Safety Function Monitoring (Exaquantum/SFM)

공정 안전성(process safety)은 시스템과 공정의 무결성을 관리하기 위해 규율화된 프레임워크입니다. 공정 안전성의 목표는 리스크를 줄이고 인간, 환경, 자산 및 생산 연속성을 위해 허용 가능한 한도 내에서 플랜트가 운전되도록 유지하는 것입니다.

플랜트의 상시 리스크 정도를 허용 가능한 수준으로 유지하기 위해선 다수의 뛰어난 전문가들이 모여 수학적 계산을 바탕으로 리스크 요소를 분석하고 설계한 안전 시스템(safety system)이 필요합니다. 공정 안전성 솔루션을 최적화하기 위해 공정에 기반한 가정이 수립됩니다.

문제는 실시간 운전 데이터가 앞서 나온 분석, 설계 및 가정을 뒷받침하는지 판단하는 것이 쉽지 않다는 것입니다. '무언가 달라지면 어떻게 될까? 초기의 가정 중 하나라도 정확하지 않다면 어떻게 될까? 플랜트 운전 중에 처음에 고려하지 않았던 새로운 리스크 요소가 생기면 어떻게 될까?' 등의 의문이 생길 수 있습니다.

Yokogawa의 Safety Function Monitoring(SFM)은 설계 목표를 충족하지 못하는 가정을 신속하게 식별하고, 이전에는 보이지 않았던 추가 리스크를 정확히 찾아내며, 리스크를 제거하기 위한 조치를 취할 수 있도록 합니다. 또한 플랜트 운전 중에 발생하는 새로운 리스크를 기록할 수 있습니다.

SFM은 라이프사이클의 마지막 구성요소로써,  직무 전문가가 정의한 이상적인 리스크 프로파일(risk profile) 기준에 부합하도록 고객의 투자 대상을 보호하는 역할을 합니다.

Exaquantum/SFM R3.40.10 출시 (2023년 6월)

사용편의성 개선

  • 새로운 SIF(Safety Instrumented Function) 활성화 페이지 필터 기능 제공
  • 최종 제어요소와 SIF 활성화의 연결
  • 최종 제어요소와 관련된 추가 정보

Trip 추적 결과 보고 기능 추가

성능 개선
SFM 업데이트 작업을 최적화하여 처리 시간을 크게 줄임으로써 SFM 분석 처리 개선


Exaquantum/SFM R3.40 출시 (2022년 7월)

웹 브라우저 추가 지원

  • Microsoft Edge(Internet Explorer 호환 모드)
  • Google Chrome

최신 소프트웨어 운영 환경 지원

  • Windows Server 2022 Standard (64-bit)
  • Windows 11 (Enterprise and Pro 64-bit)

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Exaquantum/SFM Brochure

Exaquantum/SFM Overview

SFM은 안전 보고 및 평가 관련 규제 강화에 대응하기 위한 안전 성능 모니터링 솔루션입니다.

처리 시설은 규정 및 표준에 부합하며 안전 시스템의 성능을 검증하는 수단이 반드시 있어야 합니다. 또한 공정 설비의 안전 체계에 대한 정기적인 평가와 이를 뒷받침하는 상세한 보고서 및 근거 자료를 제출해야 합니다.

안전 시스템의 설계 가정이 잘못된 경우, 플랜트 공정은 허용할 수 없는 리스크에 노출되어 사람, 장비 및 환경에 부정적인 결과를 초래할 수 있습니다. 안전 계장 시스템(SIS)은 플랜트를 안전한 상태로 유지하여 사람, 장비 및 환경에 대한 부정적인 결과를 방지합니다.

SFM은 안전 데이터를 지속적으로 모니터링하고 평가하여 안전 시스템 설계 성능과의 편차 또는 고장 사항을 강조해서 보여줍니다. 모든 안전 관련 데이터를 수집하여 안전 계장 기능(SIF) 활성화, 독립 보호 계층(ILP: Independent Layers of Protection), 개시 원인(Initiating Cause) 및 오버라이드를 포함한 주요 안전 성능 지표를 추적하고 분석합니다. 해당 정보는 사용자에게 다음과 같은 도움을 줍니다.

추가: 공정 안전성과 관련하여 수집 중인 실시간 이벤트 데이터에 값을 추가

  • Trip event 확인
  • HAZOP으로부터 Initiating Cause 이해하기
  • Bypass 집계 시간

식별: 실시간 성능이 기업 리스크 평가에 부합하지 않는 경우, 안전 시스템의 배드 섹터를 식별

  • 잦은 demand
  • 지나친 bypass
  • 밸브의 부적합한 응답 시간

제거: 식별된 안전 시스템의 배드 섹터를 적절하게 처리하여 리스크를 제거

  • 이벤트를 PHA/LOPA 데이터와 연결
  • 잠재적인 결과 파악
  • 리스크가 해결될 때까지 형제 보호 계층에 집중

모방: 공정 안전 및 기능 안전 전문가들의 모범 사례 모방

  • Trips vs 가정된 demands
  • Bypass vs 안전 가용성 
  • Actuation vs SIS 설계

최적화: 시간이 지날수록 travel time이 악화되므로 리스크 노출, 검증된 시스템 성능, investigation 밸브에 근거하여 우선순위를 정해 업무 효율을 최적화

  • 제대로 실행된 trip 확인
  • 실제 성능을 기반으로 PHA(Process Hazard Analysis) 재검증 간소화


4 steps to digital risk management-SFM

안전 수명 주기 전반에 걸친 Digital Risk Management(디지털 리스크 관리)의 4단계

Details

SIF Activation_Details_for_SIF01

안전성 향상
플랜트 라이프사이클 전반에 걸쳐 안전 설계 기준을 개선하거나 안전 기준을 변경하는 데 필요한 데이터와 도구를 제공합니다.

안전 규정 준수 간소화
안전 표준 준수를 간소화하는 단일 액세스 지점을 통해 수동 오버헤드와 오류를 줄여 안전 성능 정보를 자동으로 수집하고 표시합니다.

SIS 비용 최적화
비용 효율적이면서도 우수한 수준의 안전성을 확보하려면 안전 계측 시스템(SIS)과 적절한 균형을 이뤄야 합니다. 과도하게 설계된 SIS는 안전 기준은 충족하지만 불필요한 비용을 초래할 수 있습니다. 반면에 부족하게 설계된 SIS는 초기 비용은 효율적일 수 있지만 전반적인 안전을 위협할 수 있습니다.

운전 리스크 감소
장치 고장률, 수요 및 가용성, 안전 절차 및 bypass 등 안전 운전에 영향을 미치는 요소를 부각시킵니다.

Overall SIF Report image

안전 이벤트 자동 수집 및 표시
수동 오버헤드와 오류를 줄여 LOPA 및 HAZOP 재검증을 위한 신뢰할 수 있는 정보를 제공합니다.

목표를 달성하지 못한 안전 장치 성능을 표시
하드웨어의 성능 저하, 안전 리스크에 대한 인식 증가, 안전 성능 무결성이 손상된 경우를 강조하여 표시합니다.

안전 장치 전환 및 travel time 캡처
SIF 및 작동 장치가 공정 안전 한계 내에서 작동하는지 확인합니다.

장치 작동 상태 표시
밸브, 액추에이터의 trip 발생 시점을 편리하게 추적하고, 모든 장치가 의도한 대로 작동되는지 평가할 수 있도록 trip 전후 데이터를 기록하여 검증 테스트를 최적화합니다.

SIF 활성화의 원인 식별
초기 PHA를 재평가하고 검증하는 것이 더 용이해집니다. 재검증 프로세스를 통해 이전 안전 설계에서 고려하지 않았던 플랜트 운전 중 발생한 모든 사건/사고가 안전 평가에 새로 반영됩니다.

수요 빈도 파악
SIL 재분류

SIF 가용성 캡처
플랜트 내 안전 시스템의 가용성 입증 자료를 확보할 수 있습니다. (당국 또는 보험사 감사에 용이).

손쉽게 안전 성과 보고서 생성
규제 당국의 감사를 위해 안전 성능 및 SIF 가용성 기록에 대한 근거 자료를 제공하고 LOPA 및 HAZOP 재검증에 유용합니다.

SFM은 Yokogawa의 플랜트 전반에 걸친 안전 모니터링 솔루션으로 분석 및 보고 기능을 제공하여 고객이 설계 목표에 대해 정의된 SIS(Safety Instrumented Systems)의 성능 효과를 모니터링 할 수 있도록 합니다.

Exaquantum/SFM-SIF activationo

  • SIF(Safety Instrumented Function) 개선에 사용할 안전 통계를 자동으로 수집합니다.
  • 실시간 운전 데이터에서 이벤트를 수집하여 리스크 수준을 일상적으로 허용 가능한 수준으로 유지합니다.
  • 규제 당국의 감사를 위한 안전 성능 및 SIF 가용성 기록에 대한 근거 자료를 제공합니다.
  • 설계된 안전 성능을 실제 운전 안전 기능 활동과 비교하여 문제를 식별하고, 안전 설계를 검증하고, 검증 테스트 일정을 최적화하여 사용자가 플랜트의 안전성과 가용성을 개선할 수 있도록 합니다.
  • 초기 PHA를 재평가하고 검증하는 것이 더 용이해집니다. 재검증 프로세스를 통해 이전 안전 설계에서 고려하지 않았던 플랜트 운전 중 발생한 모든 사건/사고가 안전 평가에 새로 반영됩니다.

 

데이터 수집
기본 Exaquantum historian은 시스템 벤더와 관계없이 OPC DA, OPC A&E 및 OPC HDA를 통해 다양한 소스에서 데이터를 수집하고 저장할 수 있는 효율적인 통합 플랫폼을 SFM에 제공합니다. OPC HDA는 통신 중단 후에도 과거 알람 및 이벤트를 복구할 수 있도록 Exaopc(Yokogawa의 OPC 서버) 내에서 기능이 확장되었습니다.

리스크 평가(HAZOP, LOPA)
SFM은 HAZOP 리스크 평가 및 LOPA 데이터에서 도출된 안전 설계 기대치를 바탕으로 구성됩니다. 해당 정보는 실제 운전 안전 기능 활동과 비교하여 사용자가 문제를 명확히 파악하고 safety demand rates를 검증할 수 있도록 도와주며 테스트 일정을 최적화하는 데 유용합니다. 또한 이러한 결과는 정의된 SIS 내의 기본 데이터와 비교하여 확인 및 검증할 수 있습니다.

웹 사용자 인터페이스
SFM은 로컬 또는 원격 위치에서 사용자 액세스를 위한 안전한 웹 기반 디스플레이 및 보고서를 제공하며 클라이언트 소프트웨어를 설치할 필요가 없습니다.

SIF KPI’s
사용자가 필터링한 SIF KPI에 대한 개요가 제공되며, 이를 통해 사용자는 다음 정보를 모니터링하고 확인할 수 있습니다.

  • 안전 무결성 수준에 따른 SIF 개요
    • SIF의 수
    • SIF 활성화 횟수
    • SIF 출력 오류 횟수(디바이스 오류)
  • 무결성 수준별 통합 제어 및 안전 시스템(ICSS) ILP 개요는 현재 및 사용자가 필터링한 날짜/시간에 대한 비활성 상태 ILP의 갯수를 모두 보여줍니다.
  • 무결성 수준별 MOS(Maintenance Override Switch) 개요는 현재 및 사용자가 필터링한 날짜/시간에 대한 SIF 유지보수 오버라이드를 모두 보여줍니다.

SIF 활성화 식별
SFM은 종합적인 알람 및 이벤트 모니터링 기능을 제공하여 관리자가 SIF 활성화를 쉽게 파악할 수 있도록 합니다. 해당 활성화는 보고서, 개요 화면 및 SIF 활성화 목록으로 변환되며, 이 모든 기능을 통해 사용자에게 어떤 SIF가 활성화되었는지, 더 나아가 어떤 SIF 활성화가 SIS 기본 데이터와 비교하여 평가 및 검증될 수 있는지를 명확하게 파악할 수 있습니다.

Exaquantum / SFM display image4

SIF 활성화 분석
SIF 활성화가 발생하면, SFM은 활성화의 효과를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있는 주요 관련 데이터를 기록합니다.

SFM은 다음 정보를 기록합니다.

  • 연결된 안전 장치 전환 및 travel time을 통해 안전 설계에 정의된 예상 설계 시간 대비 활성화 시 장치의 travel time을 결정합니다.
  • 활성화 전,중,후에 대한 관련 공정 정보(압력, 온도 등)가 기록되고 추세가 표시됩니다. 이 공정 정보를 기준 데이터와 비교하여 공정 데이터 편차에 따른 프로파일 시그니처의 변화를 확인할 수 있습니다.
  • 작동 장치 시작 및 정지는 공정 데이터 추세에 중첩되어 장치 전환 전에 추세 변화를 쉽게 볼 수 있습니다.

SIF 활성화 검증
SFM은 활성화된 SIF를 표시하는 메커니즘으로 사용할 수 있으며, 이를 SIS의 기본 데이터와 비교하여 확인할 수 있습니다. 이 검증 프로세스는 '개시 원인(Initiating Cause)'이라고도 하는 SIF 활성화 사유를 설정합니다. 개시 원인은 안전 설계에서 파생되어 SFM에 반영됩니다. 안전 설계에서 개시 원인이 파악되지 않은 경우 SFM은 다양한 보고서를 통해 새로운 개시 원인을 정의할 수 있습니다. 이러한 보고서는 안전 설계와 대조하여 개선할 수 있습니다.

개시 원인
안전 설계를 기준으로 SIF 개시 원인을 모니터링합니다. 이를 통해 예상 수요 대비 실제 수요를 파악할 수 있습니다. SFM 신호 시스템은 개시 원인이 예상 설계 빈도를 초과한 경우 사용자에게 조기 경고 신호를 보냅니다.

오버라이드와 개시 모니터링
SFM은 SIF 오버라이드, 개시 및 보호 계층을 모니터링합니다. 이를 통해 SIF가 충분한 보호 기능을 갖추고 있으며 설계된 SIL을 유지하고 있는지 파악하는 데 중요한 역할을 합니다.

안전 보고서
기본 제공 보고서는 운전 안전 데이터의 근거 자료를 제공하고 안전 시스템 성능에 대한 능동적인 모니터링을 지원합니다. SFM은 웹 인터페이스 상에 표시되는 모든 정보에 대한 동적 보고서를 제공하며, 사용자가 필드를 선택하고 데이터를 드릴다운할 수 있을 뿐만 아니라 표시되는 거의 모든 필드를 기준으로 필터링 및 정렬할 수 있습니다.

보고서에는 다음 영역에 대한 SIS가 포함되어 있습니다.

  • SIF Activations
  • ILP Availability
  • Device Actuations
  • Overrides and Inhibits
  • Initiating Causes
  • SIF Masking

보고서를 여러 형식(예: Excel, Word, PDF)으로 내보낼 수 있으며, 원하는 시점에 이메일이 전송되도록 예약할 수 있습니다.

SIF Reports image

자료실

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