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INSTRUMENTATION AUTOMATISME SÉCURITÉ : F&G / ESD MANUEL DE FORMATION Cours EXP-SI100 Révision 0 INSTRUMENTATION AUTOMATISME SÉCURITÉ : F&G / ESD Sommaire 1. OBJECTIFS INTRODUCTION LOGIQUE DE SECURITE DÉTECTION DU FEU ET DU GAZ GÉNÉRALITÉS Définition Emplacements concernés Fonctions de base Détection Commande (Traitement) : Action Architecture d un système F&G DETECTION INCENDIE Principes généraux Détecteurs de fumée Ioniques Détecteurs optiques (ou photoélectriques) Avertissement rapide de présence de fumée (anticipation) Points complémentaires concernant les détecteurs de fumée Détecteurs de flamme Détection des flammes Détecteurs d U.V Détecteurs d I.R Détecteurs d U.V. et d I.R Autres types de détecteurs de flammes Choix des détecteurs de flammes Détecteurs de chaleur Sprinkler sous eau Fusible thermique (spot) Fusibles thermiques (linéaires) ou boucle fusible Sprinkler sous air Détecteur de chaleur fixe ou thermostatique Détecteur de vitesse d élévation de la température ou thermodynamique Détecteurs de vitesse compensée Installation des détecteurs de chaleur : Déclencheurs manuels d alarme Sélection générale des détecteurs de chaleur DETECTION DES GAZ Aperçu Généralités Détecteurs de gaz inflammables Détecteurs du type lit catalytique Détecteurs du type optique ou à absorption d IR (en général)...45 Dernière révision : 11/06/2009 Page 2 de 254 Détecteurs du type optique ou à absorption d IR (par point) Type optique ou à absorption des IR (à trajectoire linéaire ou ouverte) Sélection des détecteurs de gaz inflammables Détecteurs de gaz toxiques ou de manque d oxygène Technologie des semi-conducteurs Réaction électrochimique : Emplacement des capteurs de gaz Type d emplacement Pour les gaz inflammables Pour les gaz toxiques Emplacements recommandés pour les détecteurs de gaz inflammables SURVEILLANCE EN BOUCLE Surveillance en boucle fermée Surveillance en boucle ouverte SYSTEMES D EXTINCTION Feu et extinction Effets des produits d extinction PRODUITS D EXTINCTION POUR ESPACES FERMES Halons Dioxyde de carbone Inergen Utilisation des différents gaz inertes PRODUITS D EXTINCTION POUR ESPACES OUVERTS Eau Mousse Berceau «déluge» Vanne de régulation «déluge» Systèmes «déluge» à mousse / eau Normes Total concernant les vannes «déluge» Pompes à incendie Normes Total pour les pompes à incendie CLAPETS COUPE-FEU LOGIQUE FEU & GAZ SYSTEME DE VOTE ET DE COMMANDE Installations concernées par le vote Détection Actions Matrice des causes et effets Blocage EXEMPLES DE COMMANDE LOGIQUE Dans un espace intérieur ventilé Application à la protection contre le feu Application à la protection contre les gaz Dans un espace extérieur Application à la protection contre le feu Application aux gaz ALERTE A L ATTENTION DU PERSONNEL Système PAGA...96 Dernière révision : 11/06/2009 Page 3 de 254 Généralités Exigences en matière de sécurité Exigences fonctionnelles Alarmes visuelles Installations non occupées en temps normal FONCTIONS LOGIQUES STANDARD Détecteur de gaz par point GD Fonctions - GD Représentation et animation (Interface homme/machine)- GD Détecteur de gaz à trajectoire ouverte GDB Fonctions - GDB Représentation et animation (Interface homme/machine) - GDB Détecteur de flamme RD Fonctions - RD Représentation et animation (Interface homme/machine) - RD Détecteur de chaleur et de fumée RDH & RDS Fonctions RDH & RDS Représentation et animation (Interface homme/machine) RDH & RDS Système «déluge» DELUGE Fonctions «Déluge» Ordre d activation Ordre de test Comportement fonctionnel standard Représentation et animation (interface homme/machine) «Déluge» Système d extinction du feu Fire Ext Fonctions et interface Fire Ext Gestion du mode et des ordres Fire Ext Règles de calcul des données internes Représentation et animation (HMI) Fire Ext Logiques de vote 2ooN 2oo Fonctions 2ooN 2oo Représentation et animation (HMI) Logique de vote 2ooN Clapet coupe-feu Fonctions Représentation (interface homme/machine) Clapet coupe-feu GÉNÉRALITÉS SUR LE SYSTÈME ESD TECHNOLOGIE DU SYSTÈME ESD Raison d être d un système de sécurité Principaux éléments d un système de sécurité Différentes technologies Technologie mécanique Technologie fluidique Technologie électrique / d instrumentation Technologie des dispositifs utilisés sur site Contacteurs discrets Contacteurs électroniques Contrôleur pneumatique marche-arrêt avec capteur intégré Émetteurs classiques Dernière révision : 11/06/2009 Page 4 de 254 Émetteurs intelligents Émetteurs de sécurité Éléments finals LES DIFFERENTS NIVEAUX D ARRET Définition des niveaux d arrêt Différences entre installations à terre / offshore ESD Dépressurisation d urgence (EDP) Coupure de l alimentation ESD-0 (arrêt total) Causes de la mise en œuvre de l ESD Actions de l ESD ESD-1 (arrêt d urgence de la zone de feu) Causes de la mise en œuvre de l ESD Actions de l ESD SD-2 (arrêt de l unité) Causes de la mise en œuvre de l SD Actions de l SD SD-3 (arrêt des équipements) Causes de la mise en œuvre de l SD Actions du SD VANNES ESD / SD DISPOSITIFS D ARRET Définition des vannes de sécurité Têtes de puits Traitement Temps de réponse Actionneurs Dérivation des ESDV Boutons-poussoirs Exigences fonctionnelles EMPLACEMENTS ET PROTECTION PHYSIQUE Emplacements à terre Emplacements offshore Actionneurs Connexions et corps des ESDV Taux de fuite interne des ESDV Bunkers pour ESDV ISOLEMENT PAR ESDV ET SDV Isolement des zones de feu (interconnexions) Isolement des limites de batterie EXIGENCES FONCTIONNELLES SUPPLEMENTAIRES Etat de sécurité Télémétrie Indication de position Moyens d essais et de maintenance Fiabilité des sources d alimentation Capacités de redémarrage Dernière révision : 11/06/2009 Page 5 de 254 Système EDP - Protection et exigences supplémentaires FONCTIONS STANDARD DES VANNES DE SECURITE Vanne d arrêt de sécurité SDV (Safety Shut-Down Valve) Description des interfaces - SDV Ordres et mode opérateur - SDV Définition des statuts Représentation et description de l animation (Interface homme / machine) - SDV Vanne d arrêt d urgence ESDV (Emergency Shut-Down Valve) Description des interfaces - ESDV Ordres de l opérateur (mode opérateur) - ESDV Définition des statuts - ESDV Représentation et description de l animation (Interface homme / machine) - ESDV Vanne de purge BDV (Blow Down Valve) Description des interfaces - BDV Ordres et mode opérateur - BDV Définition des statuts - BDV Représentation et animation (interface homme/machine) - BDV LOGIQUE SD TECHNOLOGIE DE LA LOGIQUE Technologie électronique programmable Redondance Antagonisme sécurité vs. disponibilité Architecture 1oo Architecture 2oo Architecture 2oo Système tolérant aux défauts Triconex ALARMES Introduction Nombre d alarmes Liste des alarmes Hiérarchie des alarmes Mémorisation de la première alarme Masquage des alarmes GESTION DES ALARMES ET DES EVENEMENTS Niveaux des alarmes et des événements Gestion de l acquittement des alarmes Événements et valeurs Blocage maintenance Généralités Instrument de traitement Instrument de sécurité Blocage du démarrage Ordres de maintenance Tests des équipements spécifiques Déclenchement de l entrée maintenance Dernière révision : 11/06/2009 Page 6 de 254 Isolement de la barre de sécurité FONCTIONS STANDARD DE LA BARRE DE SECURITE Fonctions / interfaces Schéma des fonctions Liste des fonctions principales Description des interfaces Définition des statuts Entrées de la barre Initiateur verrouillé Initiateur «premier levé» Statuts de la barre de sécurité Barre de sécurité au statut «isolée» Statut «prête pour réinitialisation» Fonction blocage maintenance Ordre de réinitialisation barre Fonction blocage du démarrage (optionnelle) Ordre blocage démarrage Utilisation du blocage du démarrage Sorties de barre Représentation et description de l animation (HMI) Barre de sécurité SYSTEME D ULTIME SECOURS APPLICATION - EXEMPLE LOGIGRAMME ET MATRICE BARRE DE SECURITE ET P&ID SYSTEMES SD - DIVERS ANNONCIATEUR ENREGISTREUR D HEURE DES EVENEMENTS OU ENREGISTREUR DE SEQUENCE DES EVENEMENTS NIVEAU D INTEGRITE DE SECURITE (SIL : SAFETY INTEGRITY LEVEL) Définitions Objectif Détermination du SIL CLAPET DE SURPRESSION GLOSSAIRE FIGURES TABLES Dernière révision : 11/06/2009 Page 7 de 254 1. OBJECTIFS A la fin de ce cours, le participant doit être capable de : Nommer les différents types de détecteurs de feu et de gaz Interpréter les technologies des détecteurs de feu et de gaz Exposer les principes utilisés dans la gestion de la logique du système F&G Nommer les différents principes et technologies utilisés dans la lutte contre les incendies Interpréter l affichage logique des systèmes F&G Définir les fonctions et technologies du système d arrêt (SD) Différentier, exposer les principes des différents niveaux d arrêt Exposer le rôle et la différence des vannes d arrêt Expliquer le principe des barres de sécurité Interpréter l affichage du suivi de l arrêt Dernière révision : 11/06/2009 Page 8 de 254 2. INTRODUCTION LOGIQUE DE SECURITE Sur nos sites, l installation et la commande des équipements de traitement sont gérées par un «concept de sécurité». La fonction de la discipline d instrumentation est le «contrôle» de la sécurité des procédés qui s appuie (principalement) sur deux systèmes : Le système Feu et Gaz L ESD, système d arrêt d urgence Ce sont deux systèmes logiques différents, mais complémentaires et non dissociables sur aucun de nos sites. Nota : sur site, alors que le système ESD couvre les emplacements Sécurité des Procédés, le système Feu et Gaz couvre également les «autres emplacements» tels que : la zone vie, les zones récréation, logement. etc. Ces deux systèmes sont surveillés par des PLC spécifiques, autonomes, non dépendants d autres logiques (autres PLC et commandes DCS / PCS). Le but ici n est pas de présenter le PLC lui-même (du système F&G ou ESD), mais tout PLC ayant (fondamentalement) la même conception. D autres cours couvrent ce sujet ( (EXP-MN-SI080 pour la logique programmable, SI090 pour la logique des procédés) Nous verrons ici la philosophie générale des systèmes F&G / ESD, ainsi que le matériel installé, en ayant présente à l esprit la maintenance des équipements pour un technicien en instrumentation. Nous verrons toutefois le principe du PLC TMR (système de redondance à modules triplés) le «Triconex», qui est un nom de marque de la Société Invensys. Les éléments qui vont être vus dans le détail sont résumés dans la figure «Architecture générale des systèmes F&G + ESD sur un site» Ces éléments (sujets) sont : Pour le système F&G : Détecteurs (gaz, fumée, chaleur, flamme) Principes de base de la logique de sécurité F&G Pompes à incendie et système d eau pour lutte contre l incendie («Déluge», sprinklers, collecteur d eau en boucle, vannes d eau pour lutte contre l incendie,.) Dernière révision : 11/06/2009 Page 9 de 254 Systèmes d extinction aux gaz inertes (Inergen, CO2, Halon) Clapets coupe-feu Système d alarme F&G Pour le système ESD : Les différents niveaux d arrêt Barres de sécurité Principes de base de la logique ESD et de la logique TMR Les vannes SD (SDV, ESDV, BDV, ) Interface systèmes F&G / ESD F&G Inputs Triplicated or Duplex PLC Manual Call Points Smoke detectors Gas Detectors Heat Detectors Flame detectors Other parameters (T, P, etc (xx) Level 2 F & G Processor (for F&G Equipment) F&G inputs to each SD level ESD Inputs Level 0 From process (x) Level 1 (xxx) Level 3 ESD Processor (for Process) Specific orders to F&G (Fire dampers as ex.) F&G Alarms Fire Dampers Fire Pumps Jockey Pumps Extinction systems Deluge systems etc TMR = Triplicated Modular Redundant ESD inputs are either from DCS (Digital Control System), from PCS, (Process Control System), from PSS (Process Safety System), from Packages, from F&G Logic, from manual ESD call points Water & Foam Water Valves Water Guns CO2 / Inergen Halon Sprinklers etc SDV s ESDV s ROV s BDV s Process PLC s etc Figure 1 : Architecture générale des systèmes F&G + ESD sur un site For WHPT s DHSV = SCSSV = ESDV MV = SSV = ESDV WV = SDV Dernière révision : 11/06/2009 Page 10 de 254 Références : Des documents de spécifications générales Total ont été utilisés pour cette présentation ; une partie de ces documents est reproduite ici. Cependant, ces documents doivent être consultés en complément d information ; il s agit (comme références) des documents suivants : GS EP INS 134 : Conception et alimentation du système de commande et de sécurité intégré GS EP INS 135 : Exigences en matière de sécurité cybernétique pour la conception et l alimentation de l ICSS et des systèmes de «packages» GS EP INS 150 : Méthode de conception pour les normes de configuration de systèmes GS EP INS 198 : Sécurité et fonctions standards du système feu et gaz GS EP SAF 261 : Arrêt d urgence et dépressurisation d urgence GS EP SAF 312 : Lignes directrices pour la sélection et l installation des systèmes de détection du feu et des gaz GS EP SAF 321 : Stations de pompes à incendie et collecteur principal d eau pour lutte contre l incendie GS EP SAF 322 : Systèmes fixes d eau pour lutte contre l incendie GS EP SAF 371 : Installations de commande d urgence Nota : le présent document ne va pas à l encontre de la Sécurité (ni du Département Sécurité) ; il est axé sur l instrumentation des systèmes de sécurité et sa maintenance (ainsi que la compréhension de ces systèmes). Glossaire : Veuillez vous reporter à la fin de ce document, au chapitre «Glossaire». Dernière révision : 11/06/2009 Page 11 de 254 3. DÉTECTION DU FEU ET DU GAZ 3.1. GÉNÉRALITÉS Définition Système conçu pour prévenir aussi tôt que possible des incidents suivants et en indiquer l emplacement : fuite de gaz inflammable. fuite de gaz toxique ou faible niveau d oxygène. feu ou combustion. et pour déclencher la mise en œuvre d un moyen d extinction et mettre l établissement en configuration de sécurité, avec l interfaçage (et l assistance ) du système ESD Emplacements concernés Tous les lieux d un site sont concernés par le système. La protection est différente (ou «adaptée») selon l emplacement ou la zone spécifique : Bureau : risque d incendie «classique». Local technique: risque d incendie d origine électrique. Procédé : feu et fuites de gaz. Lieu confiné : feu, gaz toxique et faible niveau d oxygène Fonctions de base Les équipements de détection, de commande (traitement) et d action constituent les trois caractéristiques principales du système F&G. Les signaux des capteurs sont centralisés (dirigés) vers le système logique qui identifie, analyse et active les équipements afin que les actions spécifiques opportunes soient mises en œuvre. Afin d augmenter la fiabilité, toutes les alimentations électriques doivent être connectées à des sources disponibles en permanence (batteries, alimentations non interruptibles), toute Dernière révision : 11/06/2009 Page 12 de 254 la logique doit être assumée par des processeurs redondants. Toutefois, dans certaines configurations de détection spécifiques, toutes les alimentations, y compris les batteries et les alimentations non interruptibles, doivent être à l arrêt et isolées Détection Fumée, chaleur, flamme, gaz toxiques et inflammables, MCP (déclencheur manuel d alarme), Détection rapide : Un «instant» est suffisant pour qu un incendie (ou une explosion) causant d importants dégâts se produise. Par conséquent, la détection doit se faire aussi rapidement que possible. Gaz inflammables ou explosifs : La présence d un gaz inflammable doit être détectée immédiatement, ceci afin de sécuriser le(les) zone(s) concernée(s) et de lancer l action qui s impose pour éliminer le risque d explosion. Des points de détection déterminés (avec plusieurs niveaux d alarme) sont fixés bien en dessous de la limite d explosivité, ceci afin de permettre un temps de «réaction» et d éviter le point critique. Gaz toxiques : Il s agit là d une détection critique. La sécurité du personnel est la priorité numéro un, mais de toutes façons, la présence d un gaz toxique signifie qu il y a un «problème» du type fuite, obturation, fonctionnement défectueux, pièces endommagées, etc. Localisation facile : Une détection rapide n est pas suffisante ; la connaissance de l origine exacte du «défaut» permet une réaction plus facile et mieux adaptée, et de gagner un temps précieux pour l intervention et l action (si nécessaire). C est pour cette raison que les sites sont délimités en zones ; ces mêmes zones sont fonction des conditions de traitement, du fonctionnement du site. La signalisation est définie en conséquence. Dernière révision : 11/06/2009 Page 13 de 254 Commande (Traitement) : Cela est effectué par un système spécifique fourni par le fabricant (tableaux feu et gaz) et/ou des PLC (complémentaires) insensibles aux défaillances, reliés au système ESD et au DCS. Ce (s) système(s) de traitement ont les fonctions suivantes : Contrôler l intégrité des lignes de détection (détection d un circuit ouvert, de fils rompus) Déclencher les alarmes (sonores, visuelles), l évacuation. Interconnexion avec le PAGA (Public Address and General Alarm : annonce vocale et alarme générale) (si nécessaire) Déterminer au sein de leur logique les actions à mettre en œuvre Interfacer avec les autres processeurs (système ESD, DCS, PLC de traitement, ) Autoriser le blocage et la dérivation pour les tests et la maintenance Dérivation / blocage : Il s sont conçus pour les tests, les commandes de séquences, les interventions de maintenance dans lesquelles les logiques automatiques restent en ligne. Aucune dérivation / aucun blocage ne peut être effectué sans qu une demande de travail (spécifique) ait été émise Une procédure d opération doit couvrir l utilisation d une dérivation / d un blocage Toute dérivation / tout blocage doit être contrôlé par des opérateurs de traitement ainsi que des techniciens de maintenance Toute dérivation / tout blocage doit aboutir à une alarme spécifique, qui elle-même ne pourra pas être bloquée (alarme permanente sur écran ou tableau d alarme) Ils doivent être supprimés, ramenés aux conditions «normales» une fois l intervention terminée. Aucune dérivation / aucun blocage ne doit être maintenu «en permanence», sauf quand les conditions de traitement ont changé, et cela doit être approuvé par une procédure écrite ou un document d autorisation écrit Dernière révision : 11/06/2009 Page 14 de 254 Action La détection et la commande logique doivent déclencher un démarrage automatique (pompes à incendie) et/ou une activation automatique (vannes, électrovannes) des équipements de lutte contre l incendie. Les actions peuvent être résumées ainsi : Alarmes sonores, visuelles Message par annonce vocale (PAGA) ordre d évacuation ou autres messages Equipements d extinction/de lutte contre l incendie automatiquement connectés Signaux au DCS, à l ESD et automatismes de traitement pour des initiatives de conditions de sécurité. Informations à l équipe de lutte contre l incendie Sur ce, les fonctions de «sortie» (même chose que pour la détection et la commande) et, pour augmenter la fiabilité, toutes les alimentations, doivent être connectées à des sources disponibles en permanence (batteries, alimentations non interruptibles) Dernière révision : 11/06/2009 Page 15 de 254 Architecture d un système F&G Voir la figure : «exemple d architecture d une distribution F&G Gas Detectors Flame detectors Heat Detectors Smoke detectors Manual Call Points Fire Water Pumps Inergen CO2 Halon Deluge network F & G Processor Control System ESD System Power Supply (UPS) Audible Alarms PAGA Sprinklers Figure 2 : Exemple d architecture d une distribution F&G 3.2. DETECTION INCENDIE Principes généraux Fonction de la détection incendie: Déclenchement du processus d arrêt, mise en œuvre des équipements de lutte contre l incendie, activation des systèmes d extinction. Dernière révision : 11/06/2009 Page 16 de 254 Types de détecteurs d incendie : De fumée : Ioniques (ionisation par points) Optiques (points) A avertissement rapide ou anticipation (zones) De flamme : UV et IR,
