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)輸出信號的一個重要參考依據(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，產(chǎn)生“拒動”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，這其中包括對較終執(zhí)行元件ESD閥門進(jìn)行定期測試，以便發(fā)現(xiàn)潛在故障，這些故障會妨礙SIS按安全要求執(zhí)行動作。定期進(jìn)行部分行程測試可以減少SIS系統(tǒng)潛在的危險，使其保持所要求的SIL等級。由于ESD閥門在工藝正常運(yùn)行時是不允許進(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SIL。而且理論計算表明，在SIL等級不變的情況下，如果縮短PST的測試時間間隔，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)利潤的較大化，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閥門長時間使用，其自身的性能及可靠性等都會有所下降，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，而部分行程測試是目前比較先進(jìn)的一種既能較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，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，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)計方面

    煉油化工、天然氣工廠中一些重要的工藝管線設(shè)計院是可以設(shè)計旁路管線的，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)計成果“性價比高”，能被投資建設(shè)方所接受和認(rèn)可，成為設(shè)計單位是否具有競爭力的重要評判指標(biāo)之一。按照目前通常的做法，設(shè)計單位會遵照相關(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)用場合人們對其評價也有所差異�，F(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，較之全行程測試降低了PFD值，使得SIL等級得以保持，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間間隔，對全行程測試起到了一個有力的補(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，測試時通過現(xiàn)場手動觸發(fā)開關(guān)，切換不同氣路使閥門做部分行程測試，同時限位開關(guān)等把閥位信號傳到DCS系統(tǒng)中。由于該閥門尺寸較大，開啟時存在動作緩慢滯后等現(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)用中會越來越少。

    操作簡要說明：（1）凸輪在閥門全開時與7接觸；（2）按下15瞬間7、14b立刻閉合；（3）閥門全開時，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)。

 

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