芻議部分行程測試在ESD閥門上的應(yīng)用

1部分行程測試的概念

部分行程測試(partialStroketeSting,PST)是安全儀表系統(tǒng)緊急切斷閥(ESD閥門)定期在線檢測的一種方法,通過某種形式使得ESD閥門從全開度位置起關(guān)閉一個(gè)小的開度(如0~20%)行程,然后再恢復(fù)原來的位置,定期做此動(dòng)作,以便更好地檢測閥門小行程的實(shí)現(xiàn)情況,作為判斷閥門在聯(lián)鎖狀態(tài)下能夠正常執(zhí)行SIS系統(tǒng)輸出信號(hào)的一個(gè)重要參考依據(jù)。它在不影響工廠正常生產(chǎn)運(yùn)行的情況下進(jìn)行,減少了閥門全行程的頻率,并能證明閥門的完好性、可用性。

2部分行程測試的意義和作用

安全儀表系統(tǒng)(即SIS系統(tǒng))中的ESD閥門長期處于"休眠"狀態(tài)。石油化工、特別是天然氣行業(yè)中工藝往往具有低溫的特點(diǎn),而ESD閥門長期受到環(huán)境影響,使其有可能產(chǎn)生一種故障模式:緊急情況下不能響應(yīng)SIS系統(tǒng)輸出的聯(lián)鎖信號(hào),產(chǎn)生"拒動(dòng)"現(xiàn)象。這種情況的發(fā)生,將導(dǎo)致SIS系統(tǒng)失效,給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重危害,其后果甚至可能是災(zāi)難性的。因此,定期對ESD閥門進(jìn)行行程測試,掌握ESD閥門實(shí)際運(yùn)行狀況,才能在正常工況下保證ESD閥門的有效性、可用性。PST功能的出現(xiàn)彌補(bǔ)了這個(gè)空缺和不足。

本文將從以下幾點(diǎn)闡述閥門PST的重要意義和作用:

2.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面

為了解決ESD閥門的拒動(dòng)問題,IEC61511(GB/T21109)標(biāo)準(zhǔn)中要求對SIS系統(tǒng)進(jìn)行測試,這其中包括對最終執(zhí)行元件ESD閥門進(jìn)行定期測試,以便發(fā)現(xiàn)潛在故障,這些故障會(huì)妨礙SIS按安全要求執(zhí)行動(dòng)作。定期進(jìn)行部分行程測試可以減少SIS系統(tǒng)潛在的危險(xiǎn),使其保持所要求的SIL等級(jí)。由于ESD閥門在工藝正常運(yùn)行時(shí)是不允許進(jìn)行全行程測試的,因此部分行程在線測試對于保障ESD閥門的安全運(yùn)行至關(guān)重要,它縮短了測試間隔,增加了測試頻率,降低了PFD平均值,即能夠維持安全完整性等級(jí)SIL。而且理論計(jì)算表明,在SIL等級(jí)不變的情況下,如果縮短PST的測試時(shí)間間隔,則可以延長ESD閥門的全行程測試周期。這些都是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定的初衷所在,隨著IEC61511及國家標(biāo)準(zhǔn)的貫徹落實(shí),ESD閥門部分行程測試必將得到普及應(yīng)用。

2.2避免工藝裝置停車,節(jié)約成本

為了提高工廠的經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)利潤的最大化,近年來石油化工、天然氣等工廠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期不斷加長,一般不對生產(chǎn)裝置進(jìn)行檢修,這樣對現(xiàn)場設(shè)備特別是ESD聯(lián)鎖閥門的可靠性要求就非常高。隨著ESD閥門長時(shí)間使用,其自身的性能及可靠性等都會(huì)有所下降,定期對ESD聯(lián)鎖閥門進(jìn)行測試就顯得尤為必要。通常的做法是選擇工藝裝置停車檢修時(shí)間進(jìn)行ESD聯(lián)鎖閥門測試,而且需要技術(shù)精湛的專業(yè)工程師來完成,要支付大量費(fèi)用。具有PST功能的閥門的出現(xiàn)降低了故障發(fā)生概率,使得測試周期由一年延長至三年。借助測試過程,相關(guān)數(shù)據(jù)記錄和系統(tǒng)分析可大大降低硬件和維修費(fèi)用方面的投入,而且增加了過程有效性,在一定程度上延長了生產(chǎn)裝置檢修的周期,有效緩解了生產(chǎn)經(jīng)營的壓力,節(jié)約了經(jīng)營成本。

2.3功能安全方面

功能安全是與過程控制系統(tǒng)有關(guān)的整體安全的組成部分,它取決于SIS系統(tǒng)和其他保護(hù)層能否正確行使職能。在用于安全目的的安全相關(guān)系統(tǒng)中,執(zhí)行功能安全的SIS系統(tǒng)是防止風(fēng)險(xiǎn)的安全層面,顯得非常重要。如何執(zhí)行國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61508《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》及IEC61511《過程工業(yè)部分儀表安全系統(tǒng)的功能安全》,重點(diǎn)就是確?；赟IS系統(tǒng)的功能安全。SIL是對風(fēng)險(xiǎn)的量化,通過SIL認(rèn)證的設(shè)備組成的SIS系統(tǒng)才有可能實(shí)現(xiàn)重要的功能安全。

多數(shù)用于SIS系統(tǒng)的ESD閥門長期位于"休眠"狀態(tài),這類閥門的常見故障大多為"卡住無法運(yùn)行"。只有測試才能證明閥門的真實(shí)運(yùn)行狀況,才能保證其達(dá)到相應(yīng)的SIL等級(jí),而部分行程測試是目前比較先進(jìn)的一種既能最大程度保證安全性又能降低成本的方法。經(jīng)過長期實(shí)踐及統(tǒng)計(jì),人們發(fā)現(xiàn)閥門相當(dāng)常見的故障就是容易被卡在平時(shí)的靜止位置上。對于這種"固死"故障,無需通過完全開關(guān)閥門來進(jìn)行測試,只對閥門開關(guān)位置進(jìn)行小范圍調(diào)整,就可以測試出該閥門是否卡住,多數(shù)的閥門隱蔽故障都可以被檢測出來。在線進(jìn)行該項(xiàng)測試,在降低PFD的同時(shí),還能做到不造成生產(chǎn)的損失,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能安全。

2.4設(shè)計(jì)方面

煉油化工、天然氣工廠中一些重要的工藝管線設(shè)計(jì)院是可以設(shè)計(jì)旁路管線的,這樣閥門則可以在線切換完成全行程測試,保證閥門的有效性和可靠性。但這也會(huì)導(dǎo)致管道和相關(guān)附屬設(shè)備及材料的增加,這是投資建設(shè)方所不愿接受的。如何做到使設(shè)計(jì)成果"性價(jià)比高",能被投資建設(shè)方所接受和認(rèn)可,成為設(shè)計(jì)單位是否具有競爭力的重要評(píng)判指標(biāo)之一。按照目前通常的做法,設(shè)計(jì)單位會(huì)遵照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求采用部分具有PST功能的ESD閥門。

3部分行程測試的優(yōu)缺點(diǎn)

盡管具有PST功能的ESD閥門在煉油化工及天然氣行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛,但在不同的應(yīng)用場合人們對其評(píng)價(jià)也有所差異。現(xiàn)對部分行程測試的優(yōu)缺點(diǎn)簡要描述如下:

3.1部分行程測試的優(yōu)點(diǎn)

(1)它的存在減少了風(fēng)險(xiǎn),較之全行程測試降低了PFD值,

使得SIL等級(jí)得以保持,增強(qiáng)了ESD閥門的可靠性。(2)它能夠延長閥門全行程測試的時(shí)間間隔,對全行程測

試起到了一個(gè)有力的補(bǔ)充作用。(3)減少了工藝生產(chǎn)裝置停車測試ESD閥門的成本。(4)能夠自動(dòng)進(jìn)行測試,大大增強(qiáng)了測試的安全性,降低

了人為造成誤差的概率。

3.2部分行程測試的缺點(diǎn)

(1)它不能完全代替ESD閥門全行程測試,只能測試閥門小范圍內(nèi)的開關(guān)情況,剩余部分開度測試只能依靠全行程測試來實(shí)現(xiàn)。

(2)它不適用于ESD閥桿卡住的情況,如果被測試的閥門卡住無法動(dòng)作,部分行程測試功能將無法實(shí)現(xiàn)。

(3)在腐蝕情況嚴(yán)重的生產(chǎn)工藝條件下,進(jìn)行部分行程測試可能會(huì)導(dǎo)致閥門磨損加重、截流能力下降以及使用壽命縮短。

(4)部分行程測試的過程中仍然存在導(dǎo)致系統(tǒng)誤停車的可能性。

4部分行程測試的實(shí)現(xiàn)案例

部分行程測試一般有兩種方法,一種是采用智能閥門定位器,如RoToRK、FISHER和SIEMENS等實(shí)現(xiàn),另一種是氣路切換實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)對某大型LNG接收站項(xiàng)目現(xiàn)場閥門的部分行程測試具體介紹如下:

4.1智能閥門定位器實(shí)現(xiàn)方式

現(xiàn)場ESD閥門采用的是oHL廠家的儀表蝶閥,使用FISHER定位器,該閥門的開關(guān)信號(hào)全部接入SIS系統(tǒng),由于采購要求與供應(yīng)商對該閥門的部分行程測試功能實(shí)現(xiàn)方式的理解存在偏差等原因,后來供應(yīng)商給出以下三種實(shí)現(xiàn)途徑:

(1)現(xiàn)場的控制系統(tǒng)需安裝EMERSoNAMS系統(tǒng)軟件,配合ESD閥門實(shí)現(xiàn)部分行程測試。由于現(xiàn)場采用的是國產(chǎn)的控制系統(tǒng),無法與EMERSoNAMS系統(tǒng)配套使用,所以無法實(shí)現(xiàn)。

(2)需要在現(xiàn)場控制系統(tǒng)的工程師站安裝FISHERvalvlingSoftware軟件,另外還需要有HART通信轉(zhuǎn)換器配合使用,此種方法專業(yè)性非常強(qiáng),而且要增加采購軟件費(fèi)用,對現(xiàn)場作業(yè)人員要求很高,給后期的維護(hù)工作帶來不小的難度,所以不選擇此法。

(3)通過475通信器設(shè)置定位器,激活部分行程測試功能(需現(xiàn)場短接相應(yīng)的AUx輔助端)。

綜合對比以上情況,該項(xiàng)目選擇第三種方式實(shí)現(xiàn)ESD閥門的部分行程測試功能。

4.2現(xiàn)場氣路實(shí)現(xiàn)方式

該項(xiàng)目現(xiàn)場采用36"VELAN的碳鋼球閥,配置BIFOLD換向器、ASCo電磁閥、SOLDo的SIF70221-1限位開關(guān)以及凸輪等,測試時(shí)通過現(xiàn)場手動(dòng)觸發(fā)開關(guān),切換不同氣路使閥門做部分行程測試,同時(shí)限位開關(guān)等把閥位信號(hào)傳到DCS系統(tǒng)中。由于該閥門尺寸較大,開啟時(shí)存在動(dòng)作緩慢滯后等現(xiàn)象,在測試人員了解其特性后逐漸熟悉了相應(yīng)的操作要領(lǐng)。這種實(shí)現(xiàn)方式現(xiàn)場管路配置過于繁瑣、操作上過于機(jī)械,相信在今后的應(yīng)用中會(huì)越來越少。

氣路圖如圖1所示。

操作簡要說明:(1)凸輪在閥門全開時(shí)與7接觸:(2)按下15瞬間7、14b立刻閉合:(3)閥門全開時(shí),電磁閥帶電,彈簧壓縮。

5結(jié)語

隨著部分行程測試功能的應(yīng)用越來越廣泛,對于新建項(xiàng)目需采購具有部分行程測試功能的ESD閥門,應(yīng)明確技術(shù)要求和具體實(shí)現(xiàn)方式,與供應(yīng)商做好事前溝通,優(yōu)先選用智能化產(chǎn)品,以便通過軟件對測試情況進(jìn)行系統(tǒng)分析,減少人為因素影響,實(shí)現(xiàn)智能化管理,保證安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的完好性、可用性,為項(xiàng)目后期運(yùn)維和安全生產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)。