O que é um sistema instrumentado de segurança?

As organizações que manuseiam materiais perigosos como parte de seus processos essenciais de negócio recorrem a sistemas instrumentados de segurança para manter os trabalhadores em segurança e reduzir a probabilidade de incidentes catastróficos, como incêndios, explosões, liberações de produtos químicos tóxicos e fusões de reatores nucleares.

Os sistemas instrumentados de segurança estão intimamente relacionados a outro tipo de sistema de processo de negócio conhecido como sistema básico de controle de processo (BPCS). No entanto, enquanto um BPCS se concentra em manter as operações normais do negócio, um SIS se concentra exclusivamente na segurança. Quando um SIS detecta condições perigosas, ele inicia uma resposta predefinida, como liberar a pressão de uma válvula ou ativar um sistema de desligamento de emergência.

Os sistemas instrumentados de segurança são usados principalmente nas indústrias de processo, ou seja, setores que fabricam produtos transformando matérias-primas por meio de processos químicos, físicos, biológicos ou térmicos. Esses setores incluem petróleo e gás, fabricação de produtos químicos, geração de energia, produtos farmacêuticos e tratamento de água. Para gerenciar os riscos, as empresas que operam nesses setores implementam sistemas relacionados à segurança para detectar condições perigosas e restaurar os sistemas a um estado seguro.

O principal objetivo de um SIS é restaurar um sistema ou processo a um estado seguro, que é a condição em que uma instalação ou um equipamento específico volta a estar seguro após um evento perigoso.

No cerne de todo sistema instrumentado de segurança estão uma ou mais funções instrumentadas de segurança (SIFs), ações que o SIS executa quando detecta condições perigosas. Por exemplo, se um SIS detecta níveis perigosos em um reator químico, suas válvulas de desligamento de emergência e os controles de bomba podem impedir automaticamente que mais material flua para o reator.

Todos os sistemas instrumentados de segurança são rigorosamente regulamentados por normas estabelecidas pela Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC). As normas IEC 61508 e IEC 61511 oferecem frameworks detalhados para as organizações seguirem ao construir arquiteturas de SIS.

Um sistema instrumentado de segurança (SIS) funciona monitorando sistemas e processos e executando ações predefinidas quando detecta condições perigosas. Os projetos de sistema variam conforme a aplicação e o setor, mas a maioria das arquiteturas de SIS é composta por três componentes principais:

• Sensores
• Solucionadores lógicos
• Elementos finais de controle

A primeira camada de um SIS é composta por sensores e transmissores que medem constantemente pequenas variações de pressão, temperatura, nível e fluxo dentro de um sistema ou processo. Esses pequenos dispositivos fornecem dados em tempo real sobre as condições de operação e detectam desvios que podem indicar a presença de condições perigosas.

A maioria das ferramentas modernas de SIS conta com vários sensores para oferecer redundância e reduzir a probabilidade de alarmes falsos. As arquiteturas redundantes reduzem a probabilidade de a falha de um único dispositivo passar despercebida e ajudam a tornar os sistemas instrumentados por software mais confiáveis.

O solucionador lógico é o componente de tomada de decisão de um SIS, responsável por receber os dados de entrada de sensores e transmissores e avaliar se esses dados atendem a condições de segurança predefinidas. Se os dados avaliados pelo solucionador lógico indicarem a existência de uma condição perigosa, ele pode executar automaticamente uma resposta de segurança.

Na maioria dos ambientes modernos de automação industrial, os solucionadores lógicos contam com controladores especializados conhecidos como controladores lógicos programáveis (CLPs) de segurança para receber e avaliar sinais e iniciar funções de segurança. Diferentemente dos CLPs convencionais, que se concentram em otimizar a produção, os CLPs de segurança controlam apenas aplicações de segurança funcional dentro de um SIS.

Os elementos finais de controle são os componentes físicos tangíveis (tecnologia operacional) dentro do SIS que executam mudanças em um processo e o restauram a um estado seguro. Alguns elementos finais de controle comuns são válvulas, válvulas de isolamento, chaves de partida de motor, relés, dampers e atuadores. Quando o solucionador lógico detecta condições perigosas, os elementos finais de controle executam uma ação de proteção predefinida.

Por exemplo, quando um sensor indica ao controle lógico que os níveis de material perigoso em um tubo excedem os limites predefinidos, o solucionador lógico aciona atuadores para fechar fisicamente as válvulas e interromper o fluxo de material. Se realizado corretamente, esse processo restaura o sistema a um estado seguro.

O gerenciamento do ciclo de vida de segurança é um processo rigorosamente estruturado com o qual as organizações contam para garantir que um sistema instrumentado de segurança (SIS) e suas funções instrumentadas funcionem corretamente.

Três componentes principais são essenciais para gerenciar com eficácia o ciclo de vida de segurança e garantir que um SIS seja eficaz:

• Níveis de integridade de segurança: os níveis de integridade de segurança (SILs) correspondem ao nível de redução de risco exigido por uma função instrumentada de segurança específica em um SIS. Os SILs variam de SIL 1 a SIL 4, sendo que os níveis mais altos indicam maior confiabilidade. Para a maioria das organizações, SIL 2 e SIL 3 são aceitáveis porque oferecem uma redução de risco significativa e, ao mesmo tempo, continuam práticos e economicamente viáveis.
• Especificações de requisitos de segurança: uma especificação de requisitos de segurança (SRS) define os requisitos de confiabilidade e operacionais de uma função de segurança específica em um SIS. Ao configurar um SIS, as organizações costumam realizar diferentes tipos de avaliações de perigos e riscos. As mais comuns são os estudos de perigos e operabilidade (HAZOPs) e a análise de camadas de proteção (LOPA). Essas metodologias amplamente aceitas ajudam os operadores de máquinas e os técnicos a determinar as proteções adequadas a serem implementadas em torno de processos potencialmente perigosos.
• Teste de comprovação: por fim, as organizações que projetam um SIS e o colocam em operação devem testá-lo constantemente para verificar se suas funções de segurança operam corretamente. O teste de comprovação envolve inspeções periódicas dos sistemas instrumentados de segurança e testes cuidadosamente coordenados para verificar se o SIS operará corretamente quando surgir uma condição perigosa. Além do teste de comprovação, as organizações também acompanham métricas-chave relacionadas aos equipamentos envolvidos em processos perigosos, como taxa de falha e probabilidade de falha sob demanda (PFoD).

As instalações industriais modernas dependem cada vez mais de tecnologias de automação complexas, como a inteligência artificial (IA) e a Internet das Coisas (IoT). Embora essas tecnologias melhorem a eficiência e aumentem a produtividade, elas também introduzem novos riscos ao meio ambiente, à saúde e à segurança (EHS) e à continuidade dos negócios. Por exemplo, um único mau funcionamento de equipamento em uma instalação moderna pode evoluir para um evento perigoso se não houver proteções adequadas em vigor.

Implementar um sistema instrumentado de segurança (SIS) ajuda as organizações a aumentar a confiabilidade de seus processos, melhorar a segurança dos trabalhadores e proteger melhor seus ativos mais importantes. Segundo um relatório recente, a demanda por ferramentas de SIS está crescendo, e seu mercado atual, de US$ 5,26 bilhões, deve chegar a US$ 7,32 bilhões nos próximos 5 anos.

Veja a seguir alguns benefícios comuns de implementar um SIS em nível corporativo.

Um SIS aprimora o gerenciamento da segurança de processos ao monitorar continuamente processos e sistemas que podem resultar em condições perigosas. Segundo um relatório, um SIS pode reduzir os incidentes no local de trabalho em até 80% por meio de seus recursos de detecção e resposta. Ao acompanhar variáveis automaticamente e iniciar ações de proteção, os sistemas instrumentados de segurança ajudam a reduzir a probabilidade de acidentes e falhas catastróficas.

Trabalhadores de instalações industriais, por exemplo, muitas vezes manuseiam produtos químicos perigosos e combustíveis como parte de sua rotina diária. Sistemas de desligamento de segurança, acionados por um SIS, podem alertá-los sobre uma possível exposição e tomar medidas corretivas. Quando as condições ultrapassam determinados limites de tolerância, um SIS pode responder com mais rapidez e mais consistência do que um ser humano.

Muitos dos processos e sistemas que um SIS monitora são centrais para a gestão das operações do negócio, ou seja, a concepção e a otimização dos processos de negócio para favorecer a eficiência e a resiliência. Além de gerar problemas de segurança, as falhas de ativos podem resultar em perdas financeiras significativas.

Ao evitar danos a reatores, dutos, compressores, turbinas e outros ativos críticos, um SIS pode reduzir os custos de reparo e o downtime não planejado. Por exemplo, grandes compressores centrífugos estão entre os ativos mais críticos e caros da indústria de gás natural. Técnicos e operadores de máquinas programam sistemas instrumentados de segurança para monitorar vazão, pressão e níveis de vibração e, assim, evitar uma condição chamada surge, na qual o gás que passa pelo compressor se torna instável e pode danificar o ativo.

Projetar e operar um SIS ajuda as organizações a aprimorar seus recursos de monitoramento de conformidade de várias maneiras. Primeiro, os setores de processo costumam estar sujeitos a normas e padrões de segurança rigorosos por causa dos materiais que são centrais para seus processos de negócio. Cumprir as normas IEC 61508 e IEC 61511 demonstra o compromisso de uma organização com a segurança dos trabalhadores e mostra que ela implementou corretamente as melhores práticas de gestão de segurança funcional.

Segundo, órgãos reguladores e seguradoras costumam exigir que as instalações mantenham programas de segurança documentados que incluam o projeto do SIS, a documentação dos testes de comprovação e o registro das atividades de manutenção.

Um SIS confiável ajuda a organização a reduzir a probabilidade de um desligamento falso, interrompendo o equipamento apenas quando as condições são realmente perigosas. Sem um SIS, os operadores de máquinas precisam recorrer ao desligamento manual, o que aumenta a probabilidade de desligamentos falsos, já que os processos manuais não são tão confiáveis quanto os automatizados.

Além disso, operar equipamentos em condições inseguras aumenta a probabilidade de falha. Um SIS bem projetado evita danos catastróficos aos equipamentos e ajuda a reduzir o número de reparos de emergência, falhas colaterais e paradas não planejadas.

Os sistemas instrumentados de segurança ajudam a aprimorar as iniciativas de gestão de riscos ao fornecer uma camada independente de proteção (ILP) contra eventos perigosos. Embora procedimentos adequados e a intervenção do operador ajudem a reduzir o risco durante o treinamento, um SIS pode monitorar as condições ativamente e intervir quando elas se tornam inseguras.

Veja alguns exemplos comuns de eventos perigosos que os sistemas instrumentados de segurança ajudam a evitar:

• Falha das válvulas de controle em regular os níveis de produtos químicos tóxicos
• Falha dos sistemas de controle de processo em manter condições seguras
• Falha dos operadores em reconhecer condições perigosas quando elas existem
• Falha de rolamentos, tubulações, motores e outros componentes de hardware

Os sistemas instrumentados de segurança são usados principalmente em setores de processo para proteger os processos que transformam matérias-primas como petróleo, água e produtos químicos em produtos. Veja cinco de suas aplicações mais comuns:

• Petróleo e gás: o setor de petróleo e gás conta com sistemas instrumentados de segurança para monitorar refinarias, plataformas de perfuração offshore, dutos e plantas de processamento. Os sistemas instrumentados de segurança projetados especificamente para petróleo e gás realizam regularmente desligamentos de alta pressão, detectam produtos químicos perigosos e executam o isolamento automatizado de equipamentos.
• Fabricação de produtos químicos: os fabricantes de produtos químicos contam com sistemas instrumentados de segurança para monitorar líquidos e gases reativos, tóxicos ou inflamáveis. Em uma planta de fabricação de produtos químicos, um SIS monitora temperaturas de reatores, pressões de líquidos e gases e concentrações químicas para manter os trabalhadores seguros e evitar falhas catastróficas.
• Usinas de energia: os operadores de usinas de energia usam sistemas instrumentados de segurança para proteger ativos valiosos, como turbinas, caldeiras e sistemas auxiliares. As funções de segurança de um SIS em uma usina de energia normalmente incluem proteção contra sobrevelocidade de turbinas, desligamento de caldeiras e monitoramento dos sistemas de resfriamento.
• Fabricação de produtos farmacêuticos: na indústria farmacêutica, os sistemas instrumentados de segurança ajudam a garantir a operação segura dos equipamentos de produção e dos sistemas críticos. Muitas fábricas farmacêuticas usam solventes inflamáveis, produtos químicos tóxicos e sistemas de alta pressão. Um SIS projetado para a carga de trabalho de uma fábrica farmacêutica ajuda a regular reatores de síntese, sistemas de armazenamento de solventes, unidades de destilação e reatores de alta pressão.
• Instalações de tratamento de águas residuais: as instalações de tratamento de água usam a tecnologia SIS para gerenciar cuidadosamente sistemas de dosagem de produtos químicos, tanques de armazenamento e estações de bombeamento. As funções de segurança para o tratamento de águas residuais ajudam a evitar uma ampla gama de incidentes potencialmente perigosos, como falhas em sistemas de esteiras transportadoras, vazamentos de gases e de produtos químicos tóxicos, incêndios e explosões.