Sistemas Fire and Gas

INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS F&G v0.0

Víctor D. Parra Mateo

CONTENIDO SISTEMAS FIRE & GAS ............................. .................................................... ............................................. ............................................. ............................. ...... 2 Tipos de sistemas F&G........................................... ................................................................. ............................................ ................................. ........... 2 Diferencias entre los sistemas ESD y F&G usados en la industria de procesos ........... 3 Filosofía de actuación ................................. ....................................................... ............................................ ........................................ .................. 3 Estándares aplicables ............................................ .................................................................. ............................................ ............................. ....... 4 Filosofía de diseño ...................................... ............................................................ ............................................ ........................................ .................. 4 RESUMEN............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ................................. ........... 6 ANEXO: Abreviaturas y Términos empleados ............................ ................................................... ..................................... .............. 7 SOBRE EL AUTOR ........................................................... ................................................................................. ............................................ ............................. ....... 8

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SISTEMAS FIRE & GAS Los sistemas F&G son sistemas relacionados con la seguridad (SRS), a cargo de las siguientes funciones: 

Detección

Detección temprana de riesgos de explosión o para la salud, tales como gases combustibles y/o tóxicos, radiación térmica, humo, etc. 

Alarma

Indicación visual y sonora para alertar de la situación a los operadores y a todo el personal de la planta de una forma clara y sin ambigüedades. 

Mitigación/Protección

Ejecutar acciones que minimizan la progresión del incidente, protegiendo al personal, las instalaciones y el medioambiente: abriendo válvulas de diluvio, rociadores, manipulando equipos HVAC, aislando zonas del proceso, etc Tipos de sistemas F&G

Conviene hacer la siguiente distinción: 

Sistemas F&G en Edificios

Se encargan de la supervisión de un conjunto de detectores (ejemplo, detectores de humos) a menudo del tipo direccionable (conformando una especie de red de detectores, divididos por zonas) y de la actuación sobre dispositivos de extinción. Es frecuente que también incorporen funciones de control de acceso, CCTV y alarma de intrusión. 

Sistemas F&G en la Industria de Procesos

Sistemas en funcionamiento dentro de instalaciones industriales, como por ejemplo en la industria química, oil & gas y de producción de energía. En este paper nos nos centraremos en los sistemas F&G de uso en la Industria de Procesos. La Figura 1 muestra el esquema básico de bloques de uno de estos sistemas:

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Posiciones del C CM

Listado de alarmas y registro registro de alarmas

Detección de fuego Equipos para notificación notificación (pilotos, (pilotos, sirenas) sirenas)

Humo

•

Calor

•

Llama

•

Activación manual

•

Sistema F&G

Detección de gas •

Gases Com bustibles

•

Gases Tóxicos

•

Fuga acústica

Sistemas de extinción de incendios

Parada segura del proceso (mediante ESD)

Figura 1. Esquema básico de bloques para un sistema F&G

Diferencias entre los sistemas ESD y F&G usados en la industria de procesos

Tanto los ESD como como los F&G son SIS del tipo E/E/PE, y en las aplicaciones más más modernas dentro del entorno industrial se implementan en sistemas PE (sistemas Electrónicos Programables, comúnmente conocidos como “PLCs de seguridad”), siendo habitual que se utilice los mismos modelos para ambos sistemas. Llegados a este punto conviene aclarar que algunos de los “PLC de seguridad”

utilizados tanto para ESD como para F&G no disponen de algunas de las funcionalidades típicas de los sistemas F&G de uso extendido en edificación (por ejemplo, no pueden manejar detectores direccionables). Filosofía de actuación

La diferencia fundamental entre un ESD y un F&G es su modo de actuación. Mientras que los ESD actúan de forma preventiva (llevan el proceso a una situación segura, para evitar que el riesgo de accidente se convierta en realidad), los sistemas F&G actúan reduciendo las consecuencias de un incidente que ya se ha producido. Esto se ve claramente en la Figura 2, que representa el modelo de capas de seguridad (también conocido como “la cebolla de la seguridad”):

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R E S P U E S T A D E E M E R G E N C IA D E L A C O M U N ID A D

R E S P U E S T A D E P L A N T A A E M E R G E N C IA M IT IG A C I Ó N S is te m a s d e M itig a c i ó n M e c á n ic o s

S i s te t e m a s d e C o n t r o l In I n s t ru ru m e n t a d o s d e S e g u r i d a d S is te m a s d e M itig a c i ó n I n s t ru m e n t a d o s d e S e g u rid a d

PREVENCIÓN S is te m a s d e P ro te c c i ó n M e c á n ic a A l a r m a s d e P r o c e s o S u p e r v is is i ó n d e l O p e r a d o r

S i s te t e m a s d e C o n t r o l In I n s t ru ru m e n t a d o s d e S e g u r i d a d S is te m a s d e P re v e n c ió n In s t ru m e n t a d o s d e S e g u r id a d S i s t e m a s d e C o n t ro l B á s i c o d e l P r o c e s o S i s t e m a s d e M o n i t o r iz i z a c i ó n (a ( a l a rm rm a s d e p r o c e s o ) S u p e r v is i ó n d e l O p e r a d o r

D is e ñ o d e l P r o c e s o

Figura 2. Esquema de capas de seguridad

Estándares aplicables

Otra diferencia importante entre los ESD y los F&G son los estándares de seguridad a seguir para cada aplicación. Así por ejemplo: 

ESD o o o



IEC 61508 e IEC 61511 ISA S84.01 DIN V 19250

F&G o o o

EN54-2 NFPA 72 ANSI/ISA-12.13.01-2003 e ISA 92.0.01

Filosofía de diseño

Se trata de otra diferencia fundamental entre ambos sistemas. Los ESD se diseñan con el objetivo de que sean seguros en caso de fallo, por eso son normalmente energizados (desenergizados (desenergizados para disparar o DTT). De esta forma se consigue una mayor integridad de la seguridad -el sistema sigue respondiendo como se espera de él a pesar de un fallo en la alimentación eléctrica o un problema en el conexionado- pero a costa de una mayor tasa de disparos espurios en el proceso (para resolver este inconveniente se utilizan distintas estrategias que se salen del alcance de este paper).

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Por ejemplo, la solenoide de una válvula de corte estará normalmente con tensión (el logic solver envía un 1 lógico en situación normal) y en caso disparo, la salida pasará a 0 (solenoide sin tensión) y la válvula se cerrará. En caso de fallo de la alimentación eléctrica o de interrupción del circuito eléctrico conformado por el conjunto de componentes entre la salida del logic solver y y la solenoide en sí, ésta quedará sin tensión y la válvula de corte se cerrará.

En el caso de los F&G, se intentan reducir los disparos espurios ya que pueden tener consecuencias peligrosas: activar un sistema de extinción de incendios dentro de un edificio puede dañar los equipos o ser peligroso para el personal. Además, las falsas alarmas reducen la confianza del personal en su sistema F&G (como en la historia de Pedro y el lobo). Por todo esto los F&G se diseñan como normalmente desenergizados (energizados para disparar o ETT). Los sistemas normalmente desenergizados tienen el inconveniente de que un fallo en la alimentación en algún componente o una pérdida de conectividad quedaría oculto, a menos que se implementen rutinas de diagnóstico para detectarlos. Por eso en estas aplicaciones la monitorización de línea es fundamental para detectar fallos de circuito abierto y/o cortocircuito entre el logic solver y y los dispositivos de campo, cosa que no ocurre en los ESD por las razones antes expuestas. Es conveniente destacar que algunos PLC de seguridad diseñados específicamente específicamente para la funcionalidad de ESD no incorporan la capacidad de monitorizar la línea en el caso de aplicaciones ETT, o bien requieren de un esfuerzo adicional para conseguirla

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RESUMEN 





Tanto ESD y F&G son SRS. En las aplicaciones industriales es habitual que se empleen los mismos modelos de PLC de Seguridad tanto para los ESD como para los F&G, aunque ciertas funcionalidades típicas o necesarias en un F&G puede que no sean posibles o requieran de un esfuerzo adicional en PLCs de Seguridad diseñados principalmente para su aplicación en ESD. La principal diferencia entre ESD y F&G es su función dentro de la “cebolla de la seguridad”. El ESD es un equipo preventivo (actúa evitando el accidente,

llevando el proceso a un estado seguro, generalmente deteniéndolo) mientras que el F&G es un equipo de mitigación (actúa una vez que el accidente se ha producido, reduciendo la severidad de los daños). 

También existen diferencias de diseño entre ESD y F&G. Los estándares aplicables son distintos así como su filosofía de diseño: en los ESD se intenta conseguir una mayor integridad de la función de seguridad, mientras que en los F&G el objetivo es minimizar los disparos espurios.

Considerando todo lo anterior, de forma general no parece recomendable implementar en un mismo logic solver las las funciones de un ESD y de un F&G: 





Se dificultan las tareas de diseño, ya que para cada aplicación se aplican distintos estándares. Se complican las tareas de mantenimiento, por la misma razón antes comentada. En general -se podría confirmar/descartar con un análisis de riesgos- si se programan tanto funciones de ESD como de F&G en el mismo PLC de Seguridad (en la misma CPU), éste se convierte en una causa común de fallo que puede hacer inútiles de forma simultánea dos capas de protección que deberían ser independientes (el F&G podría ser necesario si el ESD no cumple con su cometido).

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ANEXO: Abreviaturas y Términos Términos empleados CCM

Centro de control de motores CCTV

Circuito cerrado de televisión CPU

Unidad Central de Proceso, parte del PLC donde se ejecuta el programa que tiene cargado. DTT De-energized To Trip , desenergizado para la condición de disparo ESD

Sistema de parada de emergencia ETT Energized To Trip , energizado para la condición de disparo Logic solver

Resolvedor lógico. Dispositivo E/E/PE encargado de la ejecución de función lógica relacionada con la seguridad. En las aplicaciones más recientes podemos asumir que es un dispositivo de tipo PE (PLC de seguridad). PLC

Controlador lógico programable SIS

Sistema instrumentado de seguridad Sistema E/E/PE

Sistema eléctrico, electrónico o electrónico y programable SRS

Sistema relacionado con la seguridad

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SOBRE EL AUTOR Víctor D. Parra Mateo es Ingeniero Técnico Industrial en la especialidad de Electrónica Industrial por la Escuela Politécnica Superior de Algeciras (Universidad de Cádiz). Desde 2004 trabaja en el mundo de la Instrumentación, Control y Automatización de Procesos, participando en distintas fases de proyectos industriales en los sectores de Oil&Gas, Refino y Petroquímica (pruebas FAT, SAT y puesta en marcha de nuevas instalaciones y modernización de sistemas de control), su posterior mantenimiento y la formación del personal que debe operarlo y/o mantenerlo. Siempre interesado en su crecimiento profesional y en la divulgación del conocimiento en I&C, participa activamente en distintos foros técnicos internacionales relacionados con su experiencia profesional. En 2011 decide dedicarse también a la actividad divulgadora y de formación como freelance. Actualmente (2014) colabora con la Sección Española de ISA en la redacción de su “Libro Blanco de Centros de Control”. Perfil en LinkedIn: http://www.linkedin.com/in/victordparra

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