Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
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:
-
Ochrana životů a zdraví lidí.
-
Ochrana životního prostředí.
-
Ochrana investic firmy.
-
Dodržení předpisů a nařízení.
-
Snížení průvodních nákladů rizik (neplánované výdaje navíc a ztráty času, cena pojištění, pokuty, soudní řízení, náklady na zásahy při mimořádných událostech atd.).
-
Větší výkonnost a účinnost tankovišť (rychlejší přesuny produktu, lepší využití kapacity nádrží).
-
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:
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.