Aktuální vydání

celé číslo

07

2021

Automatizace řízení dopravy a infrastruktury, nabíjecí stanice, autonomní vozidla

celé číslo

Raptor – bezpečnost až na prvním místě

V časopise Automa č. 1/2011 byl poprvé představen systém Raptor z dílny firmy Rosemount Tank Gauging; první hladinoměrný systém na světě nabízející úroveň inte­grity bezpečnosti SIL 3 a ochranu před přeplněním na principu „2 v 1“. V tomto člán­ku je o systému Raptor podrobněji pojednáno z hlediska funkční bezpečnosti zařízení určených k ochraně skladových nádrží před přeplněním.
 
Důraz kladený na zvyšování bezpečnos­ti techniky používané ve skladovém hospo­dářství v ropném průmyslu (včetně oblasti automatického měření polohy, popř. výšky hladiny) dále vzrostl po vážných haváriích v britském Buncefieldu, portorickém San Juanu a indickém Jaipuru (viz vložený text). V závěrech, které vyplynuly ze šetření pří­čin zmíněných incidentů, byla konstatována potřeba vytvořit a zavést do používání účin­né, v průmyslové praxi použitelné směrnice a společnou metodiku pro uplatňování hledi­sek funkční bezpečnosti v daném oboru (po­drobně se touto problematikou zabývá Chris­tian Skaug v [1]).
 

Trendy a budoucnost v oboru prevence přeplnění nádrží

 
Klíčovým faktorem u většiny nových pro­jektů měřicích a regulačních systémů pro skladovací nádrže a jejich soubory se stala funkční bezpečnost. Pravidla a firemní normy se zpřísňují, a to nejenom z důvodu hrozby negativní publicity, která doprovází každý in­cident. Hladinové spínače jsou často nahrazo­vány snímači polohy hladiny s kontinuálním snímáním a v rozpočtech se navyšují kapito­ly provozních výdajů souvisejících s bezpeč­nostními prvky a s ověřováním jejich způso­bilosti (proof-testing). Stále častěji se přijí­mají opatření vycházející z norem API 2350 a IEC 61508/61511, týkajících se bezpečnost­ních přístrojových systémů (Safety Instrumen­ted System – SIS).
 
Existuje minimálně sedm dobrých důvo­dů, proč se zabývat oblastí prevence proti pře­plnění. Jsou to:
  1. Ochrana životů a zdraví lidí.
  2. Ochrana životního prostředí.
  3. Ochrana investic firmy.
  4. Dodržení předpisů a nařízení.
  5. Snížení průvodních nákladů rizik (nepláno­vané výdaje navíc a ztráty času, cena pojiš­tění, pokuty, soudní řízení, náklady na zá­sahy při mimořádných událostech atd.).
  6. Větší výkonnost a účinnost tankovišť (rych­lejší přesuny produktu, lepší využití kapa­city nádrží).
  7. Zlepšení public relations (firemní profil z hlediska zdraví a bezpečnosti, interakce s místní komunitou, vztahy s vládní exe­kutivou a investory).
 Neexistuje jednotný recept na tvorbu pro­jektů cílených na zvýšení funkční bezpečnosti, který by bylo možné použít pro všechny pro­vozy. Například zpráva z vyšetřování neho­dy v Buncefieldu mj. uvádí přehled akcep­tovatelných rizik pro životní prostředí a cha­rakterizuje je z hlediska závažnosti a četnosti výskytu. Po výběru příslušných specifických údajů lze následně odvodit, jaká opatření je třeba přijmout ke snížení rizika na přijatel­nou míru, a to v závislosti na mnoha okolnos­tech, např. na firemních předpisech, na umís­tění a velikosti provozu, na typu skladova­ných produktů atd. Jako základní vodítko se použijí závislosti mezi veličinami SIL, RRF a SFF uvedené v tab. 1. Podrobnější informa­ce o zajišťování funkční bezpečnosti průmys­lových technologických zařízení a procesů lze nalézt např. ve [2].
 

Raptor – první snímač polohy hladiny se SIL 3

 
Skandinávská „posed­lost“ trvale zvyšovat bez­pečnost techniky, která nás obklopuje, je známá zejména z leteckého a au­tomobilového průmyslu. Není tedy překvapivé, že vstupuje i do ostatních průmyslových odvětví.
 
Švédský výrobce s vel­mi významným podí­lem na trhu – více než 100 000 instalovaných přístrojů – řeší s ohle­dem na potřeby uživate­lů mnoho různých úloh radarového měření polo­hy hladiny. Je tudíž při­rozeně nucen neustá­le investovat do inovací. Do svých výrobků musí integrovat nové vlastnos­ti, včetně bezpečnostních prvků, a pečovat o cel­kovou špičkovou kvali­tu své produkce. Firma Rosemount Tank Gau­ging (dříve SAAB) již v roce 1997 jako první na světě získala certifi­kát TÜV WHG na funkci ochrany nádrže před přeplněním pro výrobky řady TRL/2. Další světová prvenství zaznamenala v roce 2002, kdy ověřila a do průmyslové praxe zavedla bezpečnostní prvky „2-in-1“ a „3-in-1“, a v roce 2007, když představila prv­ní bilanční radarový hladinoměr certifiko­vaný pro SIL 2.
 
A nakonec v roce 2011 představuje sys­tém Raptor – radarový hladinoměr Rose­mount 5900S, který může být dodán s certi­fikací druhé nejvyšší úrovně bezpečnostní integrity SIL3 (obr. 1). Tohoto jedinečného ratingu bezpečnosti je dosahováno použi-tím funkce „2-in-1“, tj. dvou zcela nezávis­lých galvanicky oddělených bloků elektroni­ky vysílajících společnou anténou, čímž je zajištěna duální redundance již na úrovni pře­vodníku polohy hladiny (obr. 2). Přístroj cer­tifikovala nezávislá společnost Exida podle norem IEC 61508-2 a IEC 61508-3. Použitím přístroje 5900S v provedení „2-in-1“ uživatel vyhoví nejen současné, ale i budoucí legisla­tivě. Bezpečnostní certifikáty vybraných hla­dinoměrných přístrojů značky Rosemount jsou uvedeny v tab. 2.
 

Radar nikdy nespí

 
Z hlediska funkční bezpečnosti spočívá významný přínos radarového principu měře­ní polohy hladiny právě v oblasti ochrany ná­drží před přeplněním. Zcela automaticky a spojitě pracující radarový hladinoměr lze snadno konfigurovat tak, aby detekoval dosa­žení horní (high – H), popř. horní mezní (high-high – HH) úroně hladiny a inicioval spuštění příslušné (havarijní) výstrahy. Sou­časně je správná činnost radaru neustále pro­věřována při jeho běžném používání k pro­voznímu měření polohy hladiny. Funkce­schopnost bezpečnostního obvodu je tedy při použití trvale pracujícího radaru ověřována nesrovnatelně efektivněji, než je tomu u kon­venčních zařízení s pasivní detekcí dosažení horní mezní úrovně hladiny v nádrži, u nichž si uživatel může být jist jejich správnou čin­ností pouze v okamžiku vlastní zkoušky. V období mezi pravidelnými ověřovacími zkouškami uživateli nezbývá než doufat, že zařízení v případě potřeby neselže.
 

Základem bezpečnosti je spolehlivost

 
Radarový systém Raptor pracuje kontinuál­ně, čímž se prodlužuje doba zbývající do oka­mžiku, kdy nastane skutečně kritická situace. Údaje o poloze hladiny a teplotě i tlaku v ná­drži jsou neustále rychle aktualizovány a spo­lu s výsledky vnitřních výpočtů brány systé­mem v úvahu za účelem včasného vydání vý­strahy. Velká spolehlivost systému umožňuje uživateli efektivně využívat celý objem nádrže, aniž by přitom vzrostlo riziko jejího přeplnění.
 

Přednosti při montáži

 
Dalším přínosem systému Raptor z hle­diska funkční bezpečnosti je použití dvou­vodičové komunikační sběrnice. Proprietární jiskrově bezpečná komuni­kační sběrnice Tankbus ne­přináší jen snížení nákladů na kabeláž, ale i menší počet bodů s vysokým elektrickým napětím na nádrži.
 

Efektivní řešení modernizace provozů

 
Vyšetřovací komise Bun­cefield Major Incident In­vestigation Board (MIIB) ve své závěrečné zprávě do­poručuje „…nahrazovat zra­nitelné systémy servomecha­nických měřidel moderními elektronickými snímači polo­hy hladin např. na principu radaru.“ Tento trend se ce­losvětově prosazuje a zasta­ralá hladinoměrná technika na skladovacích nádržích je ve značném rozsahu nahra­zována novou.
 
Například jen v České re­publice již bylo v provozech firem Česká rafinérská, a. s., Čepro, a. s., atd. radarovými přístroji nahrazeno, popř. je právě nahrazováno, asi 500 souprav plováko­vých nebo servomechanických snímačů po­lohy hladiny. Přesto stále existuje mnoho starších sys­témů, jejichž modernizaci brání nedostatek finančních prostředků. Zde je vhodné upo­zornit, že existuje také méně nákladná alter­nativa, spočívající v instalaci moderních ra­darových elektronických snímačů navenek emulujících dosavadní mechanická měřid­la, takže nejsou nutné žádné změny sběrni­cového komunikačního systému ani řídicí­ho systému.
 
Při úvahách o modernizaci hladinoměr­né (a samozřejmě i jiné) techniky je vhodné brát v úvahu také skutečnost, že nové zaříze­ní, které má vyšší úroveň integrity bezpeč­nosti, má také podstatně delší přípustné doby mezi ověřeními (tab. 3). Z tabulky mimo jiné vyplývá, že je výhodné přístroj 5900S s certifikátem pro SIL 3 používat i při úlo­hách kategorie SIL 1 a SIL 2, čímž se docílí menší pravděpodobnosti selhání bezpečnost­ní funkce a významně se prodlouží legální lhůta mezi ověřeními zařízení následující­mi za sebou.
 

Závěr

 
Zásadní přínos kontinuálních snímačů po­lohy hladiny na principu radaru k funkční bez­pečnosti je pro stále větší počet provozovate­lů skladových nádrží významným motivem k modernizaci jejich provozů. Systém Raptor jim nyní vedle reálného zvýšení bezpečnosti, vždy aktuálních údajů o zásobách v nádržích a schopnosti efektivně využívat skladové ka­pacity poskytuje navíc oporu v podobě nezá­vislé certifikace v souladu se současnou situa­cí i trendy v legislativě a v normativní oblasti.
 
Literatura:
[1] SKAUG, C: Bezpečnostní funkce radarového měření hladiny přináší vyšší bezpečnost pro­vozu. Automa, 2007, roč. 13, č. 11, s. 22–24. Dostupné na <www.odbornecasopisy.cz/res/pdf/36388.pdf>.
[2] BABINEC, F.: K úrovni integrity bezpečnosti. Automa, 2008, roč. 14, č. 6, s. 8–11. Dostupné na <www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=37395>.
[3] GREBE, J. C. – GOBLE, W. M.: FMEDA – Accurate Product Failure Metrics. Exida, 2007. Dostupné na <www.exida.com/articles/FMEDA%20Development.pdf>.
Vladimír Bärtl,
BCM Control s. r. o.
 
Obr. 1. Bezkontaktní (FMCW) radarový hladinoměr Rosemount 5900S
Obr. 2. Funkce „2-in-1“ znamená dvě zcela nezávislé galvanicky oddělené elektroniky vysílající společnou anténou; hladinoměr Rosemount 5900S v tomto redundantním provedení se montuje na jedinou přírubu, tj. s menšími náklady
 
Tab. 1. Úroveň integrity bezpečnosti ve vztahu k faktorům snižujícím riziko a podílu bezpečných poruch (SFF) bezpečnostního přístrojového systému
Tab. 2. Vybrané hladinoměrné přístroje Rosemount 5900S, 5400, 5300 a 2120: bezpečnostní výstupy a certifikáty
Tab. 3. Doba mezi ověřeními v závislosti na SIL podle FMEDA
 
 

Nedávné velké havárie ve skladištích ropy a ropných produktů v důsledku selhání hladinoměrných systémů

 
Brucefield, Velká Británie, 2005
Nádrž č. 912 ropného skladu Hertfordshire Oil Storage Terminal byla 11. prosince 2005 v ranních hodinách přeplněna; odpařováním unikajícího paliva vznikl mrak benzinových par, který zanedlouho explodoval a způsobil značné škody (asi 1,2 miliardy eur). Mezi nejpozo­ruhodnější výsledky vyšetřování patří zjištění, že:
a) servomechanický hladinoměr ukazoval statickou polohu, přestože nádrž byla plynule plněna benzinem,
b) operátoři na rozpor nereagovali,
c) systém nerozpoznal ubývající prostor v nádrži a rychlost plnění byla naopak zvýšena,
d) zmíněná nádrž byla sice vybavena mechanickým detektorem horní mezní polohy hladiny, který se ale neaktivoval…
 
San Juan, Portoriko, 2009
Dne 23. října 2009 krátce po půlnoci zaregistrovali pracovníci ropného terminálu Ca­ribbean Petroleum poblíž portorického města San Juan mrak ropných par severozápadně od tankoviště, které obsahovalo přibližně 10 % zásob celého tropického commonwealthu USA. Zakrátko masivní výbuch oblaku par zároveň podnítil požár sedmnácti zásobníků; další čtyři skladovací nádrže vyhořely dříve, než byl požár o 72 hodin později uhašen. Prezident Obama vyhlásil stav ohrožení, více než 500 obyvatel z okolí muselo být evakuováno, stejně jako 1 450 vězňů z nedalekého vězení. Rada pro chemickou bezpečnost USA (US Chemical Safety Board) vede vyšetřování, mezi jehož předběžnými výsledky je konstatování, že únik benzinu nebyl pracovníky terminálu detekován a hladinoměrný systém nebyl zcela funkční.
 
Jaipur, Indie, 2009
Nedaleko Jaipuru, hlavního města indického státu Rajasthan, došlo 29. října 2009 v pod­večerních hodinách k masivní explozi benzinových nádrží společnosti Indian Oil Corpora­tion. Nehoda byla způsobena únikem paliva a jeho par při manipulaci a přečerpávání. Dva­náct osob zahynulo a dalších 200 bylo zraněno. Z ohrožené oblasti muselo být evakuováno více než půl milionu obyvatel.