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Importancia De Las Pruebas Periódicas Durante El Diseño Del SIS

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  • Type:
    Conference Presentation
  • Conference Type:
    AIChE Spring Meeting and Global Congress on Process Safety
  • Presentation Date:
    April 21, 2021
  • Duration:
    20 minutes
  • Skill Level:
    Intermediate
  • PDHs:
    0.50

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Una Función Instrumentada de Seguridad SIF, esta compuesta por un elemento sensor que sirve para detectar una condición potencialmente peligrosa, un PLC de seguridad (Procesador de Lógica) y un elemento final, que comúnmente suele ser una válvula accionada a distancia, la cual al actuar es capaz de prevenir el accidente, llevando el proceso a estado seguro. Entendiendo lo anteriormente expuesto, el elemento sensor capta el valor de una variable del proceso en tiempo real, por otro lado el PLC de seguridad se mantiene vigilando que el valor de esta variable este dentro del rango aceptable, y tenemos al elemento final, en este caso un conjunto Solenoide, Actuador y válvula on/off que se mantiene abierta y esta configurada des-energizar para parar, esperando la instrucción del PLC de seguridad para actuar sobre estos tres elementos ejecutando el cierre de la válvula.

Por otro lado, es importante mencionar que, en una planta de proceso bien diseñada, las condiciones potencialmente peligrosas o la activación de una SIF o lo que es igual el cierre de dicha válvula de seguridad on/off, se espera que ocurra con muy poca frecuencia. Por lo que podríamos decir que los Sistemas Instrumentados de Seguridad (SIS) o al menos los dispositivos que componen al elemento final de las SIFs, son dispositivos estáticos, que usualmente pasan inmóviles largos periodos de tiempo, haciendo que la probabilidad de falla en demanda (PDF) se incremente a lo largo del tiempo. Lo que nos lleva obligatoriamente a necesitar las Pruebas Periódicas.

El objetivo principal de las pruebas periódicas es identificar las fallas peligrosas no detectadas por los diagnósticos automáticos, puesto que las fallas peligrosas son las que impiden que la SIF cumpla la función para la que fue diseñada. Es por ello que decimos que Las pruebas periódicas son la actividad fundamental de la fase de Operación y Mantenimiento del SIS en el Ciclo de Vida de Seguridad de IEC-61511, puesto que, nos permiten descubrir las fallas peligrosas no detectables y en una prueba periódica efectiva, se reduce la probabilidad de falla en Demanda (PFD) de la SIF a rangos apropiados.

Es muy común que la ejecución de las pruebas periódicas requiera de la interrupción de la operación, lo cual en una planta bien diseñada no seria problema, puesto que las pruebas periódicas serian llevadas a cabo durante los paros programados de planta, sin embargo es común que el momento de ejecutar estas pruebas no coincidan con los periodos de paro de planta programados y es por ello que el proceso de pruebas periódicas debe gestarse desde la fase de Diseño del SIS, involucrando al mantenedor y operador de la planta, a fin de que los periodos de prueba de las SIFs coincidan convenientemente con los periodos de paro programados de la planta y es aquí es donde resaltamos la importancia de considerar las pruebas periódicas durante el análisis de Riesgo, la asignación de SIL y por supuesto durante la verificación del SIL de la SIF.

El proceso de verificación del SIL proveerá los resultados de las 3 barreras necesarias para cumplir los requisitos del estándar IEC61511/61508 en lo relacionado a los requisitos del SIL, así que proporcionara los estimados de las Probabilidades de Falla en Demanda Promedio (PFDavg) y SIL con restricciones de arquitectura, así como la capacidad sistemática de la SIF, sin embargo para este articulo solo tocaremos la barrera de cumplimiento de la Probabilidad de Falla en demanda, que consiste en realizan un análisis cuantitativo en base a cálculos probabilísticos donde se consideran 9 variables que finalmente impactan la PFDavg, si asumimos que las pruebas periódicas son realizadas durante los paros programados, así como se ha realizado un buen comisionamiento, como lo pueden ver en la siguiente ecuación:

PFavg = Cpt λ TI / 2 + (1- Cpt )λ MT/ 2

CPT : Factor de cobertura de la Prueba Periodica o efectividad de la prueba

λ (Lamda): Tasa de falla

TI: Intervalo de Prueba

MT: Tiempo Mision

Prestemos especial atención al TI y al CPT:

(TI) Intervalo Tiempo entre prueba y prueba: Es la frecuencia definida para ejecutar las pruebas periódicas, en una planta bien diseñada (GreenField) esta frecuencia debe coincidir con los paros programados de planta, lastimosamente no pasa todo el tiempo, debido a la carencia del Plan de la Seguridad Funcional, que entrelaza todas las actividades del ciclo de vida de seguridad, para que desde una etapa temprana en el proyecto, todos sepamos los objetivos, metas y consideraciones de Operación y Mantenimiento, y podamos diseñar en base a esas consideraciones. Desde el mismo análisis de riesgo, el equipo de trabajo tiene que entender la importancia de la tasa de paros espurios baja y la baja probabilidad de falla en demanda de las SIFs, así mismo el equipo de PHA tiene que entender la implicación de las pruebas periódicas durante los paros programado de Planta.

Acera de los sistemas en donde la planta ya esta diseñada, o la planta ya esta en operación (BrowndField), necesitamos hacer un análisis probabilístico completo de la SIF, ya que los dispositivos de la SIF ya están en el almacén o ya están en uso en la planta en operación, de tal forma que podamos adecuar las consideraciones del diseño conceptual hasta conseguir el intervalo de tiempo más conveniente para operaciones.

PTC or CPT Cobertura del intervalo de Prueba < Proof Test Coverage > o Efectividad de la Prueba: Es definido como el porcentaje de fallas que se detectan durante las pruebas del dispositivo. En general se asume que cuando se realiza una prueba periódica cualquier falla en los dispositivos será detectado y corregido (Sin embargo, es importante saber que el 100% cobertura o efectividad de la prueba es bastante irreal).

A través de la utilización de la técnica FMEDA es posible determinar la efectividad de cualquier prueba manual propuesta según el dispositivo, usualmente el fabricante debe proporcionar ejemplos de las pruebas periódicas y de la efectividad de dichas pruebas en el manual de seguridad de cada dispositivo, algunos fabricantes ofrecen distintos factores de cobertura de prueba, dependiendo de la prueba a ejecutar, en donde las pruebas más simples generalmente ofrecen factores de cobertura menores que otras pruebas más complejas con una efectividad mayor.

Sabiendo el tipo de actividades involucradas en las pruebas periódicas, así como teniendo en cuenta el CPT que se pudiera alcanzar, es posible usar esta información convenientemente para un mejor diseño del SIS.

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