SIL 검증에서 사용되는 기본 용어

오늘은 SIL(Safety Integrity Level) 검증 프로세스 중 널리 사용되는 HFT, SFF, 및 PFDavg 용어의 기본 정의와 사용에 대해 알아보겠습니다.

 

**목차**

1. SIL (Safety Integrity Level)

2. HFT (Hardware Fault Tolerance)

3. SFF (Safe Failure Function)

4. Architectural Constraints (건축적 제약 사항)

- Type A devices / A 유형 장치

- Type B devices / B 유형 장치

5. 평균 요구에 따른 고장 확률

6. SIL 인증서

 

IEC 61511은 안전 수명 주기를 정의하며 SIL 확인은 4단계 (SIS 설계 및 공학)의 일부입니다.

이 단계 이전에는 위험 및 위험 분석, 안전 기능을 보호 계층에 할당, SIS 안전 등이 수행됩니다.

안전계장시스템 SIS에 대해 알아보자.(2편-IEC 61508과 IEC 61511)

안전계장시스템 SIS에 대해 알아보자.(2편-IEC 61508과 IEC 61511)

1. SIL (Safety Integrity Level)

- 공정에서 안전 수준을 측정하는 데 사용되는 정량적인 목표

- 프로세스의 목표 SIL 레벨을 정의하는 것은 사건이 발생할 가능성 및 해당 사건의 결과를 평가하는 것에 기반해야 함

안전계장시스템 SIS에 대해 알아보자.(3편-SIL, BPCS)

안전계장시스템 SIS에 대해 알아보자.(3편-SIL, BPCS)

2. HFT (Hardware Fault Tolerance)

장비가 결함 또는 오류가 발생할 때 요구된 기능을 계속 수행할 수 있는 능력

*장치의 HFT는 안전 시스템의 품질을 나타냄

- HFT가 N이면 N+1의 결함이 전체 안전 기능의 손실로 이어질 수 있음을 의미

- HFT가 0이면 1개의 결함이 전체 안전 기능 손실을 일으킬 수 있음

(예: 안전 기능에 사용되는 1oo1 pressure transmitter.) 이 transmitter의 손실은 전체 안전 루프의 손실로 이어집니다.)

- HFT가 1이면 2개의 결함이 전체 안전 기능 손실을 일으킬 수 있음 (예: 1oo2 voting)

1oo1 : redundancy no; HFT = 0; Voting = 1;

2oo2 : redundancy no; HFT = 0; Voting = 2;

1oo2 : redundancy yes; HFT = 1; Voting = 1;

2oo3 : redundancy yes; HFT = 1; Voting = 2;

1oo3 : redundancy yes; HFT = 2; Voting = 1;

2oo4 : redundancy yes; HFT = 2; Voting = 2;

HFT는 redundant device와 동의어가 아니며, 또한 2oo2 구성도 마찬가지입니다.

더 높은 HFT 숫자는 장비의 더 높은 SIL 레벨을 달성하는 데 도움이 됩니다.

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3. SFF (Safe Failure Function)

장치의 내장 진단의 효과를 측정하는 기능.

- 발생할 수 있는 모든 고장은 두 가지 유형으로 나뉩니다:

1. Safe failure (λS)and

2. Dangerous failure (λD)

 

- 또한, 이 고장은 진단 수단을 통해 감지될 수 있거나 감지되지 않을 수 있습니다. 감지되지 않은 위험한 고장에 경계를 두어야 합니다. (이는 안전하지 않으며 어떤 진단 수단으로도 감지되지 않기 때문입니다.)

Safe failure fraction는 안전한 고장 분수는 안전한 고장(λs=λsd+λSU)및 위험한 감지된 고장(λDU)의 합을 전체 고장으로 나눈 비율입니다.

Safe failure fraction

4. Architectural Constraints (건축적 제약 사항)

건축적 제약 사항은 안전 계기 기능(SIF)을 구현하기 위해 선택된 하드웨어에 부과되는 제한사항으로, 서브시스템의 계산된 성능(PFDavg 등)과는 무관합니다.

표1 - Architectural constraints for type A subsystems – Route 1H Type A & B devices

 

Type A devices

일반적으로 액추에이터, 밸브, 솔레노이드 밸브, 릴레이 등과 같은 기계 장치

"복잡한"유형 B 장치와 비교하여 "단순한"장치로 간주됨

(예: Valve, Relay, RTD, Thermocouple, Solenoid, Limit switch, etc.)

안전계장시스템 SIS에 대해 알아보자.(1편-구성 요소)

안전계장시스템 SIS에 대해 알아보자.(1편-구성 요소)

Type B devices

복잡한 전자장치를 기반으로 하는 내부에 소프트웨어가 있는 모든 장치

(예: Smart transmitters, Valve Positioners, Programmable logic controller [PLC], Distributed control system [DCS], machine monitoring system (MMS) are considered as type B devices)

 

5. 평균 요구에 따른 고장 확률

PFDavg(요구 시 평균 고장 확률)는 시스템이 필요할 때 안전 기능을 수행할 수 없고 위험하게 실패할 확률을 나타냅니다.

IEC 61508 및 IEC 61511은 SIL이 정의되는 시스템 측정 항목으로 PFDavg를 사용합니다.

각 SIL 등급에는 SIL 등급이 증가함에 따라 한 차수씩 증가하는 관련 PFDavg가 있습니다.

표2 - SIL and PFDavg correlation for low demand mode

안전계장시스템 SIS에 대해 알아보자.(4편-IPL, PFD)

안전계장시스템 SIS에 대해 알아보자.(4편-IPL, PFD)

 

6. SIL 인증서

이제 Pressure transmitter’s의 SIL 인증서를 한 예로 살펴보고 위의 용어를 이해해 보겠습니다.

 

Yokogawa make Pressure Transmitter EJA series

Yokogawa make Pressure Transmitter EJA series

 

type B device

SIL 2 when HFT 0 (1oo1)

SIL 3 when HFT 1 (1oo2)

SFF (from page 2 of certificate) = (0+55+348)/(0+55+348+36)

SFF = 91.79%

 

위의 표1을 기반으로하면 type B device SFF>90%이고 HFT=0 (1oo1, 2oo2)인 경우 건축적 제약에 따라 'SIL2'를 주장할 수 있습니다.

2oo2 (중복) 구성이더라도 'SIL2'만 달성할 수 있습니다.

이 중복성으로 인해 단순히 높은 SIL 레벨을 달성할 수 있는 것은 아닙니다. 이것은 HFT 레벨과 함께 이해되어야 합니다.

위의 표 1을 기반으로하면 type B device SFF>90%이고 HFT=1 (1oo2)인 경우 건축적 제약에 따라 'SIL3'를 주장할 수 있습니다.

Yokogawa make Pressure Transmitter EJA series

 

위의 Pressure transmitter’s 인증서를 기반으로 하면 센서 부분에 대한 다양한 voting 구성을 통해 PFDavg 및 최종 SIL 레벨을 주장할 수 있습니다.

- MTTR = 8시간 (SRS 단계의 일부여야 함)

- Proof test interval = 1년 (진단에 의해 감지되지 않는 위험한 고장을 파악하기 위함)

PFDavg 값이 낮을수록, SFF 값이 높을수록(>90%), 그리고 HFT 레벨이 높을수록: SIF 장치의 SIL 레벨을 높일 수 있습니다.

SIL 2 applications에서 사용되도록 인증된 장비 한 piece가 전체 시스템/루프 SIL 2를 충족시킬 것을 보장하지 않습니다.

모든 SIF (안전 계기 기능) 구성요소(센서, 로직 솔버 및 최종 요소)는 최신 표준에 따라 분석되어야 합니다.

테스트 간격을 감소시키고 (테스트 빈도 증가) 부분 스트로크 테스트를 도입하면 PFDavg가 향상됩니다.

SIF 구성요소에 대한 SIL 인증서 및 안전 메뉴얼은 SIL 확인 프로세스 중에 제공되어야 합니다.

가능하다면 보수적인 고장률 데이터를 사용해야 합니다 (OREDA, SINTEF/Exida SERH와 같은 산업 데이터베이스 사용). 때로는 SIL 인증서 데이터가 매우 낙관적일 수 있습니다.

이번 편에서는 Route 2H(이전 사용 전)에 대한 설명, 체계적 능력, 고장 허용성을 증가시켜야 하는 경우(예: 트립 기능 활성화), 고장 허용성을 감소시켜야 하는 경우(이전 사용에 기반), 저수요 모드, 고수요 모드 등을 다루지 않았습니다.

사용자들은 SIL 검증 활동을 시작하기 전에 IEC 61508/IEC 61511/ISA 84에서 명시된 다양한 정의, 능력 요구 사항 및 지침에 익숙해지는 것이 좋습니다.

 

ESDV와 HIPPS의 PST(Partial Stroke Test)를 알아보자.

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HIPPS에 대해 알아보자.

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