Sistemas Instrumentados de Segurança: segurança operacional utilizando automação industrial em Processos

SIS (Sistemas Instrumentados de Segurança, em inglês Safety Instrumented System), é a técnica de mitigar riscos e implantar instrumentação e controle industrial para segurança operacional em processos, tornando as plantas e suas malhas capazes de entrarem em falha segura, independente do sistema de controle, caso ocorra um incidente, protegendo os equipamentos, pessoas e meio ambiente.

Este texto tem o objetivo de tratar esse assunto de forma básica, objetiva e direta, mostrando os principais conceitos e uma aplicação de um SIS. 

O assunto por si só é extremamente extenso, com muitas fontes de pesquisa, porém é sabido que há uma lacuna muito grande de profissionais de automação que ainda não conhecem como funcionam os SIS e está é nossa proposta, poder pavimentar um conceito para que possam  dar continuidade aos estudos, uma vez que o texto, a apresentação e o vídeo não esgotam o assunto, mesmo porque o assunto foi sintetizado para uma visão rápida e geral do assunto, eliminando detalhes.

Para isso vamos focalizar o que caracterizam acidentes industriais, como identificar os níveis de segurança em processos industriais e como aplicar os sistemas de segurança SIS para redução dos riscos.

Todos nós como profissionais estamos acostumados a falar em falhas em sistemas, mas o que é uma falha em um processo? Uma falha de processo é quando algo ocorre de maneira diferente do normal e previamente esperado, pois no nosso caso foi mitigado através de uma análise de risco.

Por mais que haja camadas de defesa, há sempre uma possibilidade de que ocorra uma falha, por isso a grande importância de conhecer o comportamento deste processo e poder salvaguardar os cenários de risco do mesmo.

O que caracteriza um processo seguro, vamos ver abaixo o contexto:

• Processos devem operar dentro de limites operacionais e ter sistemas que gerem alarmes e coloque o mesmo em condição de falha segura ou shutdown;
• Todos os instrumentos devem ser instalados e operados de forma segura;
• Os instrumentos e alarmes de segurança devem ser confiáveis e eficientes;

Uma falha segura em um processo é a colocação de seus parâmetros operacionais (setpoints e variáveis manipuladas) de tal forma que não ocorra risco operacional, diferentemente de um sistema shutdown, que desliga o processo em questão.

Vamos entender o que significam as principais nomenclaturas usada nesta tecnologia:

• SIS – Safety Instrumented System (Sistema Instrumentado de Segurança), é propriamente o sistema que permite a segurança operacional;
• SIL – Safety Integrity Level (Nível de Integridade de Segurança), é um índice numérico que indica um nível tolerável de falha de um sistema de segurança no processo;
• SIF – Safety Instrumented Function (Função Instrumentada de Segurança), é a malha com seus componentes de cada função segura desempenhada no SIS;
• BPCS – Basic Process Control System – (Sistema Básico de Controle de Processo), é o sistema de controle do processo (inclui o sistema de alarmes).

Quais as maiores dificuldades, desafios em implantar um Sistema Instrumentado de Segurança (SIS) em um processo?

• Identificar os Riscos do Processo e definir um Nível de Segurança;
• Especificar e implantar o sistema de Segurança para atender o nível Seguro;
• Manter o Sistema de Segurança funcional durante todo o ciclo de vida da Planta.

Um SIS é um conjunto de sensores, controladores e atuadores de segurança, especificados e certificados para este fim, tanto o hardware, o software e toda a sua instalação, bem como o programa de manutenção do mesmo.

O objetivo do SIS é proteger os equipamentos (o patrimônio) de danos, proteger as pessoas de qualquer tipo de evento perigoso que possa a vir ocasionar um acidente e proteger o meio ambiente de qualquer consequência de um incidente operacional.

Como funciona um Sistema Instrumentado de Segurança (SIS)?

Veja as principais funções que eles desempenham:

• Coloca o processo em uma condição segura quando é detectado um perigo ou quando uma condição é violada;
• Permite colocar o processo em uma condição segura inicial, por exemplo, startup;
• Toma ações de segurança prevenindo um perigo industrial que esteja ocorrendo.

O SIL que é o nível de integridade de segurança alcançável através de uma Probabilidade de Falha sob Demanda (PFD), isto é, quando o sistema de segurança necessitar ser usado por uma falha detectada, sua possibilidade de falhar.

Com este índice, que se enquadra em 4 níveis (SIL1, SIL2, SIL3 e SIL4), onde o último é a menor possibilidade que ocorra falha no SIS.

Na prática o SIL4 normalmente está enquadrado em processos nucleares ou similar, um SIS puramente enquadrado como viável não atende este nível de PFD, os SIL3 também são muito difíceis de se manter, normalmente necessitam de um sistema de diagnóstico muito avançado, mas é real nos processos industriais.

Os SIL 1 e SIL2 são mais reais do dia a dia na aplicação da norma IEC61508, onde através de equipamentos certificados e um sistema de votação pode-se atingir este nível de PFD, vamos ver melhor este conceito mais avante no texto.

Um SIS está na camada acima de controle do processo, isto é, ele ainda é um sistema que está para prevenir um incidente, porém é importante entender que para que um SIS se torne eficiente ele deve trabalhar acima da camada de alarmes, pois o operador tem papel importante para intervir antes que possa ser acionado o SIS.

Caso o sistema de alarmes não possa apoiar o operador na interferência do processo, o SIS entra em ação, mas ainda assim prevenindo, e caso não possa colocar o processo em falha segura ou em shutdown, entra-se outras camadas, mas no nível de mitigação, que não é objetivo deste texto explicar as mesmas.

Para a aplicação de SIS é fundamental o entendimento quanto aos riscos do processo, uma das formas mais utilizadas é uma Análise Preliminar de Riscos (APR), com uma equipe multidisciplinar (eng. de operação, manutenção, automação) e analisar os riscos baseados em consequência e probabilidade.

Existem diversos modelos de análise de riscos, Histórica, Incidentes Críticos, What if, Matriz, Check List, HAZOP entre outros, para fins de estudo e demonstração, mostraremos a ideia do APR acima.

Na sequência após identificação do risco, cujo objetivo é enquadrar o SIL determinado, o próximo passo é o desenho das SIF (Função Instrumentada de Segurança), onde através de um arranjo chamado de arquitetura de votação, pode-se calcular as PFD de cada malha de segurança, atendendo o requisito de SIL.

As arquiteturas de votação seguem o conceito das leis da confiabilidade, onde coloca-se equipamentos em série ou paralelo para que se possa aumentar ou diminuir os índices de confiabilidade, logo os números de PDF, do conjunto SIF.

Algumas informações complementares gerais sobre Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS):

• A Norma que trata o assunto com todas as questões de tecnologia, implantação, manutenção, riscos são as IEC 61508 / IEC 61511 / S84.01;
• Disponibilidade é o tempo que o equipamento trabalha sem falhas, um sistema Tolerante a Falhas por exemplo é um sistema redundante, lembrando que um sistema redundante por si só não garante falha segura no processo;
• O SIS devem ter capacidade de auto teste (diagnóstico) dos dispositivos, objetivo de diminuir e manter a PFD, quanto mais testes sistemáticos, menor a PFD, sistemas que não são testado a PFD tendem a 1 (não funciona);
• Somente o arranjo de SIS não mantém a PFD baixa, a simples má instalação deles na planta pode elevar a PFD para 1 (não funcionará), todos equipamentos, acessórios, construção e montagem do sistema sofrem interferência;
• Check List é muito importante ter uma lista padrão (norma) para conferência, do projeto, implantação, treinamento, operação e manutenção do SIS;
• Uso de Safety Bus é permitido (Profibus/Foundation), desde que os equipamentos sejam certificados para este fim, com isso pode-se obter ganhos técnicos como diagnósticos e financeiros, onde o custo total de propriedade é menor neste tipo de solução.

Quais os benefícios de se usar Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS), com foco em segurança operacional?

• Maior produtividade – aumento de disponibilidade da planta;
• Aumento da vida útil dos sistemas / equipamentos;
• Evita custos indiretos por acidentes;
• Valoriza a planta na competitividade global (atende norma / legislação);
• Em Safety Bus diminui-se o TCO Custo de Propriedade.

Implantação como um roteiro básico abaixo:

• Tenha um sistema de Gerenciamento de Alarmes
• Foco na segurança do processo
• Conhecer a legislação / norma
• Fazer a análise de risco multidisciplinar
• Determinar o nível de segurança
• Especificar equipamentos de acordo
• Elaborar projeto aderente (check list)
• Implantar
• Treinar
• Monitorar

Tendências em SIS, abaixo:

• SIS ser mandatório na Planta;
• Norma Regulamentadora para segurança em processos;
• O escopo da instrumentação e controle iniciar na fase da mitigação de riscos

Conclusão

• A segurança operacional é a base da sustentabilidade da indústria;
• Pessoas, comunidade e meio ambiente devem ser o foco da segurança;
• Não existe investimento que se sustente sem segurança operacional.