1部分行程測(cè)試的概念

部分行程測(cè)試(partialStroketeSting,PST)是安全儀表系統(tǒng)緊急切斷閥(ESD閥門(mén))定期在線檢測(cè)的一種方法,通過(guò)某種形式使得ESD閥門(mén)從全開(kāi)度位置起關(guān)閉一個(gè)小的開(kāi)度(如0~20%)行程,然后再恢復(fù)原來(lái)的位置,定期做此動(dòng)作,以便更好地檢測(cè)閥門(mén)小行程的實(shí)現(xiàn)情況,作為判斷閥門(mén)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(mén)全行程的頻率,并能證明閥門(mén)的完好性、可用性。

2部分行程測(cè)試的意義和作用

安全儀表系統(tǒng)(即SIS系統(tǒng))中的ESD閥門(mén)長(zhǎng)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(mén)長(zhǎng)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(lái)嚴(yán)重危害,其后果甚至可能是災(zāi)難性的。因此,定期對(duì)ESD閥門(mén)進(jìn)行行程測(cè)試,掌握ESD閥門(mén)實(shí)際運(yùn)行狀況,才能在正常工況下保證ESD閥門(mén)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(mén)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(mén)的拒動(dòng)問(wèn)題,IEC61511(GB/T21109)標(biāo)準(zhǔn)中要求對(duì)SIS系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,這其中包括對(duì)最終執(zhí)行元件ESD閥門(mén)進(jìn)行定期測(cè)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(cè)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(mén)在工藝正常運(yùn)行時(shí)是不允許進(jìn)行全行程測(cè)試的,因此部分行程在線測(cè)試對(duì)于保障ESD閥門(mén)的安全運(yùn)行至關(guān)重要,它縮短了測(cè)試間隔,增加了測(cè)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(cè)試時(shí)間間隔,則可以延長(zhǎng)ESD閥門(mén)的全行程測(cè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的貫徹落實(shí),ESD閥門(mén)部分行程測(cè)試必將得到普及應(yīng)用。

2.2避免工藝裝置停車(chē),節(jié)約成本

為了提高工廠的經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)的最大化,近年來(lái)石油化工、天然氣等工廠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期不斷加長(zhǎng),一般不對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行檢修,這樣對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特別是ESD聯(lián)鎖閥門(mén)的可靠性要求就非常高。隨著ESD閥門(mén)長(zhǎng)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(duì)ESD聯(lián)鎖閥門(mén)進(jìn)行測(cè)試就顯得尤為必要。通常的做法是選擇工藝裝置停車(chē)檢修時(shí)間進(jìn)行ESD聯(lián)鎖閥門(mén)測(cè)試,而且需要技術(shù)精湛的專(zhuān)業(yè)工程師來(lái)完成,要支付大量費(fèi)用。具有PST功能的閥門(mén)的出現(xiàn)降低了故障發(fā)生概率,使得測(cè)試周期由一年延長(zhǎng)至三年。借助測(cè)試過(guò)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(guò)程有效性,在一定程度上延長(zhǎng)了生產(chǎn)裝置檢修的周期,有效緩解了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的壓力,節(jié)約了經(jīng)營(yíng)成本。

2.3功能安全方面

功能安全是與過(guò)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(guó)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(guò)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(duì)風(fēng)險(xiǎn)的量化,通過(guò)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(mén)長(zhǎng)期位于"休眠"狀態(tài),這類(lèi)閥門(mén)的常見(jiàn)故障大多為"卡住無(wú)法運(yùn)行"。只有測(cè)試才能證明閥門(mén)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(cè)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(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐及統(tǒng)計(jì),人們發(fā)現(xiàn)閥門(mén)相當(dāng)常見(jiàn)的故障就是容易被卡在平時(shí)的靜止位置上。對(duì)于這種"固死"故障,無(wú)需通過(guò)完全開(kāi)關(guān)閥門(mén)來(lái)進(jìn)行測(cè)試,只對(duì)閥門(mén)開(kāi)關(guān)位置進(jìn)行小范圍調(diào)整,就可以測(cè)試出該閥門(mén)是否卡住,多數(shù)的閥門(mén)隱蔽故障都可以被檢測(cè)出來(lái)。在線進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)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(mén)則可以在線切換完成全行程測(cè)試,保證閥門(mén)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?xún)r(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(jìng)爭(zhēng)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(mén)。

3部分行程測(cè)試的優(yōu)缺點(diǎn)

盡管具有PST功能的ESD閥門(mén)在煉油化工及天然氣行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛,但在不同的應(yīng)用場(chǎng)合人們對(duì)其評(píng)價(jià)也有所差異?，F(xiàn)對(duì)部分行程測(cè)試的優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)要描述如下:

3.1部分行程測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)

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

使得SIL等級(jí)得以保持,增強(qiáng)了ESD閥門(mén)的可靠性。(2)它能夠延長(zhǎng)閥門(mén)全行程測(cè)試的時(shí)間間隔,對(duì)全行程測(cè)

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(chē)測(cè)試ESD閥門(mén)的成本。(4)能夠自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試,大大增強(qiáng)了測(cè)試的安全性,降低

了人為造成誤差的概率。

3.2部分行程測(cè)試的缺點(diǎn)

(1)它不能完全代替ESD閥門(mén)全行程測(cè)試,只能測(cè)試閥門(mén)小范圍內(nèi)的開(kāi)關(guān)情況,剩余部分開(kāi)度測(cè)試只能依靠全行程測(cè)試來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(2)它不適用于ESD閥桿卡住的情況,如果被測(cè)試的閥門(mén)卡住無(wú)法動(dòng)作,部分行程測(cè)試功能將無(wú)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(cè)試可能會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)磨損加重、截流能力下降以及使用壽命縮短。

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

4部分行程測(cè)試的實(shí)現(xiàn)案例

部分行程測(cè)試一般有兩種方法,一種是采用智能閥門(mén)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(duì)某大型LNG接收站項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)的部分行程測(cè)試具體介紹如下:

4.1智能閥門(mén)定位器實(shí)現(xiàn)方式

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

(1)現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)需安裝EMERSoNAMS系統(tǒng)軟件,配合ESD閥門(mén)實(shí)現(xiàn)部分行程測(cè)試。由于現(xiàn)場(chǎng)采用的是國(guó)產(chǎn)的控制系統(tǒng),無(wú)法與EMERSoNAMS系統(tǒng)配套使用,所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

(2)需要在現(xiàn)場(chǎng)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(zhuān)業(yè)性非常強(qiáng),而且要增加采購(gòu)軟件費(fèi)用,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員要求很高,給后期的維護(hù)工作帶來(lái)不小的難度,所以不選擇此法。

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

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

4.2現(xiàn)場(chǎng)氣路實(shí)現(xiàn)方式

該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)關(guān)以及凸輪等,測(cè)試時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)觸發(fā)開(kāi)關(guān),切換不同氣路使閥門(mén)做部分行程測(cè)試,同時(shí)限位開(kāi)關(guān)等把閥位信號(hào)傳到DCS系統(tǒng)中。由于該閥門(mén)尺寸較大,開(kāi)啟時(shí)存在動(dòng)作緩慢滯后等現(xiàn)象,在測(cè)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(chǎng)管路配置過(guò)于繁瑣、操作上過(guò)于機(jī)械,相信在今后的應(yīng)用中會(huì)越來(lái)越少。

氣路圖如圖1所示。

操作簡(jiǎn)要說(shuō)明:(1)凸輪在閥門(mén)全開(kāi)時(shí)與7接觸:(2)按下15瞬間7、14b立刻閉合:(3)閥門(mén)全開(kāi)時(shí),電磁閥帶電,彈簧壓縮。

5結(jié)語(yǔ)

隨著部分行程測(cè)試功能的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,對(duì)于新建項(xiàng)目需采購(gòu)具有部分行程測(cè)試功能的ESD閥門(mén),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(guò)軟件對(duì)測(cè)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)。