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SIL 4 – agora estamos seguros?

Existem diferentes aspectos a considerar e avaliar no caso de uma válvula de segurança.

Figura 1: Escolhendo válvulas de emergência (ESDs)

TEXTO: Ville Kähkönen
Fotos: Erik Grönlund, Shutterstock e Metso

Válvulas de emergência (ESD)

Uma válvula de emergência (ESD) faz parte do sistema instrumentado de segurança (SIS). Ela é uma parte essencial do sistema de segurança, e quase sempre é descrita como o elemento final. Geralmente, o termo "válvulas ESD" se refere a todos os tipos de válvulas de sistemas de segurança, tais como válvulas de desligamento, parada de emergência, ventilação de emergência ou válvulas de purga. Existe muita confusão na área de segurança funcional quando o assunto é o que deve ser considerado com relação a válvulas de segurança para garantir a proteção da planta. Existem diferentes aspectos a considerar e avaliar no caso de uma válvula de segurança. Um excelente resultado de probabilidade de falha sob demanda (PFD) e o nível de integridade de segurança (SIL) são apenas dois deles.

É necessário muito mais que a certificação SIL. Existem três passos principais para válvulas ESD.

Escolha da válvula

O principal aspecto ao escolher uma válvula ESD é que o processo de seleção tenha como base a aplicação da válvula. Esse aspecto tem sido negligenciado nos últimos anos, enquanto os cálculos de segurança funcional têm atraído atenção excessiva.

Figure 2. Design de sede aberta e fechada

As válvulas ESD enfrentam os mesmos desafios de aplicação de válvulas on-off comuns. Escolher a válvula certa inclui observar detalhes como o tipo de válvula, a classe de pressão, a temperatura e os materiais, entre outros. Se a escolha não for adequada para a aplicação em questão, a falha de válvula será sistemática, e não poderemos nos beneficiar dos cálculos de segurança funcional do valor SIL e PDF. O erro sistemático na escolha da válvula fará com que ela falhe todas as vezes da mesma forma, e a taxa de erro aleatório deixará de ser a fonte principal de falhas.

Um ótimo exemplo de erro sistemático é a escolha incorreta da sede. Nós podemos utilizar o exemplo das aplicações de polímeros para demonstrar erros sistemáticos. Existem diversos tipos de válvulas e sedes no mercado, mas apenas algumas delas podem ser utilizadas em aplicações de polímeros. Quando descobrimos a classe de pressão, os materiais e a faixa de temperatura corretos, devemos considerar outros detalhes para fazer com que a válvula funcione em um processo real. Generalizar poderia incluir tipos de sede que têm contato entre os elementos de vedação durante todo o percurso e tipos de sede que perdem o contato durante a operação, como válvulas de plug e válvulas de haste ascendente. O problema gerado por tipos de sede que perdem o contato é que o polímero se acumula entre as superfícies. A válvula não funciona totalmente ou começa a ficar obstruída quando isso acontece. Esse problema pode ser resolvido escolhendo uma válvula de esfera rotativa com uma sede raspadora que limpe a superfície de vedação enquanto desloca a válvula. Isso resolve o primeiro problema, mas depois de escolher a válvula esfera, ainda é preciso escolher entre vários tipos diferentes de sede. O design de "sede aberta" (Figura 2) ficará obstruído quando o polímero entrar na cavidade da sede. Esse problema pode ser resolvido utilizando um design de sede fechada no qual a característica funcional da sede é protegida. Esse tipo de sede é uma escolha excelente para processos que contêm impurezas. Seria um desastre se a sede da válvula ESD fosse obstruída quando a válvula precisar operar.

 

Figura 3: Ferramenta Nelprof SIL.

Segurança funcional – aproveite ao máximo

O exemplo anterior destaca a importância de escolher a válvula com base na aplicação. Mesmo com um tipo de sede inadequado, seria possível calcular um SIL alto e um bom valor de PFD. Se avaliarmos apenas o valor PFD, ele não pode garantir a segurança da unidade.

De acordo com as normas internacionais IEC 61508 e 61511, geralmente temos um nível de integridade de segurança a ser alcançado com base na análise de risco e operabilidade (Hazop) e na avaliação do nível de integridade de segurança. Os elementos finais são uma parte essencial do ciclo de segurança. Se dispositivos, como válvulas, não estiverem funcionando adequadamente, a função instrumentada de segurança não é disponibilizada. Nos últimos anos, foram feitos diversos anúncios de fabricantes publicando a certificação SIL e fazendo propaganda de válvulas SIL 3. A certificação prova que a válvula é capaz de trabalhar em um ciclo SIL 3, mas não garante que o funcionamento seja SIL 3. O elemento final é parte do ciclo de segurança e, assim sendo, certificados de componentes não são o suficiente para garantir o nível de integridade do ciclo. O elemento final completo deve ser calculado como uma estrutura, considerando todos os componentes necessários para a função de segurança.

Na montagem do elemento final, os componentes típicos são o corpo da válvula, o atuador e a solenoide de segurança inteligente. Todos esses componentes têm suas próprias certificações SIL e valor PFD, que pode ser calculado de acordo com os intervalos de teste.

No exemplo, é fácil perceber o efeito dos intervalos de teste. Mesmo que a capacidade SIL 2 seja alcançada em ambos os exemplos, o valor PFD será alterado. Só é possível descobrir a capacidade final do sistema de segurança fazendo os cálculos com base no sistema completo.

Teste e manutenção

A manutenção e os testes são uma parte essencial do ciclo de vida útil das válvulas ESD. Trocando em miúdos, as válvulas ESD não devem ser dispositivos que você simplesmente "instala e esquece que existem". A única forma de manter a integridade da segurança é bolar um plano de testes e seguí-lo. No exemplo anterior, o intervalo de teste para deslocamento completo era de 48 ou 36 meses, e para deslocamento parcial, de 3 meses. Se os testes não forem realizados de acordo com o planejamento, o nível de integridade da segurança não poderá ser mantido. Usando a ferramenta Nelprof™ para SIL, também é fácil ver quais devem ser os intervalos entre testes, bem como o efeito que será gerado sobre o valor PFD se não for possível realizar esses testes dentro intervalo predeterminado. O intervalo de um teste de deslocamento parcial (PST) de um a três meses geralmente é utilizado com solenóides de segurança inteligentes, como o Neles® ValvGuard™, para automatizar a rotina e a documentação dos testes.

O teste de válvulas ESD geralmente é dividido em dois tipos diferentes. Um teste de deslocamento parcial (PST) pode ser realizado enquanto a unidade está em operação, e um teste de prova é realizado durante as paradas. A diferença entre os tipos de teste é que o deslocamento integral de uma válvula em um teste de prova terá um impacto sobre a operação da unidade, enquanto o teste de deslocamento parcial pode ser realizado sem prejudicar o processo. Durante o PTS, a válvula é movimentada a uma porcentagem pequena da sua capacidade de deslocamento total para que seja possível analisar a sua condição. Em testes de prova, o teste de deslocamento total é feito com 100% do deslocamento. A vantagem de realizar o PTS é que, desta forma, o teste de deslocamento completo não precisa ser realizado com tanta frequência e ajudará a fazer com que ele se encaixe no plano de retomada da planta.

Figura 4. Intervalo de teste.

É fácil perceber as vantagens do PST no gráfico anterior. A linha cinza chegou ao SIL 2 muito mais rápido que a linha verde com PTS. Também dá pra ver que não é possível evitar completamente o teste de prova apenas realizando o PTS, mas o intervalo do teste de deslocamento total pode ser mais espaçado. 

Resumo

A escolha de válvulas ESD envolve mais do que apenas calcular o PFD e o nível de integridade da segurança. O trabalho básico na escolha de uma válvula com base na sua aplicação ainda é uma parte muito importante do processo de seleção das válvulas ESD. Depois que a válvula for considerada capaz de atuar naquela aplicação, nós podemos aproveitar todas as vantagens oferecidas pelos cálculos de segurança funcional. Depois que esses passos forem concluídos para garantir a segurança da unidade durante todo o ciclo de vida, os testes e a manutenção realizados na válvula são importantes para garantir que a válvula ESD funcione sempre que for necessário.  

MAIS INFORMAÇÕES: 
ville.kahkonen@metso.com

Publicado na revista Results 2/2015.
Publicado originalmente na revista Hydrocarbon Engineering, na edição de junho de 2015, com o título “Am I safe now?” (Estamos seguros?)

 

 

 

 

 

 

 

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