Capas de Mitigacion vs Capas de Proteccion

Protección vs. Mitigación según ISA 84.00.01 y 07

Anneliese Hofmayr Septiembre 2009 Standards Certification Education & Training Publishing Conferences & Exhibits

Isa Venezuela Sección Metropolitana Sep 2009

Agenda: • Puntos principales – – – – –

Protección vs. Mitigación Diferencias y similitudes entre un SIS y un SFG Características de una Capa de Mitigación ISA TR84.00.07 – Evaluación de Efectividad en SFG Conclusiones y Recomendaciones

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Protección vs. mitigación

Civil protection

Civil protection

Retention basin

Passive protection

Pressure-relief valve, bursting disk Safety system (automatic)

MITIGACIÓN

Safety shutdown

Plant personnel intervenes

Fire & Gas

Safety system (SIS)

Process alarm Process control system

Basis automation

Process data

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Standard behavior

Protección vs. Mitigación A
B Capa de Mitigación B
E Capas de Protección

Severo

Baja

Moderada

Alta Frecuente

Improbable

Remota

Ocasional

Probable

Moderado

Alto

Alto

Alto

Alto

Bajo

Moderado

Moderado

Moderado

Alto

Moderado

A Serio

Menor

Menor

Consecuencia

Extenso

Catastrófico

Frecuencia

Bajo

Bajo

E

Moderado

Moderado

Mitigación Moderado

Alto

Moderado D

Moderado

Moderado C

Alto B

Protección: Disminución de probabilidades Despreciable

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Bajo

Bajo

Bajo

Bajo

Moderado

Diferencias entre un SIS y un SFG Sistema Instrumentado de Seguridad (SIS) Un SIS es una Capa de protección

Sistema de Fuego y Gas (SFG) Un SG&F es una Capa de mitigación

SIS M

PLC

S

H

FD GD

SFG TP

TP

H H

B

S

M

1.

Tiempo de reacción en ms. (Generalmente)

1.

Tiempo de reacción en segundos. (incluso minutos)

2.

Se evita intervención Humana a menos que sea medible su desempeño

2.

Se fomenta intervención Humana.

3.

SIL de la FIS es calculable basado en Hardware y Software

3.

SIL del Sistema NO es calculable basado en hardware y Software

4.

No necesita energía para actuar

4.

Necesita energía para actuar

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Diferencias entre un SIS y un SFG Sistema Instrumentado de Seguridad (SIS) Un SIS es una Capa de protección

Sistema de Fuego y Gas (SFG) Un SG&F es una Capa de mitigación

SIS M

PLC

S

H

FD GD

SFG TP

TP

H H

B

S

M

Sistema Durmiente

Sistema Durmiente

Separación

Separación

Lógica Inversa

Lógica Directa

Confiabilidad se alcanza con redundancia

Confiabilidad puede no alcanzarse con redundancia

Se activa automáticamente

Puede activarse de forma automática o manual

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Diferencias entre un SIS y un SFG

DCS HM I

HMI

SOE

SIS

F&G Hardwired, Industrial Ethernet, Profibus I/O or Modbus

F&G I/O

SIS I/O HVAC I/O

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SOE

Diferencias entre un SIS y un SFG Arquitectura de un SFG Supervised Monitoring ( Wire Breaks & Shorts)

HMI ACK, SILENCE, RESET

Fire Zone1

Fire Zone2

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H

Heat Detectors Manual Call Box

FD

Flame Detectors (4-20mA)

GD

Gas Detectors (4-20mA)

Motor Motor with Feedback .

.

.

.

.

.

Power System Battery System Charger, Batteries, Diagnostic Monitoring

M

Smoke Detectors

Supervised Monitoring ( Wire Breaks & Shorts)

Common Logic Hi-Level Zone Status Power Monitor Panel Status Diagnostics Bypassing Capability Testing Capability

S

E O L

Fire Zone3

Applicable Standards NFPA 72 EN54 IEC 61511

Diferencias entre un SIS y un SFG Capas de Protección y Riesgo Tolerable Según la IEC 61511 o ANSI/ISA 84.00.01 – 2004 el riesgo tolerable es igual a… Riesgo Tolerable (ƒ) ≥ Riesgo Inherente (f) x PFD todas las capas Una capa de protección debe ser… OK. 1. OK. 2. NO 3.

Especifica (estar bien definida) Independiente (de otras capas) Debe de poderse depender de su accionamiento

Un SFG no cumple las características necesarias para ser considerado una capa de Protección ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

Características de una capa de Mitigación Ejemplo: GD

FD

De haber una fuga de Gas, el sistema pudiera detectarla y alarmar ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

Características de una capa de Mitigación Ejemplo: GD

De haber una fuego, El sistema pudiera reaccionar ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

FD

Características de una capa de Mitigación Ejemplo: FD

GD

1

Pero pudiera también fallar aun estando en operativo ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

Características de una capa de Mitigación Ejemplo: GD Incluso la supresión no es garantía de resultado:

De haber una fuga, puede haber muertos … y/o incapacitados ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

FD

Características de una capa de Mitigación Sistema Instrumentado de Seguridad (SIS)

Sistema de Fuego y Gas (SFG)

Lógica Inversa

Lógica Directa

Confiabilidad se alcanza con redundancia

Confiabilidad puede no alcanzarse con redundancia Seguridad

2oo2

1oo2

2oo3

2oo3

1oo1

1oo1

1002

2002

Disponibilidad ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

Afectado por Geografía y Tamaño del Siniestro

Características de una capa de Mitigación ... Para fugas pequeñas …

Seguro

Inseguro 1oo10 – 2oo10 – 3oo10 …………………..8oo10 – 9oo10 – 10oo10 Poco confiable
Intervención Humana

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Muy confiable

Características de una capa de Mitigación ... Para fugas Grandes …

Seguro 1oo10 – 2oo10 – 3oo10 …………………..8oo10 – 9oo10 – 10oo10 Poco confiable
Intervención Humana

ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

Muy confiable

Evaluación de Efectividad en SFG Según la IEC 61511 o ANSI/ISA 84.00.01 – 2004 el riesgo tolerable es igual a… Riesgo Tolerable (ƒ) ≥ Riesgo Inherente (f) x PFD todas las capas Una capa de protección debe ser… OK. 1. OK. 2. NO 3.

Especifica (estar bien definida) Independiente (de otras capas) Debe de poderse depender de su accionamiento

Un SFG no cumple las características necesarias para ser considerado una capa de Protección ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

Evaluación de Efectividad en SFG Según la ISA 84.00.07 – 2008 el riesgo tolerable es igual a…

Riesgo Tolerable (ƒ) ≥ CWA x FSM x PFD todas las capas Donde: CWA es la Consecuencia Promedio Ponderada (Weighed Average) Y FSM es la frecuencia anual Consecuencia

Categorías de Frecuencia - Años >10.000

10.000 - 1.000

1.000 - 100

100 - 10

10 - 1

1

A

A

A

B

B

10

A

A

B

B

C

100

A

B

B

C

C

1.000

B

B

C

C

D

10.000

B

C

C

D

D

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Evaluación de Efectividad en SFG Ejemplo: (Paul Gruhn’s 2006 ISA White Paper: SIL Ratings for F&GS Hardware) Consideremos un Separador de crudo con cinco válvulas, diez bridas y treinta metros de tuberías. Según estadísticas históricas de las rupturas Diámetro

Ocurrencia

Frecuencia

Consecuencia

1” diámetro

94%

2.09 x 10-2

100

6” diámetro

5%

1.5 x 10-31

1000

Rotura total

1%

3.1 x 10-4

10000

Entonces: Las consecuencias promedio ponderadas CWA están dadas por: CWA = 0.94 x 100 + 0.05 x 1.000 + 0.01 x 10.000 = 244 Y la Frecuencia anual sin mitigar: FSM = 2.9 x 10-2 + 1.5 x 10-3 + 3.1 x 10-4 = 3.08 x 10-2 ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

Evaluación de Efectividad en SFG Dado que el evento indeseable ha ocurrido, el riesgo aceptable depende del resultado final de siniestro. Por tanto, generalmente se utiliza matrices de riesgo 32 Años

3.08 x 10-2 Consecuencia

Categorías de Frecuencia - Años >10.000

10.000 - 1.000

1.000 - 100

100 - 10

10 - 1

1

A

A

A

B

B

10

A

A

B

B

C

100

A

B

B

C

C

1.000

244 B

B

C

C

D

10.000

B

C

C

D

D

Donde: A. Diseño aceptable – No requiere cambios B. Considérese otras capas adicionales C. Requiere Capas adicionales D. Diseño inaceptable

Recuerde … Categorias de Consecuencias 1 - Sin Heridos - Primeros Auxilios 10 - Heridos 100 - Incapacitados 1.000 - Con Muertes 10.000 - Con Multiples Muertes

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Evaluación de Efectividad en SFG Consideremos una pinchadura equivalente a un orificio de 1” Dia.

Cobertura de Detección

Escenario

Activación SG&F

Efectividad del Supresor Si

Si

Si

0.9

0.9

No

0.9

Frecuencia Consecuencias

Consecuencia Ponderada

0.729

1

0.729

0.081

100

8.100

0.090

100

9.000

0.100

100

10.000

0.1

Fugas 1" Dia

No

1 x 10+00

0.1 No 0.1 Totales

Considerando: 1. Coberturas exageradas (90%) 2.SG&F SIL 1 ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

1.000

27.829

Evaluación de Efectividad en SFG

Consideremos una pinchadura equivalente a un orificio de 1” Dia.

Escenario

Cobertura de Efectividad del Detección Activación SG&F Supresor Frecuencia Consecuencias Si

Si

Si

0.9

0.99

No

0.9 Fugas 1" Dia 1x

0.802

1

0.802

0.089

100

8.900

0.009

100

0.900

0.100

100

10.000

0.1 No

10+00

Consecuencia Ponderada

0.01 No 0.1 Totales

Con un SG&F SIL 2

ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

1.000

20.602

Evaluación de Efectividad en SFG Consideremos una pinchadura equivalente a un orificio de 1” Dia.

Cobertura de Efectividad del Detección Activación SG&F Supresor Frecuencia Consecuencias

Escenario

Si

Si

Si

0.9

0.999

No

0.9

Consecuencia Ponderada

0.809

1

0.809

0.090

100

8.991

0.001

100

0.001

0.100

100

10.000

0.1

Fugas 1" Dia

No

1 x 10+00

0.001 No 0.1

… y con un SG&F SIL 3

Totales

1.000

19.801

La contribución del SG&F es pequeña entre SIL 1 y SIL 2, a pesar de haber exagerado la cobertura y eficiencia de los sensores y supresores

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Evaluación de Efectividad en SFG

Consideremos ahora una pinchadura equivalente a un orificio de 6” Dia. con un SG&F SIL 2 dada su contribución.

Escenario

Cobertura de Efectividad del Detección Activación SG&F Supresor Frecuencia Consecuencias Si

Si

Si

0.9

0.99

No

0.9

Consecuencia Ponderada

0.802

10

8.018

0.089

1000

89.000

0.009

1000

9.000

0.100

1000

100.000

0.1

Fugas 6" Dia

No

1 x 10+00

0.01 No 0.1 Totales

ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

1.000

206.018

Evaluación de Efectividad en SFG

Y finalmente consideremos la rotura total del tubo, con un SG&F SIL 2 (aquí otra vez, dada su contribución)

Escenario

Cobertura de Efectividad del Detección Activación SG&F Supresor Frecuencia Consecuencias Si

Si

Si

0.9

0.99

No

0.9

Consecuencia Ponderada

0.802

100

80.180

0.089

10000

891.000

0.009

10000

90.000

0.100

10000

1000.000

0.1

Fugas Tubo Roto

No

1 x 10+00

0.01 No 0.1 Totales

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1.000

2061.180

Evaluación de Efectividad en SFG

Considerando las consecuencias después de la mitigación utilizando un Sistema FG con hardware SIL3 Diámetro

Ocurrencia

Frecuencia

Consecuencia

1” diámetro

94%

2.09 x 10-2

20.6

6” diámetro

5%

1.5 x 10-31

206.1

Rotura total

1%

3.1 x 10-4

2061

Entonces: Las consecuencias promedio ponderadas CWA están dadas por: CWA = 0.94 x 100 + 0.05 x 1.000 + 0.01 x 10.000 = 244 Y la Frecuencia anual sin mitigar: FSM = 2.9 x 10-2 + 1.5 x 10-3 + 3.1 x 10-4 = 3.08 x 10-2 ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

Evaluación de Efectividad en SFG La capa de mitigacion apenas nos ha disminuido suficiente para que no haya heridos, pero si incapacitados, por lo que se requieren de capas de protección. 32 Años

3.08 x 10-2 Consecuencia

Categorías de Frecuencia - Años >10.000

10.000 - 1.000

1.000 - 100

100 - 10

10 - 1

A

A

A

B

B

A

1 10

A

B

B

C

B

B

C

C

1.000

49.8 A 244 B

B

C

C

D

10.000

B

C

C

D

D

100

Donde: A. Diseño aceptable – No requiere cambios B. Considérese otras capas adicionales C. Requiere Capas adicionales D. Diseño inaceptable

Recuerde … Categorias de Consecuencias 1 - Sin Heridos - Primeros Auxilios 10 - Heridos 100 - Incapacitados 1.000 - Con Muertes 10.000 - Con Multiples Muertes

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Evaluación de Efectividad en SFG 1. Agregar Capas de protección (Infecciones, integridad mecánica etc.) 2. Integridad del SG&F no es garantía de alcanzar el nivel de riesgo aceptable 3. Revisar diseño con énfasis en cobertura y eficiencia de sensores y supresores 4. Revisar BIEN la TR 84.00.07 Frecuencia Meta 1 x 10-4

Frecuencia Actual 3.08 x 10-2 Capas de Protección

Consecuencia

Categorías de Frecuencia - Años >10.000

10.000 - 1.000

1.000 - 100

100 - 10

10 - 1

1

A

A

A

B

B

10

A

A

B

B

C

A

B

B

C

C

1.000

B

B

C

C

D

10.000

B

C

C

D

D

49.8 100

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Evaluación de Efectividad en SFG 1. Existen entonces varios factores a tener en cuenta en el diseño e instalación de un SFG 2. El ciclo de vida de un SG&F según ANSI/ISA TR 84.00.07 es: 1 – Identificación de áreas problemáticas 2 – Identificación de escenarios de riesgo 3 – Hacer un análisis de consecuencias 4 – Hacer un análisis de frecuencia 5 – Hacer un análisis de riesgo no mitigado 6 – Identificación de requerimientos del SG&F 7 – Desarrollar el diseño preliminar del SG&F 8 – Evaluar la cobertura de los detectores 9 – Evaluar la disponibilidad Segura del SG&F 10 – Hacer un análisis de riesgo mitigado 11 – Modificar diseño del SG&F ISA VENEZUELA SECCION METROPOLITANA Julio 2009

¿Preguntas?

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