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第7話:安全計装システム(SIS)対応電磁弁

最近「機能安全」や「安全計装」という言葉を耳にすることが多くなったのではないでしょうか?
2000年のIEC61508を元にしたJIS C0508に続き、2008年にIEC61511がJIS C0511に機能安全規格としてJIS化され、安全に対する要求が高まってきています。緊急遮断装置や防火施設などの安全を実現するために、安全計装システムは必要不可欠です。

・安全計装システムにおける電磁弁の役割
図1 安全計装システム例

安全計装システムは基本的に センサ、ロジックソルバ、 操作端で構成されており、 センサが異常を感知すると ロジックソルバがトリップし、操作端がプロセスを遮断する 仕組みになっています(図1)。
安全動作の最終部分を担う 操作端の中で、アクチュエータを直接コントロールするという重要な役割を担っているのが電磁弁です。通常のオペレーションでは電磁弁は励磁されて「開」となり、アクチュエータを作動させ、バルブ本体を制御します。異常発生時には電気供給が遮断され、電磁弁は消磁されて「閉」となり、アクチュエータ内の圧力を排気してプロセスバルブ本体を安全側へ移行させます。一連の安全計装システムを電磁弁抜きに構築することは困難で、システムの安全度はパイロット電磁弁の信頼性にかかっていると言えるでしょう。

・安全計装(SIS)対応電磁弁の要求性能と「スプリングリターン」安全設計
表1 低頻度作動要求モード

機能安全規格は安全度水準(SIL)を使って安全性を評価することを求めています。
安全度水準は定量的推定手法により安全計装システムの動作要求あたりの機能失敗確率(PFD)を基準に決定されます。この尺度は正しく作動する確度によってSIL1~4の4区分で示され、数字が大きいほどリスク低減率が高いことを表しています(表1)。
一般に、安全計装システムの操作端に用いるパイロット電磁弁には「常時閉形」3または4方向電磁弁を使い、常用励磁、緊急時非励磁の構成に設置してシステムの安全動作を確保します。安全計装システムに適用するパイロット電磁弁の選定にあたっては、機能安全規格に基づくSIL認証の有無に加え、基本構造が「スプリングリターン構造」であるかどうかも重要な判定基準とする必要があります。「スプリングリターン構造」では、緊急電源喪失時にもスプリング力により自力で「閉」状態に復帰し、アクチュエータを確実に遮断側へ制御することが可能です。同じ操作端であるアクチュエータが単動形スプリングリターン構造を用いるように、そのパイロット制御用電磁弁についても「スプリングリターン構造」によるフェールセーフ設計が基本なのです。

ASCOのパイロット電磁弁、3方向「327シリーズ」と4方向「551シリーズ」は、ともに第三者認定機関 exida により IEC61508 Part1&2 のSIL3までの適合認証を取得しています。また、フェールセーフ設計にしたがった「スプリングリターン構造」や特殊シール構造により高い安全性を達成した製品で、安全計装システムのパイロット電磁弁にはまさに最適といえるでしょう。

安全計装システム(SIS)対応電磁弁については、ぜひ 日本アスコにご相談ください。
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