安全阻塞阀的部分行程试验

关键字 过程控制 安全 测试 阀门 栏: PFD计算至关重要

对于许多运营公司来说，遵守安全标准最困难的部分是最终元件的测试，特别是紧急阻塞阀。

传统上，紧急阻塞阀在机组周转时进行测试，使用全冲程测试来演示性能。30年前，每两到三年就有一次检修，但随着机械可靠性的提高以及预测性和预防性维护计划的实施，机组的检修周期可以延长到5年、6年甚至更长时间。

毫无疑问，延长周转周期可以产生显著的经济回报，但延长周转周期也意味着紧急阻塞阀预计在全功能测试之间需要更长时间，但仍能提供相同水平的保护性能。这是不可能的;因此，需要其他方法来确保安全系统保持所需的风险降低，部分中风测试就是一个例子。

ANSI/ISA S84.01-1996和IEC 61508安全标准中定义的安全生命周期模型的成功实施取决于一个设计约束-安全完整性水平(SIL)。SIL是一个数值基准，与按需失效概率(PFD)有关，并受设计鲁棒性的影响，包括器件完整性、投票和共因故障。影响SIL的还有诊断覆盖范围和部分冲程测试的测试间隔，以补充全冲程测试，以降低阻塞阀的PFD。减压量取决于阀门及其应用环境，因此需要准确确定部分行程测试对PFD的影响(见侧栏)PFD计算至关重要）.

在线测试

为了克服长时间测试间隔导致安全系统性能下降的问题，许多公司正在对与安全相关的阀门进行在线测试，但这需要额外的设施，如全流量旁路和可能影响生产的程序，如在测试期间降低生产流量。

为了维护安全操作，程序必须包括阀门旁路时要采取的行动清单，例如降低产量，监控定义的过程变量，或执行关闭。

全行程测试的一个选项是部分行程测试。测试包括将阀门移动至少15%，以测试部分阀门失效模式，其余失效模式在全行程测试中进行测试。部分冲程测试的主要目的和好处是减少所需的全冲程测试频率和相关的操作影响。

如果部分冲程测试显示出问题，则仍然需要维护。这意味着安装全流量旁路设施或关闭该过程。由于全流旁路仅在维护期间使用，而不需要用于测试，因此不会损失安全完整性。

部分行程试验方法

有三种基本类型的部分行程测试设备:机械限位、位置控制和电磁阀。每种类型都涉及不同程度的复杂程度和风险。

机械限制包括机械装置的安装，如阀箍、阀门千斤顶或干扰器，以限制阀门的移动程度。当使用机械限制方法时，阀门不能用于过程关闭。

阀颈是放置在线性阀杆周围的开槽管道。阀箍防止阀门移动到阀箍顶部以外的地方。任何有能力的制造车间都可以制造出适合测试使用的阀门接箍。

阀门千斤顶是一个拧到设定位置的螺钉，从而限制阀门执行机构的行程。阀门千斤顶与阀门执行机构是一体的，通常只能从原始执行机构制造商处获得。

机械干扰器类似于用于限制旋转阀旋转的开槽杆。由于干扰器集成在阀门中，所以必须从原始阀门制造商处购买。干扰器通常可以安装一个钥匙开关，当使用钥匙时激活控制室报警器。

机械限位方法在资金和安装成本上都很便宜，但除非安装限位开关，否则阀门运动需要视觉验证，因此可能需要大量人员。成功的实施和恢复正常的操作状态完全是由程序驱动的。在使用阀门项圈和千斤顶的地方，对控制室的旁路通知也是程序性的。

机械限制方法的最大缺点是不能保证阀门已经恢复到正常工作状态。没有一种万无一失的方法可以在不启动阀门的情况下知道千斤顶或干扰器已经完全收回。此外，未经授权使用阀门千斤顶或干扰器不能通过随意检查来确定。这意味着阀门可能在无人察觉的情况下停止服务。

机械限制方法不会增加正常操作的假过程跳闸率。然而，在部分冲程测试过程中，有可能出现假的工艺跳闸。对于阀铤，出现误起下钻的主要原因是安装不当，当阀门开始运动时，阀铤会从阀杆上“弹开”。千斤顶和干扰器必须由技术人员或机械师投入使用，因此程序错误可能导致阀门完全关闭，而不是部分关闭。这使得机械限制方法只能与书面程序和技术人员/机械师培训一样好。

位置控制使用模拟定位器将阀门移动到预定设置，适用于各种阀门类型。由于大多数紧急阻塞阀没有安装定位器，这种方法需要安装额外的硬件。此外，定位器操作需要4-20 mA模拟输出，通常不是安全仪表系统(SIS)的一部分。

位置控制测试的验证可以使用智能或智能定位器和HART(高速公路可寻址远程发射机)维护站来加强，该维护站收集测试信息并生成测试文档。

当位置控制与限位开关的部分行程测试一起使用时，需要进行阀门位置变送器或目视检查，以验证测试是否成功完成。

一些供应商推广使用定位器代替电磁阀驱动，然而，大多数定位器的排气口(Cv)不够大，无法适应快速阀门关闭。因此，应在定位器和执行器之间安装一个单独的电磁阀，以确保在部分行程测试期间保持安全保护。

由于定位器可能发生故障并从阀门执行器排出空气，在正常操作期间，定位器确实会导致假过程跳闸率。

电磁阀可用于通过向紧急阀门执行机构电磁阀脉冲电信号来进行部分行程测试。这种解决方案需要额外的SIS编程，以适应可调节的定时脉冲输出，以实现所需的阀门行程。当使用脉冲电磁阀时，需要特别考虑，以确保紧急阀不会移动太远，导致假过程跳闸。规定应包括使用位置变送器或限位开关和投票软件逻辑，迫使电磁阀返回到安全位置。根据工厂的操作理念，测试可以自动以常规频率运行或手动启动。

由于阀门从未被绕过或关闭，因此在测试过程中仍可紧急关闭。与所有部分冲程测试方法一样，需要全流旁路，以便在不停机的情况下进行维护。

使用冗余螺线管可降低由于电磁阀故障在测试过程中发生假过程跳闸的几率。

所讨论的三种部分冲程测试方法比单独的全冲程测试提供了可测量的PFD改进。改进的程度取决于规范、配置和应用程序环境。

无论选择何种方法，都必须编写程序，以确保在测试期间阻塞阀不会跳闸，正确地进行测试，记录不正确的阀门性能，并进行维护以使阀门恢复到完全功能状态。这意味着部分行程测试的文件要求与全行程测试相同。由于全流量旁路仍然需要维护，设施和程序必须到位，以确保有限制地使用旁路。

部分冲程测试的主要好处是减少全冲程测试间隔，并有助于确保SISs满足延长工厂周转周期的需求。

作者信息

Summers博士是SIS-TECH Solutions (Houston, Tex.)的总裁，这是一家专门从事安全仪器系统性能的咨询和培训公司。Bryan Zachary是SIS-TECH Solutions公司的高级顾问。

PFD计算至关重要

当一个设备在预期的情况下不能正常工作时，就被称为按需故障。设备可能按需发生故障的频率称为按需故障概率(PFD)。

PFD可以通过危险故障率(lD)和测试间隔(TI)来计算。假设通过设计实践使系统故障最小化，其数学关系为:

PFD = |lD * TI/2 [1]

方程表明，PFD与TI之间的关系是线性的，测试间隔越长，产生的PFD值越大。

当使用部分行程测试来补充全行程测试时，PFD公式被修改以适应部分行程(PS)和全行程(FS)测试，并变成:

PFD = lDPS * TIPS/2 + lDFS * TIFS/2 [2]

这个图“阀门可用的部分行程测试对PFD的影响的例子，说明了当部分冲程测试补充全冲程测试时，PFD性能是如何提高的。

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