Auslegung einer Schutzeinrichtung Quelle: TÜV Süd Industrie Service GmbH

1. Auslegung einer
Schutzeinrichtung
SIL in der Praxis
Landshut, 15. Oktober 2013
Johann Ströbl

2. Planstatus/ 2TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Dipl. Ing.(FH) Johann Ströbl
TÜV Süd Industrie Service GmbH
Niederlassung Regensburg
Leitung
Friedenstraße 6
93051 Regensburg
Tel. 0941/9910 400
Fax 0941/9910 470
Mobil 0160 360 1202
mail to: johann.stroebl@tuev-sued.de
Referent

3. TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Inhaltsverzeichnis
n Lifecycle
n Gefährdungsbeurteilung
n Risikoeinstufung
n Spezifikation des Schutzkreises

4. Planstatus/ 4TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Normungspyramide
Entscheidungsfreiheit
Individuelle Lösungen
Freiraum
Festlegungen
fixierte Lösungen
Sicherheit

5. Planstatus/ 5TÜV SÜD Industrie Service GmbH 5
Normenaufbau
Einhaltung der Norm
Keine bestehende gesetzliche Verpflichtung Normen
oder harmonisierte Normen einzuhalten
Beweislast bei Behörde,
Gericht, Staatsanwalt
Nichteinhaltung der
Norm
Beweislastumkehr
Vermutungswirkung:
gesetzlich vermuteter
Beweis der Konformität
Trotz Einhaltung der
Schutzziele
der Norm

6. Planstatus/ 6TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Basisbetrachtung
Prozessbedingte Erfordernis
Tank für toxische und umweltgefährdende Flüssigkeiten
Gefährdungsanalyse
Risikoeinstufung

7. Planstatus/ 7TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Basisbetrachtung
Füllstandsregelung mit diversitärer Überfüllsicherung

8. Planstatus/ 8TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Basisbetrachtung
Management der funktionalen Sicherheit
Inhalt
1 Ziel / Zweck 3
2 Begriffe und Abkürzungen 4
3 Geltungsbereich 4
4 Organisation im Sicherheitslebenszyklus 4
4.1 Sicherheitsplan (safety lifecycle) 5
4.2 Delegation der Verantwortung 5
4.2.1 Planungsteam 5
4.2.2 Beurteilungsteam 5
4.3 Risikobetrachtung 5
4.3.1 Betrachtung der Risiken im Rahmen der HAZOP 5
4.3.2 Zuordnung des Geltungsbereich der jeweiligen NORM 5
4.3.3 Einstufung der Sicherheitstechnischen Systeme (SIS) 6

9. Planstatus/ 9TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Sicherheitslebenszyklus
Manage-
ment und
Be-
urteilung
der
funktio-
nalen
Sicher-
heit und
Audits
VerifikationAufbau und
Planung
des Sicher-
heits-
Lebens-
zyklus
Gefährdungs- und Risiko-Beurteilung
Quelle: DIN EN 61511Quelle: DIN EN 61511--11 -- Bild 8Bild 8
1
Zuordnung der Sicherheitsfunktionen zu
Schutzebene
2
Spezifikation der Sicherheits-
anforderungen an das SIS3
Entwurf und Planung anderer
Maßnahmen zur Risikoreduzierung
9
Entwurf und Planung des SIS
4
Montage, Inbetriebnahme und Validierung
Betrieb und Instandhaltung
Änderung
Außerbetriebsetzung
8
7
6
5
1110
Stufe 5
Stufe 3
Stufe 4
Stufe
1
Stufe 2

10. Planstatus/ 10TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Gefährdungsbeurteilung
Methoden der Gefährdungsbeurteilung
Sicherheitsgespräche
Ursache–Wirkungs-Analyse
FMEA (Failure Mode and Effects Analysis )
Hazards and Operability (HAZOP) study
(bzw. auf deutsch: PAAG)
Event Tree Analysis (Ereignisablaufanalyse)
Fehlerbaum-Analyse (Fault Tree Analysis)

11. Planstatus/ 11TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Gefährdungsbeurteilung
Gefährdungsbeurteilung durch HAZOP
Definition von „Sollfunktionen“ bzw. „Sollgrößen“
„Modifikation“ der Sollfunktion bzw. der Sollgröße
mittels Leitworten (z. B.: nicht, kein, mehr/weniger,
größer/kleiner, sowohl als auch, teilweise, anders als,
früher/später, bevor/nachdem, schneller/langsamer, …)
Relativ viel „Manpower“ erforderlich
HB_O_1.doc
Softwareunterstützung sinnvoll
Leitwort + Prozessgröße bzw. Funktion = Abweichung
Dokumentation zwingend notwendig

12. Planstatus/ 12TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Gefährdungsbeurteilung
HAZOP-Sek. O-1
Anlagenteil T511 Temperatur Überdruck
R+I 11-5-31, Rev. 15 Tank 075 Auslegung 150 6,8
Stoff(e) Phosphorsäure Tank 075 Betrieb 60 2,5
Funktion Lagern
Nr. Prognose
(Leitwort)
Ursache Auswirkung Erkennung Gegenmaßnahme Aktion
A.1
A.2 mehr Durchfluss
Produkt
1. Reglerversagen
(Regler öffnet)
1. Mehr Produkt
2. Druckanstieg,
Bersten des
Tanks,
Produktaustritt
PIA+ 1. Abschaltung der
Zuflussventile XV001 und
XV 002 sowie der Pumpe
über LIZA+ und PIZA+
Bewertung der
Schutzeinricht
ung

13. Planstatus/ 13TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Gefährdungsbeurteilung
1
Ergebnis der Gefährdungsbeurteilung
Gefährlicher Zustand kann auftreten
Schutzkreis erforderlich
Qualität der Schutzmaßnahmen muss ermittelt werden

14. Planstatus/ 14TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Risikobeurteilung

15. Planstatus/ 15TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Tolerierbares Risiko
Risikobereitschaft individuell unterschiedlich
Verkehr Freizeit

16. Planstatus/ 16TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Ermittlung des Risikos (qualitativer Ansatz)
Risikograph nach
VDI 2180
Schadensausmaß
S1:
leichte Verletzung einer Person
oder kleinere schädliche
Umwelteinflüsse (kein Störfall)
S2: Tod einer Person, schwere
irreversible Verletzungen einer
oder mehrerer Personen, oder
vorübergehende schädliche
Umwelteinflüsse
S3: Tod mehrerer Personen
oder lang andauernde größere
Umwelteinflüsse
S4: katastrophale Auswirkungen
sehr viele Tote
Aufenthaltsdauer
A1: selten bis öfter
A2: häufig bis dauernd
Gefahrenabwehr
G1: unter bestimmten
Bedingungen möglich
G2: kaum möglich
Eintrittswahrscheinlichkeit
W1: sehr gering
W2: gering
W3: relativ hoch

17. Planstatus/ 17TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Kalibrierung des Risikografen
Was heißt
„selten, häufig, kaum, gering, hoch …“
Vorschlag zur Quantifizierung:
S1 • 10 T € A1 < 0,1 G1 > 0,9 W1 < 0,03 a-1
S2 • 1 Mio. € A2 • 0,9 G2 • 0,1 W2 = 0,03 … 0,3 a-1
S3 • 10 Mio. € W3 > 0,3 a-1
S4 • 100 Mio. €
S = Schadenspotenzial
A = Aufenthaltswahrscheinlichkeit
G = Gefahrenabwehr
W = Wahrscheinlichkeit des unerwünschten Ereignisses

18. Planstatus/ 18TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Kalibrierung des Risikografen
Risikograf: Schadenspotenzial = S
Risiko = Schadenspotenzial • Eintrittswahrscheinlichkeit
Tod einer Person entspricht einem materiellen Schaden von 2 Mio. €
(mögliche Quellen: Versicherungen, BG, Gerichts - Urteile, TÜV, …
z. B. 40.000 € Einkommen p. a. • 20 Jahre Erwerbstätigkeit + sonstige
Aufwendungen)
S1 • 10 T €; S2 • 1 Mio. €; S3 • 10 Mio. €; S4 • 100 Mio. €
Risikograf: Eintrittswahrscheinlichkeit = A • (1 - G) • W
Risiko = S • A • (1 - G) • W

19. Planstatus/ 19TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Kalibrierung des Risikografen
Bestimmung der
Parameter A, G und W
W1 < 0,03 a-1; W2 = 0,03 … 0,3 a-1; W3 > 0,3 a-1
Eintrittswahrscheinlichkeit (Häufigkeit) des unerwünschten Ereignisses:
HomoHomo MensuraMensura Satz:Satz:
„Der Mensch ist das Maß aller Dinge …“„Der Mensch ist das Maß aller Dinge …“
ProtagorasProtagoras von Abdera *490 v.von Abdera *490 v. Chr.Chr.
häufig • jährlich (öfter als alle 3 Jahre)
gering • einmal je Generation (seltener als alle 3 Jahre und öfter als alle 33 Jahre)
kaum • höchstens einmal im Leben (seltener als alle 33 Jahre)

20. Planstatus/ 20TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Kalibrierung des Risikografen
Nachweis der Parameter A, G
und W
Risiko = S • A • (1 - G) • W
2

21. Planstatus/ 21TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Kalibrierung des Risikografen
S1 0,001 0,01 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00
S2 1 0,08 0,01 0,00 0,08 0,01 0,00
S3 10 0,82 0,08 0,01 0,82 0,08 0,01
S4 100 0,82 0,08 0,01 8,19 0,82 0,08
0,82 0,08 0,01 81,9 8,19 0,82
A1 0,09 8,19 0,82 0,08 819 81,9 8,19
A2 0,91 8,19 0,82 0,08
8,19 0,82 0,08 ---
G1 0,91 8,19 0,82 0,08 a
G2 0,09 81,9 8,19 0,82 SIL 1
81,9 8,19 0,82 SIL 2
W1 0,1 81,9 8,19 0,82 SIL 3
W2 1 819 81,9 8,19 SIL 4
W3 10 b
Werte W3 W2 W1 W3 W2 W1
Zum nächst höheren
SIL wird das zu
beherrschende Risiko
jeweils um den
Faktor 10 größer!

22. Planstatus/ 22TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Ermittlung des Risikos (qualitativer Ansatz)
Risikograph nach
VDI 2180
Schadensausmaß
S1:
leichte Verletzung einer Person
oder kleinere schädliche
Umwelteinflüsse (kein Störfall)
S2: Tod einer Person, schwere
irreversible Verletzungen einer
oder mehrerer Personen, oder
vorübergehende schädliche
Umwelteinflüsse
S3: Tod mehrerer Personen
oder lang andauernde größere
Umwelteinflüsse
S4: katastrophale Auswirkungen
sehr viele Tote
Aufenthaltsdauer
A1: selten bis öfter
A2: häufig bis dauernd
Gefahrenabwehr
G1: unter bestimmten
Bedingungen möglich
G2: kaum möglich
Eintrittswahrscheinlichkeit
W1: sehr gering
W2: gering
W3: relativ hoch

23. Planstatus/ 23TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Begriffe
VDI 2180 Blatt 1
PLTSchutz-
funktion
Sicherheitstechnische Funktion (SIF)
mit zugehörigem SIL
z.B. Überfüllsicherung im
Behälter < Lmax.
PLTSchutz-
einrichtung
Sicherheits-
TechnischesSystem
(SIS)
Sensor(en) (HW/SW)
Steuerung (HW/SW)
Aktor(en) (HW/SW)
realisierte
sicherheitstechnische
Funktion (SIF)
L-Messumformer
SSPS
Zulaufventil
wenn L > Lmax.
dann Ventil zu
wird realisiert durch wird z.B. realisiert durch
Bild 2. Einordnung der Begriffe PLT-Schutzfunktion und PLT-Schutzeinrichtung

24. Planstatus/ 24TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Beispiel einer Schutzeinrichtung
Schutzkreis LIZA+
Grenzschalter
(Level max)
Druck
Kontinuierlich
Ventil
Schließer

25. TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Eignung der
Sensoren,
Steuerungen,
Aktoren
Prozessanschluss Sensor ProzessanschlussSteuerung Aktor
SIS (Safety Instrumented System)
Betreiber
Betreiber
Hersteller, Errichter
Klemmen,
Leitungen
Basisbetrachtung zur SIL-Umsetzung

26. TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Auswahl von Komponenten
Eignung der
Sensoren,
Steuerungen,
Aktoren
Eignungsnachweis durch Zertifizierung (Berechnung)
Welche Datenbasis liegt der Einstufung zugrunde?
Wie wurden die Daten gewonnen?
Welche Auflagen sind mit dem Einsatz verbunden?
Eignungsnachweis durch Betriebsbewährung (Prior use)
Nachweis durch Hersteller
Nachweis durch Betreiber (Betreibererklärung)
Einsatz in SIS bis SIL 2 einkanalig möglich.
Eignungsnachweis durch Baumusterprüfung
Einsatz in SIS bis SIL 2 einkanalig möglich.

27. TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Auswahl von Komponenten

28. TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Auswahl von Komponenten

29. Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!