In Betrieben der chemischen bzw. der petrochemischen Industrie hat Sicherheit höchste Priorität. Durchflussmessgeräte müssen deshalb maximale Verlässlichkeit gewährleisten. Wiederholprüfungen sind trotz ihres hohen Aufwands gängige Praxis zum Nachweis der Funktionstüchtigkeit. Die Heartbeat Technology von Endress+Hauser für alle Durchflussmessgeräte im Zweileiterkonzept gewährleistet eine permanente Gerätefunktionsprüfung mit minimalen Fehlerraten gemäß IEC 61508 direkt in der Rohrleitung.
Autor Peter Dietrich Fachverantwortlicher Marketing Durchfluss, Endress+Hauser
Das einheitliche Zweileiterkonzept für Durchfluss und Füllstand von Endress+Hauser umfasst sechs physikalische Messparameter mit 24 Produktlinien für die unterschiedlichsten Messaufgaben. In der Durchflussmessung können Coriolis, Magnetisch Induktiv, Wirbelzähler, Ultraschall als Verfahren angewandt werden, in der Messung von Füllstand sind es geführtes und frei abstrahlendes Radar.
Für den Anwender eröffnen sich große Einsparpotenziale durch Einheitlichkeit bei Planung, Beschaffung, Schulung, Wartung und Betrieb. Die Komplexität wird in allen Prozessen reduziert und gleichzeitig erhöht sich die Sicherheit durch eine Routine im positivsten Sinne im Umgang mit diesen Feldgeräten. Besonders groß sind die Vorteile für den Einsatz in SIL-Schutzeinrichtungen.
Sicherheit geht vor
Die Aufgabe von Schutzeinrichtungen ist es, das Risiko von Anlagen und Prozessen auf ein vertretbares Niveau zu reduzieren. Eine PLT-Schutzeinrichtung besteht in der Regel aus drei Elementen: einem Sensor, einem Aktor und einer Sicherheitssteuerung. Für die Entwicklung, Herstellung und den Einsatz von Geräten für SIL-Schutzeinrichtungen sind dabei zwei Normen maßgeblich: die Basisnorm IEC 61508 und die für die Prozessindustrie abgeleitete IEC 61511. Der Betreiber hat darauf basierend die Möglichkeit, nach IEC 61511 betriebsbewährte Geräte oder nach IEC 61508 entwickelte Geräte einzusetzen. Geräte, die nach IEC 61508 entwickelt wurden, haben den Vorteil, dass bereits im Entwicklungsprozess ein Managementsystem verwendet wurde, das systematische Fehler weitgehend vermeidet. Diese hohe Qualität erlaubt den Einsatz in Schutzeinrichtungen direkt ab Markteinführung. Die Durchfluss- und Füllstandgeräte im Zweileiter-Gerätekonzept von Endress+Hauser wurden konsequent nach der im Jahr 2010 überarbeiteten IEC 61508 entwickelt und sind damit für den Einsatz in Schutzeinrichtungen optimiert.
Auch die Namur hat die Vorteile von Geräten, die nach IEC 61508 entwickelt sind, für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen erkannt und in der Namur-Empfehlung NE130 „betriebsbewährte Geräte für PLT-Schutzeinrichtungen“ dokumentiert.
Bei sämtlichen Geräten des einheitlichen Zweileitergerätekonzeptes wurde die Geräte-Hardware nach SIL 2, die Gerätesoftware nach SIL 3 entwickelt. Dies erlaubt den Einsatz in SIL 2-Schutzeinrichtungen, aber auch in SIL 3 mit homogener Redundanz. Um Fehler durch unbefugten Zugriff zu vermeiden, verfügt die Gerätefamilie über eine Hard- und Software-Verriegelung. Zusätzlich wird über eine spezielle Sicherheitssequenz die korrekte Parametrierung sichergestellt. Dadurch werden systematische Fehler bei der Einstellung der Geräte, z. B. eine versehentlich zu hoch eingestellte Schleichmenge bei Durchflussmessgeräten, vermieden.
Betreiber von Anlagen müssen die Funktion ihrer Schutzeinrichtungen in regelmäßigen Abständen mit einer Wiederholprüfung nachweisen. Dies umfasst die gesamte Sicherheitskette. Üblicherweise werden im Rahmen der Wiederholprüfung auch die einzelnen Komponenten wie Durchfluss- oder Füllstandmessgeräte einer Prüfung unterzogen.
Was verlangt die Norm?
Die Vorgaben zu den Wiederholprüfungen von SIL-Schutzeinrichtungen sind in der IEC 61508 bzw. IEC 615011 und in den Regelwerken VDI/VDE2180 sowie der Namur-Empfehlung NE79 verankert. Als Zweck von Wiederholprüfungen definieren diese Normen und Regelwerke im Wesentlichen zwei Punkte:
- die Aufdeckung von gefährlichen, unerkannten Fehlern, die zum Ausfall der Schutzeinrichtung führen könnten
- den regelmäßigen Nachweis der einwandfreien Funktion einer Schutzeinrichtung
Weiterhin finden sich Angaben zu Prüfintervallen, Prüfmethoden und Dokumentation der Wiederholprüfungen. Die Prüfintervalle sind abhängig von SIL-Kennwerten, der Prüftiefe und weiteren sicherheitstechnischen Kenngrößen wie Anforderungsrate, Redundanz und Fehlertoleranz. Als bewährte Praxis für die Prüfintervalle gibt die VDI/VDE2180 beispielsweise ein Jahr an.
Wichtig: alle relevanten Normen lassen ausdrücklich eine Flexibilisierung der Prüfintervalle zu. Hierzu schreibt die VDI/VDE2180: „Eine Flexibilisierung der Intervalle ist u. a. bei vorhandener Diagnoseabdeckung und Betriebserfahrung möglich“. Auch die Namur NE 79 dokumentiert: „Es ist anzustreben, dass durch verbesserte automatische Diagnoseverfahren mit einem größeren Abdeckungsgrad eine Verlängerung der Prüfzeiten erreicht wird“.
Nach den heute gültigen Normen zur Funktionalen Sicherheit ist es im Rahmen von Wiederholprüfungen zulässig und sogar wünschenswert, die Prüfintervalle durch geeignete Diagnosefunktionalitäten zu optimieren. Den Normen entsprechend, können bei Durchflussmessgeräten damit die Prüfintervalle für aufwendige Re-Kalibrierungen verlängert werden.
Die Lösung in der Praxis
Der Wunsch nach zuverlässiger, schneller und einfacher Überprüfung, idealerweise mit hoher Qualität und Prüftiefe und ohne Anlagenstillstand, ist groß. Genau das bietet die Heartbeat Technology von Endress+Hauser für alle Durchflussmessgeräte im Zweileiter-Gerätekonzept. Heartbeat Technology gewährleistet eine vollumfängliche, permanente Geräteüberprüfung direkt in der Rohrleitung, also ohne Ausbau. Dank der hohen Gesamtprüf- tiefe von 95 % steigt die mittlere Versagenswahrscheinlichkeit (PFDavg) deutlich geringer an. Dadurch verlängert sich die mögliche Betriebsdauer: Betreiber von Schutzeinrichtungen können Art und Umfang der Wiederholungsprüfungen optimieren. Die akzeptierte Prüfmethode mit Heartbeat Technology ist eine echte Alternative zu aufwendigen Re-Kalibrierungen oder Anfahren der Auslösepunkte.
Heartbeat ist in den Geräten der Proline Durchflussmessgerätelinie implementiert und über alle Bedien- und Systemintegrationsschnittstellen verfügbar. Dazu gehören zum Beispiel Coriolis-Massedurchflussmessgeräte Promass 200 in Zweileitertechnik oder die Vortex-Durchflussmessgeräte Prowirl 200.
Das einheitliche Prüfkonzept Heartbeat Technology für die Durchflussmessgeräte im Zweileitergerätekonzept zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
- Prüfung der kompletten Signalkette im eingebauten Zustand, ohne Anfahren des Auslösepunktes
- Verlängerung der Kalibrierintervalle bei Wiederholprüfungen
- Kein Eingreifen in den Messkreis, kein Feldeinsatz und Arbeiten am Gerät notwendig
- Vermeidung systematischer Fehler durch automatisierten und einfachen Prüfablauf
- Lückenlose, rückverfolgbare Verifikationsergebnisse auf Knopfdruck
- Prüfung der Gerätefunktion mit einer Testabdeckung (Total Test Coverage „TTC“) von >95 %
Rückführbarkeit
Alle Prüfungen mit Heartbeat Technology werden auf einen unveränderlichen Werkszustand zurückgeführt und interne Referenzen während des Fertigungsprozesses rückführbar kalibriert. Diese Referenzen sind redundant in den Geräten ausgeführt; damit ist eine permanente gegenseitige Überwachung durch einen Synchron-Lauftest sichergestellt. Drifts und Alterung der Referenzelektronik-Komponenten können so sicher erkannt werden. Durch die Heartbeat Technology wird die gesamte Signalkette, vom Messaufnehmer über den Messumformer bis zu den Ausgängen, permanent geprüft. Heartbeat Technology deckt die Anforderungen an rückführbare Prüfungen gemäß ISO 9001 ab. Bestätigt ist dies in einer Bescheinigung des TÜV-Süd.
Auch bei den Füllstandgeräten mit Zweileiter-Technologie gewährleistet ein intelligentes Prüfkonzept einfache Funktionsprüfungen auf Knopfdruck oder über integrierte Prüffunktionen. Durch einen in der Software integrierten Prüfablauf werden z. B. die Sensorsignale der Füllstandgeräte in ihrer Position und Amplitude überprüft. Per Simulation wird dann das Auslösen der Sicherheitsfunktion verifiziert.
Wiederholprüfungen von SIL-Schutzeinrichtungen und im Rahmen des WHG sind damit ohne Prozessunterbrechung und im eingebauten Zustand ausführbar. Permanente Selbstdiagnosen und eine Geräteentwicklung nach IEC 61508 erlauben die Verlängerung von Prüfzyklen durch Anfahren des Auslösepunktes oder Ausbau der Füllstandsensoren. Der Vorteil für den Anlagenbetreiber: Maximale Anlagensicherheit und hohe Verfügbarkeit.
Halle 11.1, Stand C27
prozesstechnik-online.de/cav0615485
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