CSE-Engineering Center of Safety Excellence GmbH
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Funktionale Sicherheit

Beratung | Auslegung | SIL-Einstufung

Prozessleittechnik richtig dimensionieren

Immer mehr Sicherheitseinrichtungen werden heute durch Prozessleitsysteme gesteuert, gesichert und überwacht. Dazu müssen sie nach komplexen Regelwerken, wie DIN EN 61511/08, VDI 2180, etc. zuverlässig, fehlersicher, hoch verfügbar und langlebig ausgelegt sein. Die Verpflichtung zu umfangreicher Dokumentation kann Genehmigungsverfahren zudem schwierig machen.

Die Experten des CSE-Engineering beraten Sie umfassend zu diesem Thema. Wir legen für Sie (sicherheitsgerichtete) PLT-Einrichtungen nach den gängigen Normen aus und erstellen die erforderliche Applikationssoftware.

CSE-Engineering – Johannes Biernath

Kontakt

Johannes Biernath, M.Sc.
Process Safety Engineer

phone_in_talk +49 721 6699 4838
email E-Mail senden

Referenzen:

CSE-Geschäftsführer Prof. Jürgen Schmidt ist stellv. Vorsitz des Vorstands der Fachgemeinschaft Anlagen- und Prozesssicherheit der DECHEMA. Innerhalb dieser Fachgemeinschaft werden u.a. die Aktualisierungen der VDI/VDE-Richtlinie 2180 erarbeitet, die für die Auslegung von Prozessleittechnik und der Funktionalen Sicherheit beachtet werden sollten.

Das CSE-Engineering gründete zudem das Innovationszentrum CESIS, das sich zum Ziel gesetzt hat Safety- und Securitybetrachtungen von OT-Systemen zu kombinieren, um eine vollständige Sicherheit für die sicherheitsgerichtete Prozessleittechnik zu gewährleisten. Weitere Informationen sind unter Plant Security zu finden.

Erforderliche Unterlagen:

Für die Auslegung sicherheitsgerichteter Prozessleittechnik werden üblicherweise folgende Informationen und Dokumente benötigt:

  • Verfahrensbeschreibung des Prozesses
  • Betriebsbedingungen | -zustände
  • R&I-Fließbilder

Optional:

  • Bisheriges Absicherungskonzept
  • Gefährdungs- und Risikobeurteilung (z.B. HAZOP)

Vorgehen

Im ersten Schritt definieren wir mit Ihnen gemeinsam die Aufgabenstellung. Hierfür stellen wir Ihnen die die Grundlagen der funktionalen Sicherheit vor und die konkreten Zielvorgaben, die sich für Sie ergeben.

Im Anschluss wird – soweit noch nicht vorhanden – eine Gefährdungs- und Risikobeurteilung (z.B. HAZOP) für Ihren Prozess durchgeführt. Anhand dieser Beurteilung kann ein Konzept zur Anlagensicherheit erstellt werden, das auch PLT-Schutzeinrichtungen vorsieht.

Für diese PLT-Schutzeinrichtungen wird anschließend mit Hilfe eines Risikographen deren erforderliches Sicherheitsniveau (SIL-Berechnung) festgelegt, das als Grundstein für die Auslegung der PLT-Schutzeinrichtung dient. Darauf aufbauend kann es nun an die Planung der PLT-Schutzeinrichtung gehen. Dies umfasst die Spezifikation der Sensoren, Steuerungen (z.B. Siemens, HIMA) sowie den Aufbau der Architektur. Hierbei wird die Einhaltung der Funktionen Sicherheit gleichzeitig mit einer hohen Verfügbarkeit und Kostenminimierung optimiert.

Nach der Spezifikation folgt die Konfiguration der Soft- und Hardware, sowie die Programmierung der Sicherheitsfunktion innerhalb der vorliegenden Steuerung (z.B. PCS7, SILworX).

CSE-Engineering – Functional Safety

Auslegung von PLT-Sicherheitseinrichtungen nach DIN EN 61511/08: Zu jedem der aufgeführten Schritte wird eine ausführliche Dokumentation erstellt, die sich mit den Anforderungenen aus den Regelwerken und Normen (z.B. DIN EN 61511/08) auseinandersetzt und somit auch als Vorlage für die Abnahme durch Externe (z.B. TÜV) dienen.

Ergebnis

In Abhängigkeit der definierten Zielvorgaben, erhalten Sie am Ende einen Sicherheitsbericht, der sowohl die Ergebnisse der einzelnen Schritte aus dem Sicherheitslebenszyklus beinhaltet als auch die dazu passende Dokumentation. Die Ergebnisse der einzelnen Schritte können u.a. umfassen konkrete Spezifikationen der einzelnen Einheiten (Sensor, Steuerung, Aktoren) und die Programmierung der Sicherheitsfunktionen Ihrer PLT-Schutzeinrichtung innerhalb eines Steuerungssystems (z.B. Siemens, HIMA).

Den Umfang und den Inhalt des Berichtes passen wir nach Ihren Erfordernissen an. Sprechen Sie mit uns.

Projektdauer

In Abhängigkeit der definierten Ziele und der erforderlichen Schritte aus dem Sicherheitslebenszyklus muss individuell die Bearbeitungszeit festgelegt werden. Für eine Risikoanalyse kann durchschnittlich von etwa 0,5 – 1 Tag je R&I-Schema ausgegangen werden. Für die SIL-Berechnung ist etwa ein halber Tag zu kalkulieren.

Programmierung und Dokumentation nehmen einen höheren Zeitaufwand in Anspruch und sind abhängig von der Anzahl der PLT-Sicherheitseinrichtungen.

CSE-Engineering – Webbased Services

Übersicht Funktionale Sicherheit:

Themen:

  • PLT-Sicherheitseinrichtungen
  • Sensorik
  • Aktorik
  • Logik | Steuerung
  • Sicherheitsintegritätslevel (SIL)
  • SIL-Allokation
Steuerungssysteme:

  • Siemens PCS7
  • HIMA SILworX
  • ABB
  • Honeywell
  • Pilz
  • Rockwell Automation

Anwendungsbereiche:

  • Öl- und Gasindustrie
    • Kritische Infrastrukturen
    • Petrochemie
    • Biogasanlagen
  • Pharmazeutische Industrie
  • Anlagenbau

 

  • Chemische Industrie
    • Grundchemikalien
    • Polymerisationen
    • Sulfonierungen
    • Nitrierungen
    • Hydrolysen

Stand der Technik – Regelwerke

Im Bereich der Funktionalen Sicherheit müssen folgende Regelwerke eingehalten werden falls keine keine detaillierteren Methoden für spezielle Prozessanlagen angewendet werden. Dafür muss der Stand der Technik definiert werden. In jedem einzelnen Fall müssen die Anwendungsgrenzen der Regelwerke und die Annahmen hinter den Methoden überprüft werden:

Regelwerke
  • DIN EN 61511/08 (Funktionale Sicherheit in der Prozessindustrie)
  • VDI 2180 (Funktionale Sicherheit in der Prozessindustrie)
  • DIN EN 50156 (Elektrische Ausrüstung von Feuerungsanlagen)
  • DIN EN 298 (Feuerungsautomaten)
  • DIN EN 54 (Brandmeldeanlagen)
  • NFPA 85 (Kessel und Verbrennungssysteme)
Publikationen | Handbücher
  • folgt

Sie suchen weitere Informationen? Lesen Sie auch unser “Basiswissen Sicherheitseinrichtungen”.

Training & Coaching

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Basiswissen Sicherheitseinrichtungen

Grundlagen der Funktionalen Sicherheit

Mensch und Umwelt vor den Gefahren durch technische Anlagen schützen – darum geht es in der Prozess- und Anlagensicherheit. Technik ganz ohne Risiken gibt es nicht. Doch welche Risiken sind zulässig? Wie schützt man sich vor Gefahren?

Eine Möglichkeit sich vor Gefahren zu schützen ist die Verwendung von PLT-Schutzeinrichtungen, die Prozesse überwachen und im Falle eines Störfalls in den Prozess eingreifen und diesen in einen sicheren Zustand zu überführen. Dadurch kann das Risiko reduziert und Schäden vermieden werden. Ab welchem Punkt hierbei von einem tolerierbaren Risiko gesprochen wird und wie dies mit der funktionalen Sicherheit zusammenhängt, wird in den folgenden Absätzen kurz erläutert.

Jede Anlage in der chemischen, petrochemischen oder pharmazeutischen Industrie besitzt ein individuelles Risiko gegenüber dem Schutz von Mensch und Umwelt. Dieses prozesstechnische Risiko muss auf ein tolerierbares Risiko oder Grenzrisiko reduziert werden. Hierbei können PLT-Schutzmaßnahmen eingesetzt werden. Sei es eine Temperaturüberwachung eines exothermen Prozesses oder die Drucküberwachung einer Pumpenanlage. Die Anwendungsbereiche von PLT-Schutzmaßnahmen sind nahezu grenzenlos.

CSE-Engineering – Basiswissen Funktionale Sicherheit

Quelle: VDI 2180, Teil 1: Sicherung von Anlagen der Verfahrenstechnik mit Mitteln der Prozessleittechnik (PLT) – Einführung, Begriffe, Konzeption, Bild 4

Im Zusammenhang der Risikoreduzierung durch PLT-Schutzmaßnahmen wird der Begriff der Funktionalen Sicherheit oft erwähnt. Der Begriff der Funktionalen Sicherheit beschreibt die konkrete Funktion des Sicherheitssystems, welches im Störfall fehlerfrei funktionieren muss. Beispielsweise muss bei einer fehlerhaften Pumpenleistung die Pumpe über eine Sicherheitsfunktion abgeschaltet werden, um Folgen für Mensch und Umwelt zu vermeiden.

Damit die Funktionale Sicherheit für die Anlage gewährleistet werden kann, muss die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der PLT-Schutzeinrichtungen ausreichend hoch sein. Ab wann diese Grenze erreicht ist, wird über das sogenannte SIL (Safety Integirty Level) bestimmt. Die SIL-Berechnung ist daher für jede PLT-Schutzmaßnahme zwingend erforderlich. Erst wenn das Zusammenspiel aus Sensor, Aktor und Steuerung ein ausreichend hohes SIL besitzt, welches den Anforderungen der Anlage entspricht, kann dieses auch eingesetzt werden.

Das SIL setzt sich dabei aus zwei unterschiedlichen Teilen zusammen:

  • Architektureinschränkungen
  • Gesamtausfallwahrscheinlichkeit

Jedes Element einer PLT-Sicherheitseinrichtung besitzt individuelle Ausfallwahrscheinlichkeiten, die entsprechend der Architektur aus Sensor, Aktor und Steuerung zu einer Gesamtausfallwahrscheinlichkeit führen. Der Aufbau der PLT-Schutzmaßnahme hat aber ebenfalls einen Einfluss auf die Architektureinschränkung und das Risiko eines Ausfalls einzelner Teile des Sicherheitssystems. Beide Faktoren müssen für jede PLT-Schutzeinrichtung bestimmt werden. Hierbei liegt ein Fokus auf die Optimierung zwischen Kosten und Verfügbarkeit der einzelnen Assets.

Mit der Bestimmung des SIL kann also bestimmt werden, ob die Funktionale Sicherheit der Anlage gewährleistet ist und die Risikoreduzierung auf ein tolerierbares Risiko reduziert werden kann.

Was muss bei der Auslegung von PLT-Schutzeinrichtungen beachtet werden?

  • Ausreichende Risikoreduzierung durch SIL-Berechnung
  • Sicherheitsgerichtete Programmierung:
    • Fehlersichere Programmiersprache
    • Minimale Komplexität des Programmes zur Nachvollziehbarkeit
    • Eindeutige Ein- und Ausgabebezeichnungen
    • Reaktions-, Fehlertoleranz- und Überwachungszeiten
    • Zyklischer, deterministischer Aufruf der PLT-Sicherheitsfunktion
  • Dokumentation
    • Verifikation und Validierung
    • Externe Abnahme (z.B. TÜV)