Un sistema de protección de presión de alta integridad (HIPPS) es un tipo de sistema instrumentado de seguridad (SIS) diseñado para evitar la sobrepresurización de una planta, como una planta química o una refinería de petróleo . El HIPPS apagará la fuente de alta presión antes de que se exceda la presión de diseño del sistema, evitando así la pérdida de contención por ruptura ( explosión ) de una línea o recipiente. Por lo tanto, un HIPPS se considera una barrera entre una sección de alta presión y una de baja presión de una instalación. [1]
En los sistemas tradicionales, la sobrepresión se controla mediante sistemas de alivio . Un sistema de alivio abrirá una salida alternativa para los fluidos en el sistema una vez que se excede una presión establecida, para evitar una mayor acumulación de presión en el sistema protegido. Esta salida alternativa generalmente conduce a un sistema de venteo o de ventilación para eliminar de manera segura el exceso de fluidos. Un sistema de alivio tiene como objetivo eliminar cualquier exceso de entrada de fluidos para su eliminación segura, mientras que un sistema HIPPS tiene como objetivo detener la entrada de exceso de fluidos y contenerlos en el sistema.
Los sistemas de alivio convencionales presentan desventajas, como la liberación de fluidos de proceso (inflamables y tóxicos) o sus productos de combustión al medio ambiente y, a menudo, una gran huella de carbono de la instalación. Con la creciente conciencia ambiental, los sistemas de alivio no siempre son una solución aceptable. Sin embargo, debido a su simplicidad, costo relativamente bajo y amplia disponibilidad, los sistemas de alivio convencionales aún se aplican con frecuencia.
HIPPS proporciona una solución para proteger los equipos en los casos en que:
HIPPS es un sistema de seguridad instrumentado diseñado y construido de acuerdo con las normas IEC 61508 e IEC 61511 .
Las normas internacionales IEC 61508 y 61511 hacen referencia a las funciones de seguridad y a los sistemas instrumentados de seguridad (SIS) cuando se habla de un dispositivo destinado a proteger equipos, personal y medio ambiente. Las normas más antiguas utilizan términos como sistemas de parada de seguridad , sistemas de parada de emergencia o últimas capas de defensa.
Un sistema que cierra la fuente de sobrepresión en un tiempo determinado con al menos la misma fiabilidad que una válvula de seguridad se denomina habitualmente HIPPS. Este tipo de HIPPS es un circuito funcional completo que consta de:
El esquema anterior presenta tres transmisores de presión (PT) conectados a un solucionador lógico. El solucionador decidirá, en base a una votación de 2 de 3 (2oo3), si se activa o no el elemento final. El panel de solenoides 1oo2 decide qué válvula se cerrará. Los elementos finales consisten aquí en dos válvulas de bloqueo que detienen el flujo hacia las instalaciones aguas abajo (derecha) para evitar que excedan una presión máxima. El operador de la planta es advertido mediante una alarma de presión (PA) de que se activó el HIPPS. Este sistema tiene un alto grado de redundancia:
No hay que limitarse al diseño anterior como único medio para materializar la definición de HIPPS. Siempre hay que pensar en el HIPPS de forma genérica, como un medio para aislar una fuente de alta presión cuando se ha bloqueado el flujo descendente, aislando el equipo ascendente (fuente de alta presión) de una manera altamente confiable. Ya sea que esta fuente de alta presión sea una bomba (en el caso de un líquido) o un compresor de gas (en el caso de un gas), el objetivo del HIPPS en estos casos es apagar de manera confiable la bomba o el compresor de gas que crea la condición de alta presión de una manera confiable y segura.
Los caudales cada vez mayores en combinación con las limitaciones medioambientales dieron lugar en las últimas décadas a una aceptación generalizada y rápida del HIPPS como el sistema de protección definitivo.
La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) introdujo las normas IEC 61508 e IEC 61511 en 1998 y 2003. Se trata de normas no prescriptivas y basadas en el rendimiento que proporcionan un marco detallado y un enfoque de ciclo de vida para el diseño, la implementación y la gestión de sistemas de seguridad aplicables a una variedad de sectores con diferentes niveles de definición de riesgo. Estas normas también se aplican a los sistemas HIPPS.
La norma IEC 61508 se centra principalmente en los sistemas eléctricos/electrónicos/programables relacionados con la seguridad. Sin embargo, también proporciona un marco para los sistemas relacionados con la seguridad basados en otras tecnologías, incluidos los sistemas mecánicos. La norma IEC 61511 ha sido agregada por la IEC específicamente para diseñadores, integradores y usuarios de sistemas instrumentados de seguridad y cubre las otras partes del circuito de seguridad (sensores y elementos finales) con más detalle.
La base para el diseño de su sistema instrumentado de seguridad es el nivel de integridad de seguridad (SIL) requerido. El SIL se obtiene durante el análisis de riesgos de una planta o proceso y representa la reducción de riesgos requerida. El SIS debe cumplir con los requisitos del SIL aplicable, que varía de 1 a 4. Las normas IEC definen los requisitos para cada SIL para el ciclo de vida del equipo, incluido el diseño y el mantenimiento. El SIL también define una probabilidad de falla requerida bajo demanda (PFD) para el bucle completo y las restricciones arquitectónicas para el bucle y sus diferentes elementos.
Los requisitos del HIPPS no deben simplificarse únicamente a un nivel PFD, los requisitos cualitativos y las restricciones arquitectónicas forman parte integral de los requisitos de un sistema de protección instrumentado como el HIPPS.
La norma europea EN12186 (anteriormente DIN G491) y, más específicamente, la EN14382 (anteriormente DIN 3381) se han utilizado durante las últimas décadas en sistemas de protección contra sobrepresión instrumentados (mecánicamente). Estas normas prescriben los requisitos para los sistemas de protección contra sobrepresión y sus componentes en plantas de gas. Estas normas no solo dictan el tiempo de respuesta y la precisión del bucle, sino también los factores de seguridad para el sobredimensionamiento del actuador del elemento final. La verificación y las pruebas de diseño independientes para demostrar el cumplimiento de la norma EN14382 son obligatorias. Por lo tanto, los usuarios a menudo hacen referencia a esta norma para el diseño de HIPPS.