浅谈部分行程测试在紧急切断阀上的应用

发布者:Force &Torque 发布时间:2019-04-12

为了提高工厂的生产效率,增加经济效益,实现利润的最大化,近年来大型炼油装置,乙烯装置等工艺过程,连续运转的周期加长,定期检修的时间一般由2~3年一次延长到5~6年一次。导致SIS(安全仪表系统)中的气动执行机构,例如紧急切断阀ESD(Emergecy Shutdown Valve),长期处于“休眠”状态。由于工艺往往具有高温、腐蚀、侵蚀、振动、烟尘的特点,且阀门长期受到这种环境的影响,使得ESD阀有可能产生“固着”的故障模式,不能响应来自SIS(安全仪表系统)的操作(安全保护)指令,ESD阀在需要执行安全保护动作时产生“拒动”现象。这种情况的发生,将导致SIS系统失效,给安全生产带来危害,其后果甚至可能是灾难性的。

    为解决ESD阀的拒动问题,设想在定期检修周期内插入部分行程测试的动作,按一定的时间间隔作周期性动作,以便更好地检查其阀杆移动情况,判断其功能的工作状态是否正常。

 

 

一、什么是部分行程测试(PST-Paitial Stroke Testing)

所谓ESD阀的部分行程测试(PST-Paitial Stroke Testing)是作为一种紧急切断(ESD-Emergency Shutdown)阀的一种安全措施,在ESD阀系统中检测故障的方法,就是让ESD阀做周期性的部分行程动作。例如:ESD阀从全开位置部分关闭10-30%行程,按一定的时间间隔设定周期性的动作,以便更好地检查其阀杆移动情况,判断其功能的工作状态是否正常。PST是一种不影响ESD阀正常运行的可靠的检测方法。

二、PST部分行程测试在紧急切断阀上的应用

工艺生产装置正常运行中,ESD阀通常处于全开状态,在PST测试中,万一导致ESD阀误关闭,则将使生产装置故障停车而造成事故。因此,对于ESD阀的开度要有限制,防止ESD阀误关闭。一般情况下,根据ESD阀的流量特性,PST测试时,ESD阀的开度多设定在70-90%(即关闭行程10%-30%),可以用很多方法实施PST,这里仅以带气动执行机构的ESD阀进行PST测试,介绍如何进行PST测试的具体方法。

    本文介绍的气动执行机构型PST部分行程测试,由于该系统其简单独特的机械系统,不含电子设备(微处理器),无需控制软件。该气动执行机构附加PST功能,成为整个系统的特点。

⒈  直行程气动执行机构型PST部分行程测试的原理介绍(见图1.):

电磁阀长期失电,处于常通状态,气缸常开(有杆腔通气);

适用于直行程紧急切断阀,当做部分行程检测时,拧动钥匙阀,这时钥匙阀换位处于排气状态,气控阀换向,执行器朝关闭方向移动,当执行器移动到设定位置时,预设撞块会碰到凸轮阀,这时凸轮阀换向,仪表气通过凸轮阀给钥匙阀一个气压信号,钥匙阀就会恢复到初始位置保持进气状态,气控阀复位,执行器快速朝打开方向移动,恢复至测试前的状态,完成部分行程的检测过程。本系统除了具有部分行程检测功能外,还附加断气保护回路,确保在供气故障时整个系统的安全性,其工作原理是:平时正常工作时,一路气通过三通阀经过滤减压阀向主回路供气;另一路是辅助回路,通过过滤器经单向阀向储气罐充气,当出现供气故障时,气动型三通阀(在弹簧力作用下)自动换向,改由储气罐供气,完成故障停车前的工艺操作,来满足生产的需求。

 

以下图2、图3、图4分别为PST在直行程ESD阀上的应用实例。

 

    图1 直行程气动执行机构型PST在ESD阀上应用的气控原理图

 

 

 

2 直行程气动执行机构型PST在ESD阀的应用

 

 

3 PST应用于ESD阀的车间组装现场

 

 

 图4 PST在某大型炼油厂ESD阀上的实际应用

 

⒉  角行程气动执行机构型PST部分行程测试的原理介绍(见图5.):

适用于回转型紧急切断阀,并能够进行部分行程检测,气路图电磁阀为非励磁状态,阀门状态为关闭。采用2位3通带手动复位的电磁阀,在开启阀门时要确认电磁阀的手动按钮是否在复位状态,气控阀用于快速进气和排气,实现紧急切断阀门,失电失气阀门关闭。

当需要做部分行程检测时,只需拧到钥匙阀,这时钥匙阀换位处于排气状态,气控阀、执行器排气,ESD阀逐渐关闭,当执行器运动到设定位置时,执行器转轴的旋转会带动凸轮的转动,当凸轮曲线转到设定点时,会碰到预设位置的凸轮阀阀杆,这时使凸轮阀换向,仪表气通过凸轮阀给钥匙阀一个气压信号,钥匙阀就会恢复到初始位置保持进气状态。气缸供气,恢复至阀门打开状态,完成部分行程的检测过程。为防止雨水、杂质进入钥匙阀,可将钥匙阀放入气控箱,起到更好地保护作用。

6.是角行程气动执行机构型PST的一体化应用实例

 

 

5 角行程气动执行机构型PST在ESD阀上应用的气控原理图

 

 

6 角行程气动执行机构型PST的一体化应用

 

三、ESD阀PST部分行程测试时的优缺点

⒈ESD阀部分行程测试的优点

①  部分行程测试(PST)减少了风险,较之全行程测试,降低了PFD(失效概率)值,导致SIL(高安全完整性等级)提高,增加了ESD阀的可靠性;

②  部分行程测试能够延长全行程测试的时间间隔,但它不能取代全行程测试(FST),只是对全行程测试的一个补充;

③  提供维修依据;

④  由于进行了PST测试,ESD阀的旁路阀存在取消的可能性;

⑤  减少测试成本;

⑥  自动化部分行程测试能够增强测试的安全性,降低由于手动测试造成的人为误差的概率;

2.ESD阀部分行程测试的缺点

①  PST测试不能检测ESD全部故障,有些故障要靠全行程测试(FST)来解决;

②  装置运行不正常,导致ESD阀震荡,这种情况不适于PST测试;

③  PST测试通常只做20%的行程测试,如果情况需要增加,则测试行程也只能增加10%。

 

结束语

 

ESD阀在SIS正常运行时会固定在某一状态而不变化,由于这种原因产生“固着”现象而导致失效,所以必须进行测试以揭露那些未被发现的危险失效,防止ESD阀在危险条件出现时不能正确执行其切断功能(或打开功能)。部分行程检测(PST)降低了PFDavg(平均失效概率)值,提高了安全完整性等级(SIL)并使得ESD阀动作的可靠性大幅度提高。PST延长了全行程测试的间隔时间,自动化的PST能够增强测试的安全性,降低测试风险和测试失效的可能性。PST测试受测试周期(即检验测试间隔时间)测试频率和测试条件影响,测试频率没有硬性规定,但ESD阀的测试频率要比逻辑解算器高,一般情况下,由用户决定。本文提到的部分行程测试方法因工艺等各方面原因应用于不同场合,随着IEC61511及相关国家标准的贯彻落实,ESD阀部分行程测试必将会普及应用。