Mika Kaijanen Special dviser /utomation Tel. +358 9 4691 238 GSM +358 400 607 969 E-mail: mika.kaijanen@poyry.fi Electrowatt-Ekono Oy P.O. Box 93 (Tekniikantie 4 ) IN-02151 Espoo inland Tel. +358 9 469 11 ; ax +358 9 469 1981 IEC 61508 soveltaminen voimalaitoksilla - Kattilalaitoksen Turvallisuuteen Liittyvät Järjestelmät * VRN RVIOINTI J HLLINT * TOIMINNLLISEN TURVLLISUUDEN RVIOINTI * TLJ:N TOTEUTTMINEN * 1
Voimalaitoksia koskevat lainsäädännölliset vaatimukset (painelaite-, kemikaali-, kone- ja työturvallisuusasetukset.. jne..) * Voimalaitoksia valvovat mm. painelaitetarkastajat VTIMUKSET J OHJEET Tarkastustoimintaa ohjeistavat standardit (SS, IEC ) ja normit (EN) Kansallisella tasolla on kehitetty lisäohjeita, jotka ovat minimi vaatimuksena painelaitteiden käyttämiselle (KLTK-ohjeet, TUKES-suositukset. ). Painelaitteista olevat asetukset (http://www.tukes.fi/) : Painelaitelaki (869/1999) setus painelaitelaissa tarkoitetuista tarkastuslaitoksista (890/1999) setus kattilalaitosten käytön valvojien pätevyyskirjoista (891/1999) KTMp painelaitteista (938/1999) KTMp yksinkertaisista painesäiliöistä (917/1999) KTMp painelaiteturvallisuudesta (953/1999) Tarkastuslaitosten tehtävänä on valvoa mm. seuraavia asioita: painelaitetta voidaan turvallisesti käyttää ja se voi toimia turvallisesti siinä järjestelmässä, johon se on liitetty; painelaitteessa on riittävät käyttöturvallisuuteen vaikuttavat laitteet ja laitejärjestelmät, ja että ne toimivat asianmukaisesti; samalla on arvioitava mahdollisen elektronisen tai ohjelmoitavan, suojaus- ja lukitustoiminnot sisältävän automaatiojärjestelmän ja sen laitoskohtaisen toteutuksen asianmukaisuus ellei arviointi ole sisältynyt vaatimustenmukaisuuden arviointimenettelyyn. kattilalaitoksen yleiset järjestelyt ovat sellaiset, että kattilan turvalliseen käyttöön on asianmukaiset edellytykset; säädetty vaaran arviointi on tehty asianmukaisesti; höyry- ja kuumavesikattilan varustelu ja käytön valvonta täyttävät säädetyt vaatimukset; käyttöhäiriötilanteissa laitteisto ohjautuu tai on ohjattavissa turvalliseen tilaan; Painelaitteen omistajan ja haltijan on huolehdittava laitoksensa turvallisuudesta ja mahdollisesti esimerkiksi arvioinnein osoitettava laitteistojen toiminnallisuus. 2
Painelaitesäädöksissä tarkoitetaan : painelaitteella säiliöitä, putkistoja, varolaitteita ja paineenalaisia lisälaitteita; painelaitteiden osiksi luetaan tarvittaessa myös paineenalaisiin osiin kiinnitetyt osat kuten laipat, yhteet, liittimet, nostokorvakkeet jne.; varolaitteella laitetta, jonka tarkoituksena on suojata painelaitteita sallittujen rajaarvojen ylittymiseltä; varolaitteita ovat: a) painetta suoraan rajoittavat laitteet kuten varoventtiilit, murtokalvot, nurjahdustangot, ohjatut varolaitteet; b) rajoitinlaitteet, jotka joko aktivoivat korjaavan toimen tai aiheuttavat katkaisun ja lukituksen, kuten paine-, lämpötila- tai pintakytkimet sekä turvallisuuteen liittyvät mittaus-, valvonta- ja säätölaitteet; käyttöturvallisuuteen vaikuttavilla laitteilla ja laitejärjestel turvallisen käytön kannalta tarpeellisia teknisiä kokonaisuuksia, jotka suorittavat valvonta-, säätö-, ohjaus-, suojaus- tai lukitustoimintoja; kattilalaitoksella yhden tai useamman höyry- tai kuumavesikattilan ja niihin liittyvien putkistojen, painesäiliöiden, tukirakenteiden, polttoaineen ja syöttöveden syöttöjärjestelmien sekä rakennusten muodostamaa yht kokonaisuutta; utomaation hankinta ja toteutus standardien sekä ohjeiden mukaisesti Esim. SS 5712 Höyrykattilat,SS 5713 Nestekattilat SS-EN 954 Koneturvallisuus (Turvallisuuteen liittyvät ohjausjärjestelmien..) SS-EN 298 Poltinautomatiikat kaasupolttimille.... TTK-suositus 1-1994 (Ohjelmoitavien turvallisuuteen liittyvien ohjausjärjestelmien arviointiohjeet) IEC 61508 ja IEC 61511 Suojeluohjeet /KLTK-ohjeet (Kattilalaitosten turvallisuuskomitea) G10 Kattilalaitosten turvallisuuteen liittyvä automaatio (http://www.teollisuusvakuutus.fi/) Kattilatyypin mukaiset soveltamisohjeet: esim. Soodakattilayhdistyksen turva-automaation suositus (valmisteilla) 3
Turvallisuuteen liittyvien järjestelmien (TLJ) projektointi IEC 61508 mukaisesti Vaaran arviointi ja toiminnallisen turvallisuuden arvioinnit Turvallisuuden hallinta Turvallisuuden elinkaaren vaiheet (20 ) Vaaran arviointi ja hallinta Tunnistaminen: 1) käyttöön liittyvät vaarat ja olosuhteet joissa onnettomuus mahdollinen 2) käyttötekniikasta, (esim. käyttötavoista) aiheutuvat vaaratilanteet; 3) kuvaus tyypillisistä ja suurimmista mahdollisista vaaratilanteista sekä niihin johtavista käyttövirheistä, virhetoiminnoista, laitteiden vikaantumisista ja vaurioista ja muista syistä. suunnittelu: 9 TLJ : 6 7 8 S/SE/OEJ Toteutus Käyttö ja Turvallisuuden sennus ja ks. S/E/OEJ ylläpito kelpoistus käyttöönotto ( turv. Elinkaari ) Varautuminen: 1) vaaratilanteiden ehkäisemiseen varautuminen 2) toimenpiteisiin tehtäyjen selvitysten johdosta 3) millaisia suojausjärjestelmiä, mitä järjestelmien toiminnoilta ja luotettavuudelta vaaditaan ja miten näiden vaatimusten täyttyminen varmistettu. 1 2 3 Konsepti Kokonaispuitteiden määrittely Vaara- ja riskianalyysi 4 turvallisuusvaatimukset 5Turvallisuusvaatimusten kohdentaminen 12 asennus ja käyttöönotto 13 turvallisuuden kelpoistus 10 TLJ : 11 Ulkoiset Muu teknologia Toteutus riskin vähennysmenetelmät Toteutus Takaisin kokonaisuuden turvallisuuden elinkaaren sopivaan vaiheeseen 14 15 käyttö, ylläpito ja korjaus muutokset ja uudelleen varustaminen 16 Käytöstä poisto Toiminnallisen turvallisuuden arviointi 1 tarvemääritys 2 toteutusmääritys 1 arviointi 3 toteutusseuranta 4 kelpoistus (T) 2 arviointi 5 käyttöönotto (ST) 3 arviointi 6 normaali käyttö 4 arviointi Konsepti Kokonaispuitteiden määrittely Vaara- ja riskianalyysi turvallisuusvaatimukset Turvallisuusvaatimusten kohdentaminen/ spesifiointi MÄÄRITYS RVIOINTI 1. Ohjattava prosessi ja sen vaatimukset Lähtötietoaineistojen ja määrittelyjen / vaatimusten arviointi (SRS, Safety requirements specification) -toiminnalliset vaatimukset -kokonaisuuden turvallisuusvaatimukset SUUNNITTELU Käyttö ja Turvallisuuden ylläpito kelpoistus T asennus ja käyttöönotto ST sennus ja käyttöönotto TLJ : S/E/OEJ Toteutus turvallisuuden kelpoistus käyttö, ylläpito ja korjaus Käytöstä poisto muutokset ja uudelleen varustaminen SUUNNITTELU TOTEUTUS KÄYTTÖ 2. Turvallisuusvaatimusten täyttymisen ja suunnittelun arviointi. TLJ:n todentaminen tehdastesteissä (TLJ ilman kenttälaitteita / T). 3. Käyttöönoton arviointi (kokonaiskelpoistus). TLJ:n käyttöönottotestit (ST). 4. Toteutus tehdään täyttämään turvallisuussuunnitelma / turvallisuusvaatimukset Menettelyt ja ohjeet mahdollistavat turvallisuuden säilymisen käytön aikana 4
Konsepti Kokonaispuitteiden määrittely Vaara- ja riskianalyysi turvallisuusvaatimukset MÄÄRITYS Turvallisuusvaatimusten kohdentaminen/ spesifiointi Turvallisuussuunnitelma Toteutussuunnitelma -Laitoksen kuvaus Vaatimusmäärittely Vaaranarviointiselvitys Henkilöstön pätevyyden hallinta- 1. Ohjattava prosessi ja sen vaatimukset Lähtötietoaineistojen ja määrittelyjen / vaatimusten arviointi (SRS, Safety requirements specification) -toiminnalliset vaatimukset -kokonaisuuden turvallisuusvaatimukset (Turvallisuuden saavuttamisen strategia ja taktiikka) Jokaiseen tunnistettuun vaaraan riittävä riskin vähennys turvallisuusvaatimukset Käyttö ja ylläpito Turvallisuuden kelpoistus T asennus ja käyttöönotto ST sennus ja käyttöönotto turvallisuuden kelpoistus sennus- ja käyttöönottosuunnitelma Kelpoistus suunnitelmat SUUNNITTELU TLJ : S/E/OEJ Toteutus TOTEUTUS Käyttö- ja ylläpitosuunnitelma 2. Turvallisuusvaatimusten täyttymisen ja suunnittelun arviointi. TLJ:n todentaminen tehdastesteissä (TLJ ilman kenttälaitteita / T). 3. Käyttöönoton arviointi (kokonaiskelpoistus). TLJ:n käyttöönottotestit (ST). Kelpoistus raportit (T/ST) 5
käyttö, ylläpito ja korjaus muutokset ja uudelleen varustaminen KÄYTTÖ 4. Toteutus tehdään täyttämään turvallisuussuunnitelma / turvallisuusvaatimukset Menettelyt ja ohjeet mahdollistavat turvallisuuden säilymisen käytön aikana Henkilöstön pätevyyden hallinta Käyttö- ja ylläpitoohjeet Dokumentoinnin hallinta Määräaikaiskoestusohjeet Muutosmenettelyohjeet Vaaran arviointi Painelaitelain 10 :ssä tarkoitettu vaaran arviointi on tehtävä kattilalaitoksessa: 1) jossa on rekisteröitävä höyrykattila, jonka teho on yli 6 MW, tai rekisteröitävä kuumavesikattila, jonka teho on yli 15 MW; tai 2) joka sijoitetaan maan alle. KOHTEET: 1) Kattilan paineenalainen vesi- ja höyrypiiri 2) Polttoaineen käsittely ja syöttöjärjestelmät Polttoainejärjestelmät: - Kiinteäpolttoaine - Öljy - Kaasu.. 3) Kattilan poltto- ja savukaasujärjestelmä 4) Kattilahuone /Kattilarakennus (kulkureitit, poistumistiet, hoitotasot) Kattilalaitos Koneet ja laitteet Materiaalit Ihmiset Käyttö-, kunnossapitoja johtamistoiminnot Toimitilat 6
Vaarojen tunnistaminen: Toimintovirheet, häiriöt, poikkeamat, laite vikaantumiset ja muut vaaratilanteiden syntyyn vaikuttavat tekijät,... Vaarojen luokittelu: Seurausten kuvaus, Vakavuus, Esiintymistodennäköisyys... Vaaratilanteisiin varautuminen: Vaaratilanteiden estäminen, seurauksien rajoittaminen,... Toimintatavat, ohjeet, varolaitteet ja muut käyttöturvallisuuteen liittyvät järjestelmät (automaatio yms). Suojausjärjestelmien toiminnoilta ja luotettavuudelta edellytetyt vaatimukset sekä vaatimusten täyttymisen varmistaminen Vaarojen vähentämiseksi toimenpide-ehdotukset: Olemassaolevien keinojen riittävyyden arvioiminen sekä niiden saattaminen vaatimusten mukaisiksi. Tunistettujen vaarojen ja riskien hyväksyttävyydestä päättäminen ja parannustoimenpiteistä sopiminen. Vaarojen tunnistaminen: siantuntijatyöryhmällä tunnistetaan laitosta koskevat toimintovirheet, häiriöt, poikkeamat, eri ajotilanteista aiheutuvat vaaratilanteet, laite vikaantumiset ja muut vaaratilanteiden syntyyn vaikuttavat tekijät,... Vaarojen luokittelu: Seurausten kuvaus ja luokittelu huomioiden riskin/vaaran vakavuus sekä esiintymistodennäköisyys... Riski = vaaran suuruus = onnettomuuden arvioitu esiintymistaajuus ja todennäköisyys sekä seurausten vakavuus Riskin vähennysestimaatin for aloituskohta risk reduction Yl einen kaavio (käytännön toteutuksissa voi riskigraafi olla ko. sovelluksille spesifinen) C = Seuraus = Oleskelu taajuus ja alttiinaolon aika P = Vaaran välttämistodennäköisyys W = Ei-toivotun tapahtuman todennäköisyys C C B C C C D B B B P P B P P B P P B P P B X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 a 1 2 3 4 b --- --- a 1 2 3 4 --- = Ei turvallisuusvaatimuksia a b W 3 W 2 W 1 --- a 1 2 3 = Ei erityisiä turvallisuusvaatimuksia = Yksittäinen TLJ ei ole riittävä 1, 2, 3, 4 =Turvallisuuden eheydeyden taso Yleinen riskigraafi (IEC 61508 / 61511) 7
KLTK utomaatio ja instrumentointi Turvatoimintojen ja TET:n määritys (kpl 2.3) Turvallisuuteen liittyvän järjestelmän (TLJ) eri turvatoiminnat vaadittava turvallisuuden eheystaso (TET) määräytyy seuraavasti: 1) Vaara- ja riskianalyysissä määritetään vaaratekijät ja vahinkomahdollisuudet. Niistä valitaan sellaiset joissa riskiä voidaan tai halutaan pienentää TLJ:llä (ensisijaisesti riskejä tulee pienentää prosessiteknisin keinoin). Pääasiassa kyse on henkilöriskeistä mutta myös ympäristöriskeistä sekä omaisuusriskeistä ja tuotannonmenetyksistä 2) Määritetään tarvittavat automaattiset turvatoiminnat 3) Kullekin turvatoiminnalle määritetään turvallisuuden eheystaso (TET) Turvallisuuden eheystason määrittely tehdään soveltuvien IEC- tai ENstandardien mukaisesti. Kattilalaitoksilla voidaan soveltaa myös seuraavaa taulukkoa 2. Henkilöturvallisuuteen liittyvät riskit m turvatoimintojen toteutuksen minimitason, ympäristö- ja taloudellisista seikoista johtuen voidaan haluttaessa vaatimustasoa korottaa. KLTK utomaatio ja instrumentointi TLJ:n turvatoimintojen TET:n määritys (taulukko 2) Vaara- ja riskianalyysi Henkilö-, ympäristö-, omaisuus-, tuotannonmenetys- ym riskit TLJ:llä toteutettavat turvatoiminnat Vahingon suuruus Vahingon todennäköisyys (ilman TLJ-turvatoimintaa tai turvatoiminnan pettäessä) Suhteellisen korkea: - ei muita riittäviä (automaatiosta riippumattomia) turvatoimintoja - ei mahdollisuutta torjua vaaraa käyttäjän toimenpitein (vaaratilanne kehittyy nopeasti ja/tai se on vaikea ha vaita) Vähäinen tai erittäin vähäinen: - muita (lähes) riittäviä turvatoimintoja on - vaara mahdollista torjua käyttäjän toimenpitein (vaaratilanne kehittyy hitaasti ja/tai se on helppo havaita) Ei henkilöriskejä 0 - Lievä (ohimenevä) vammautuminen Vakava vammautuminen 1:lle tai useammalle tai 1 henkilön kuolema Useamman henkilön kuolema Hyvin monen henkilön kuolema 0 0 2 1 3 2 4 3 8
KLTK utomaatio ja instrumentointi TLJ:n turvatoimintojen määritys (kpl 2.3) Vaara- ja riskianalyysi Henkilö-, ympäristö-, omaisuus -, tuotannonmenetys- ym riskit Turvatoiminnat Turvatoimintojen TET:n määritys Ohjeen taul.2 Riskigraafit.. Ohjeen kattavuus kattaa osittain Turvatoiminnan toteutus Good practice Standardit, esim. IEC 61508.. Muut turvatoiminnat N kpl TLJ:llä toteutettavat turvatoiminnat Turvatoiminnan eheystasovaatimus TET, esim Turvatoiminta TET2 Turvatoiminnan toteutus Esimerkkejä TLJ:llä toteutettavista turvatoiminnoista: - tulipesän ylipainesuojaus, -kuivakeittosuoja -... Turvatoiminta B... Turvatoiminta X Turvatoiminnan B eheystasovaatimus TET, esim TET1 Turvatoiminnan X eheystasovaatimus TET, esim TET3 Turvatoiminnan B toteutus Turvatoiminnan X toteutus KLTK utomaatio ja instrumentointi Taulukon 2 vertailua ns. yleiseen riskigraafiin (IEC 61508 osa 5) Vahingon seurausparametri C käsitelty kuten yleisessä riskigraafissa Oleskelun taajuusparametri valittu B eli oleskelun taajuus on usein toistuva tai jatkuva. Kattilalaitoksille ei ole katsottu tämän parametrin perusteella voitavan vaatimustasoa lieventää. Sovelletaan myös miehittämättömille kattilalaitoksille. Vaaran välttämistodennäköisyys P vastaa taulukon 2 vahinkon todennäköisyyttä Ei-toivotun tapahtuman todennäköisyyden arviointi W on jätetty pois. Eheystasovaatimus on valittu keskimääräisen vaadetaajuuden W2 mukaan. 9
SYSTEEMIN RJT VRT H1 H2 H3 RISKIT R1 R2 R3 SIEDETTÄVÄT RISKIT TR1 TR2 TR3 RISKIN VÄHENTÄMINEN D R1 D R2 D R3 TURVLLISUDEN KOKONISVTIMUKSET TURVTOIMINTOJEN VTIMUKSET TURVLLISUUDEN EHEYSTSOVTIMUKSET S1 SIR1 S2 SIR2 S3 SIR3 KOHDENTMINEN E/E/PES MUUT TEKNOLOGIT ULKOISET RISKIN VÄHENNYSKEINOT KOHDENTMINEN E/E/PES MUUT TEKNOLOGIT PES1 ULKOISET RISKIN VÄHENNYSKEINOT E/E/PES:N TURVLLISUUS- VTIMUKSET S1a SIR1a SILx EI KÄSITELTY IEC61508:N PUITTEISS S2 SIR2 SILy E/E/PES JÄRJESTELMÄVTIMUKSET - IEC61508-2 OHJELMISTOVTIMUKSET - IEC61508-3 E/E/PES = SÄHKÖINEN, ELEKTRONINEN, OHJELMOITV ELEKTRONINEN TUR SIL = TURVLLISUUDEN EHEYSTSO (TET), Safety integrity level SIR = TURVLLISUUSVTIMUKSET; Safety Integrity Requirements 10