Prosjektering av sikkerhetssystemer

Prosjektering av sikkerhetssystemer IFEA-kurs Brann-, gass- og nødavstengningssystemer Jens-Erik Tømte Statoil Jørn Leivestad Aker Solutions

Tema 2

Hva er sikkert? Hva vi definerer som sikkert, er avhengig av vår referanseramme... 3

Sikkerhetssystemer Sikkerhetsfunksjon Fysisk tiltak som reduserer sannsynligheten for at en fare- eller ulykkessituasjon skal oppstå, eller som begrenser konsekvensene ved en ulykke. Seksjonering av prosess Deteksjon av brann Deteksjon av gass Tennkildeutkobling Opprettholdelse av overtrykk i uklassifiserte rom Start og stopp av brannpumper Aktiv brannbekjempelse Reduksjon av eksplosjonstrykk (spesielt eldre innretninger) Aktiv røykkontroll Prosess-sikring m.fl. Sikkerhetssystem Et system som realiserer en eller flere sikkerhetsfunksjoner. Nødavstengningsystem (ESD/NAS) Brann- og gassystem (F&G/B&G) Instrumenterte Sikkerhetssystem (ISS) System for overtrykksbeskyttelse (HIPS, HIPPS, OPS) System for produksjonsnedstengning (PSD/PAS) System for utstyrsbeskyttelse (USD) m.fl. 4

Omsette krav i regelverk, standarder og selskapsinterne krav og normer til spesifikasjoner for et system som skal være: realiserbart sikkerhetsmessig forsvarlig funksjonelt kostnadseffektivt Krever kunnskap bl.a. om: hvilke regler og normer som finnes innenfor fagområdet. relevans og innbyrdes forhold mellom disse....og ikke minst god teknisk kunnskap om det aktuelle fagområdet. 5

Et vell av kravdokumenter Lover Forskrifter/EU-direktiver Norske og internasjonale standarder Veiledninger Retningslinjer Selskapskrav, -standarder og prosedyrer Interne prosedyrer Beste praksis Interne prosjektdokumenter fra oppstrøms disipliner 6

Strukturen i regelverket Lover Vedtas av Stortinget (eks. Arbeidsmiljøloven) Forskrifter Gitt ved Kongelig resolusjon. Må hjemles i lov, og gir regler med lovs kraft. Veiledninger Anvisninger og eksempler på fremgangsmåter som kan brukes for å oppnå den standard lov og forskrifter legger opp til, for eksempel "Veiledning om klima og luftkvalitet på arbeidsplassen" fra Direktoratet for arbeidstilsynet Standarder Retningslinjer innen bestemte fagområder. Kan - men behøver ikke - være uttrykk for en rettsregel. Er basert på fagkunnskap innen de bestemte områdene Selskapsinterne krav Tilleggskrav ut over det som er gitt over, som det enkelte selskap vil standardisere på Lover Forskrifter Veiledninger Standarder Selskapsinterne krav Rettsregler 7

Eksempler - sikkerhetssystemer Lover Petroleumsloven Forskrifter Innretningsforskriften Aktivitetsforskriften Styringsforskriften Veiledninger Veiledning til Styringsforskriften, Innretningsforskriften og Aktivitetsforskriften Retningslinjer Elektrisitetstilsynet Retningslinjer for jording av maritime anlegg Standarder og direktiver IEC 61508, 61511 (prosess industri) OLF 070 (løsninger for tekniske sikkerhetsfunksjoner i petroleumsvirksomheten) ATEX-direktivet (Implementert i norsk regelverk som FUSEX) API RP-14C / ISO10418 NORSOK 8

Standard Subtitle to be placed here... er en teknisk spesifikasjon som beskriver hvordan ulike objekter skal kunne defineres på en entydig måte... 9

Flere regelverksregimer Faste installasjoner Plattformer Flytende, men forankrede skip/rigger Flyttbare innretninger Skip Borerigger Ulike kundegrupper og filosofier med ulike krav til: Prosjektorganisering og prosjektgjennomføring Regelverk og retningslinjer, samt tolking av disse Holdninger, kompetanse og ressurser 10

Utvikling i regelverket Detaljert utformede krav Angir mål, vekt eller andre spesifikke egenskaper ved den ønskede løsning. Funksjonsbaserte krav Beskriver ønsket funksjonsmåte Ingen detaljbeskrivelse på hvordan kravet kan løses Henviser videre til nasjonale og/eller internasjonale standarder 11

Kilder til informasjon i prosjektet Systemfilosofier og strategier Design Basis Systembeskrivelser Topologi-tegninger Funksjonsspesifikasjoner P&ID, D&ID C&E FPDS GA (General Arrangement) Funksjonsbeskrivelser Termineringstegninger Dataark Operasjonsmanualer Registre, databaser og online oppslagsverk 12

Utgangspunktet er ofte en ovenfra og ned-tilnærming (top-down approach): Filosofi Gir de overordnede prinsipper Strategi Systemløsninger, og fordeling av oppgaver/funksjoner mellom systemer Funksjonsspesifikasjoner, etc. Spesifiserer hvilke funksjoner et system skal ivareta 13

Krav og behov Definere klare krav og behov til systemene og stille spørsmålene hva og hvorfor: Hva for å finne ut hva som er krav og behov Hvorfor for å finne begrunnelsen for disse Krav inndeles ofte i Funksjonelle krav Hva skal gjøres? Operasjonelle krav Hvordan skal ting gjøres? Fysiske krav Absolutte betingelser Fysiske forhold og betingelser som ikke kan underlegges føringer 14

Hvor starter man? NAS / B&G Eksterne krav Regelverk (lov & forskrifter) Standarder (IEC 61508/61511,...) Retningslinjer (OLF 070,...) Prosjektinterne krav/dokumenter SAS Functional Specification (I) Black Start Philosophy (I) Alarm Philosophy (I) SAS Topology (I) C097-AKG-J-RA-7901 SAS FS system 79 Safety Strategy/Safety Design Basis (S) ESD system Safety Requirement Specification (S) ESD Design Specification / F&G Design Specification (S) Emergency Shutdown Logic Diagram / C&E (S) Performance Standard for Safety Systems (S) Fire Protection Data Sheets ( Area Safety Charts ) (S) Area Classification Plot Plans (S) Fire and Gas Detector Siting Guideline (S) Fire Protection and Detection Layout (S) P&IDs (P) D&IDs (H) NPD regulations: 2 management regulations, 7 facilities regulations and 24 & 44 activities regulations. IEC 61508 IEC 61511 OLF GUIDELINE 070 C097- -S- -nnnn (HOLD) IEC 61508 Documentation of compliance C097-AKE-S-SA-0002 Performance standards for safety systems and barriers C097-AKG-J-SP-0102 Safety Requirement Specification - 79 ESD system I: Instrument S: Safety P: Prosess H: HVAC C097-ANG-J-RA-0001 Safety Analysis Report KM C097- Safety Analysis Reports C097- Safety Analysis Reports 15

Systemtopologi Inndeling i ulike systemer Grad av uavhengighet mellom systemene Fysisk lokalisering Inter-systemkommunikasjon IO-grensesnitt Nettverksløsninger Brannmurløsninger Redundans CPU-nivå Inn-/utgangskort Innganger/sensorer Utganger/pådragsorganer HMI 16

Spesifikasjon av NAS-systemet Følgende dokumenter inngår vanligvis i detalj spesifikasjon av NAS-systemet: NAS funksjonsspesifikasjon NAS-hierarki Hierarkisk oversikt over NAS-systemets funksjoner, med utløsende faktorer og effekter Et gitt nivå kan initiere underliggende nivåer, men ikke motsatt. Cause & Effect (Årsak-virkning-diagrammer) Detaljert oversikt på tagnivå over implementert logikk, pr. NAS-nivå. Ref. NORSOK S-001N, figur 9.1 17

Prinsipielle avklaringer - NAS Maskinvareløsninger (fast fortråding, RIO, buss-løsninger, duplisering..) Feiltoleranse (redundans, votering,...) Integritet/uavhengighet Linjeovervåking (jordfeil, kortslutning, åpen sløyfe) Feil til sikker tilstand / aktive/passive utganger (NE/NDE design) Testing under drift Responstid Prinsipper for Prosess-seksjonalisering Trykkavlastning (blowdown) Tennkildeisolering (sammen med B&G) Manuell elektrisk isolering Prosedyre for tilbakestilling Alarmstatus, aktive undertrykkinger, blokkeringer, overbroinger Oversikt/status aksjoner HMI (operatørskjerm, storskjerm, matrise/mimikk) Kommunikasjon B&G NAS 18

Spesifikasjon av B&G-systemet Følgende dokumenter inngår vanligvis i detalj spesifikasjon av B&G-systemet: B&G funksjonsspesifikasjon FPDS (Fire Protection Data Sheet) (Årsak-virkning-diagrammer) Normalt inndelt i brannområder. Brannvannspumpelogikk Brann og Gass detektor layout og prinsipper. CAP (Critical Action Panel) Layout Krav til utløsing av aktive systemer med B&G systemet ute av drift. 19

Prinsipielle avklaringer B&G Maskinvare: Fast fortråding, RIO, bussløsninger,... Linjeovervåking jordfeil, kortslutning, åpen strømkrets Feiltoleranse (redundans, votering ifm. deteksjon) Integritet / uavhengighet Alarmstatus, aktive undertrykkinger, blokkeringer, overbroinger Testing under drift Responstid Aktive/passive utganger (NE/NDE design) PA - alarmering Brannvannpumper Slokkesystemer Brannspjeld Status aksjoner Prosedyre for tilbakestilling HMI skjerm / fast fortrådet mimikk 20

Noen utfordringer Tennkildeisolering Ressurskrevende aktivitet Fokusér på enkel og strukturert filosofi tidlig i prosjektet Følg opp mot Elektro for å sikre ryddig og strukturert design på trippsignaler Avgrense bruk av usertifisert, kritisk utstyr så langt mulig Etabler LURer uten direkte dører/åpninger mot klassifiserte områder Husk at alle signalsløyfer (også el. trippsignaler) også skal tilfredsstille klassifisering etter NAS1, alternativt isoleres fra sikkert område (SUR/LUR) Alarmfilosofi Alarmkvittering felles for VDU/KAP? Linjeovervåkning av feltsignaler Velge prinsipp/funksjonalitet slik at detektert feil gir feilalarm ikke aksjon... og, husk at instrument/sas er og blir en nedstrømsdisiplin Essensielt med tett og løpende kontakt med andre fagdisipliner 21

Dokumentasjon i driftsfasen Essensielt at underlagsdokumentasjon holdes oppdatert også ved overgang til driftsfase Sporbarhet Opplæring Feilsøking IEC-61508 Part 1, avsn. 5.2.11: All relevant documents shall be revised, amended, reviewed, approved and be under the control of an appropriate document control scheme. 22

Noen sentrale standardiseringsorganisasjoner ANSI American National Standards Institute http://web.ansi.org API American Petroleum Institute http://www.api.org ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers http://www.ashrae.org ASME American Society of Mechanical Engineers http://www.asme.org ASTM American Society for Testing and Materials http://www.astm.org BSI British Standards Institution http://www.bsi.org.uk CENELEC Electrotechnical Standards Europe http://www.cenelec.org CEN European Committeee for standardization http://www.cenorm.be DNV Det Norske Veritas http://www.dnv.no DIN Deutsches Institut für Normung http://www.din.de EEMUA The Engineering Equipment and Materials Users Association http://www.eemua.co.uk EI Energy Institute http://www.petroleum.co.uk IEC International Electrotechnical Commission http://www.iec.ch IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers http://www.ieee.org ISA International Society for Measurement and Control http://www.isa.org ISO International Organization for Standardization http://www.iso.ch ITU International Telecommunication Union http://www.itu.int NACE National Association of Corrosion Engineers http://www.nace.org NEK Norsk Elektroteknisk komite http://www.nek.no NELFO Norges Elektroentreprenørforbund http://www.nelfo.no NFPA National Fire Protection Association http://www.nfpa.org NSF Norges Standardiseringsforbund http://www.standard.no NTS Norsk Teknologistandardisering http://www.standard.no NORSOK Norsok standarder 23