de geavanceerde versie wordt de prooftestdekking wel meegenomen in de berekening. Hierbij dient ook de verwachte levensduur / missietijd van de geselecteerde componenten meegenomen te worden in de analyse. De berekening gebeurt op basis van de methoden beschreven in IEC-61508-6 en VDI/VDE 2180 (deel 3).

Download de Consiltator.

Disclaimer

De PFD Consiltator voor het berekenen van de PFD_avg volgens IEC 61508 en VDI/VDE 2180 is zorgvuldig opgesteld. Desalniettemin stellen wij uitdrukkelijk dat er geen aansprakelijkheid aanvaard wordt voor de berekende resultaten en de juistheid ervan. De berekening van de PFD_avg van de betreffende veiligheidsfunctie is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de gebruiker.