在我们的生产生活中,安全是大家考虑的最主要的要点之一。当我们处理工业过程时也是如此,当过程自动化越来越多地应用于工业时,这意味着许多以前由人类做出的决策和行动现在被分配给自动化设备和系统。
我们如何确保安全系统在需要时工作?在突发事件中,我们能信任应急设备吗?
部分行程测试
规则、程序、文章以及无数的信息和专门知识贯穿始终,使我们能够在紧急情况下识别关键设备,并在我们最依赖它们的时候提高它们的可靠性和完整性。当提及切断阀或安全系统阀时,理想的做法是不时测试它们,以了解它们是否正常工作。
一般来说,这些阀门可能需要很长时间,有时甚至几年才能投入使用。由于它们受到天气条件的影响,或者在侵蚀性和腐蚀性环境中,通常会受到腐蚀。这种阀门在需要时能工作吗?
不久前,能做的是在流程停止时测试所有阀门。这些是为设备维护、新安装和工艺改进安排的停产检修。在此期间,阀门动作、全开和全关,以便检查以下项目:
- 可能的阀杆堵塞;
- 执行机构气源泄漏;
- 密闭密封;
- 阀门/致动器组的完整性;
- 控制面板上的信号完整性等。
这种测试称为全行程测试(Full Stroke Test)–FST。
作为一个行业,因为持续生产和盈利的原因,这样的测试可能需要数月甚至数年才能进行。实际操作中,如果怀疑阀门工作不正常,则模拟紧急停止,或在正常工艺流程上应用旁路来执行FST。无论是哪种情况,执行这些测试或操作都需要高昂的成本,这两方面都涉及到工厂流程的停止以及测试所需的额外设备。
通常,额外设备是手动操作的切断阀、管道旁路、,电磁阀等设备,更不用说物流和参与活动的
员工,以及公司可能的利润损失。
如果能够更频繁地安排和实施此类测试,那就太好了。最好有评估阀门磨损的参数,并允许在紧急情况发生之前进行预防性维护。如果成本更低就好了。
更简单、更便宜、更可靠的解决方案是采用PST(partial stroke test)部分行程测试。PST只是指部分移动阀轴,并测量执行此操作所需的动作。
此外,还可以测量阀门的响应时间,甚至可以检查阀门是否堵塞,或者气动执行机构是否正确加压,而无需现场检查。
根据OREDA(海上可靠性数据)发布的《海上装置数据手册》,PST可以检测到70%的阀门问题,这些问题在统计上出现的频率更高。尽管如此,为了在阀门紧密关闭时正确检查阀门泄漏,必须进行全过程测试。
部分行程需要多长时间?这将取决于工艺过程,这样部分行程测试就不会干扰正常的工厂工作,或者甚至不会对过程造成微小的振荡。在许多情况下,阀门开度的15%变化已经使识别潜在问题成为可能。
然而,只有在开发出阀门智能定位器之后,再加上一长串可用参数,才能以合理的成本实现自动PST,这些参数在监测和配置时会产生各种各样的诊断结果。
部分行程测试的工作原理:
智能阀门定位器用于执行PST的方法称为动态斜坡法。定位器在用户确定的偏移范围内自动生成设定点信号的斜坡变化。
当定位器通过位置传感器,基于霍尔效应传感器,无机械接触。
同时定位器测量移动阀杆所需的施加压力。达到最大设定点后,定位器将恢复,使阀门返回其原始位置。
同样,在换向过程中,定位器测量阀门位置和相应的启动压力。当测试结束时,定位器计算并启用阀门负载系数,即移动阀杆所需的压力值。以及显示测试结果的相关图表。
部分行程测试的益处
使用PST的好处不仅限于安全性能,还可以从工厂的生产性能和工厂的资本成本中获得收益。
总结如下
安全效益
使用PST可以在以下方面获得收益。
生产利益
成功实施PST系统可以在许多领域提高生产效率。
- 延长工厂强制关闭之间的时间。
- 预测潜在的阀门故障,以便提前订购备件。
- 维护任务的优先级。
标准
部分行程测试(PST)是公认的石油行业标准技术,也由国际电工委员会(IEC)和美国仪表协会(ISA)等监管机构进行详细量化。
IEC61508-电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全
IEC61511-功能安全-过程工业部门的安全仪表系统
ANSI/ISA-84.00.01-功能安全:过程工业部门的安全仪表系统(ANSI标准)
这些标准定义了安全相关系统的要求,并描述了如何量化PST系统的性能。
部分行程测试的缺点
所有PST系统的主要缺点是导致安全系统意外激活的可能性增加,从而导致工厂停工,这是操作员对PST系统的首要关注点,因此许多PST系统在安装后仍处于休眠状态。不同的技术以不同的方式缓解了这个问题,但所有系统都有固有的风险
此外,在某些情况下,由于工艺或所用阀门的固有限制,无法进行PST。此外,由于PST会对过程或系统产生干扰,因此它可能不适合对干扰敏感的某些过程或系统。
最后,PST有的情况下无法区分阀门和执行器组件内的不同故障或失效,从而限制了诊断能力。