淺談部分行程測試在緊急切斷閥上的應用

為了提高工廠的生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟效益，實現(xiàn)利潤的最大化，近年來大型煉油裝置，乙烯裝置等工藝過程，連續(xù)運轉(zhuǎn)的周期加長，定期檢修的時間一般由2～3年一次延長到5～6年一次。導致SIS（安全儀表系統(tǒng)）中的氣動執(zhí)行機構(gòu)，例如緊急切斷閥ESD(Emergecy Shutdown Valve),長期處于“休眠”狀態(tài)。由于工藝往往具有高溫、腐蝕、侵蝕、振動、煙塵的特點，且閥門長期受到這種環(huán)境的影響，使得ESD閥有可能產(chǎn)生“固著”的故障模式，不能響應來自SIS（安全儀表系統(tǒng)）的操作（安全保護）指令，ESD閥在需要執(zhí)行安全保護動作時產(chǎn)生“拒動”現(xiàn)象。這種情況的發(fā)生，將導致SIS系統(tǒng)失效，給安全生產(chǎn)帶來危害，其后果甚至可能是災難性的。

    為解決ESD閥的拒動問題，設(shè)想在定期檢修周期內(nèi)插入部分行程測試的動作，按一定的時間間隔作周期性動作，以便更好地檢查其閥桿移動情況，判斷其功能的工作狀態(tài)是否正常。

 

 

一、什么是部分行程測試（PST-Paitial Stroke Testing）

所謂ESD閥的部分行程測試（PST-Paitial Stroke Testing）是作為一種緊急切斷（ESD-Emergency Shutdown）閥的一種安全措施，在ESD閥系統(tǒng)中檢測故障的方法，就是讓ESD閥做周期性的部分行程動作。例如：ESD閥從全開位置部分關(guān)閉10-30%行程，按一定的時間間隔設(shè)定周期性的動作，以便更好地檢查其閥桿移動情況，判斷其功能的工作狀態(tài)是否正常。PST是一種不影響ESD閥正常運行的可靠的檢測方法。

二、PST部分行程測試在緊急切斷閥上的應用

工藝生產(chǎn)裝置正常運行中，ESD閥通常處于全開狀態(tài)，在PST測試中，萬一導致ESD閥誤關(guān)閉，則將使生產(chǎn)裝置故障停車而造成事故。因此，對于ESD閥的開度要有限制，防止ESD閥誤關(guān)閉。一般情況下，根據(jù)ESD閥的流量特性，PST測試時，ESD閥的開度多設(shè)定在70-90%（即關(guān)閉行程10%-30%），可以用很多方法實施PST，這里僅以帶氣動執(zhí)行機構(gòu)的ESD閥進行PST測試，介紹如何進行PST測試的具體方法。

    本文介紹的氣動執(zhí)行機構(gòu)型PST部分行程測試，由于該系統(tǒng)其簡單獨特的機械系統(tǒng)，不含電子設(shè)備（微處理器），無需控制軟件。該氣動執(zhí)行機構(gòu)附加PST功能，成為整個系統(tǒng)的特點。

⒈  直行程氣動執(zhí)行機構(gòu)型PST部分行程測試的原理介紹（見圖1.）：

電磁閥長期失電，處于常通狀態(tài)，氣缸常開（有桿腔通氣）；

適用于直行程緊急切斷閥，當做部分行程檢測時，擰動鑰匙閥，這時鑰匙閥換位處于排氣狀態(tài)，氣控閥換向，執(zhí)行器朝關(guān)閉方向移動，當執(zhí)行器移動到設(shè)定位置時，預設(shè)撞塊會碰到凸輪閥，這時凸輪閥換向，儀表氣通過凸輪閥給鑰匙閥一個氣壓信號，鑰匙閥就會恢復到初始位置保持進氣狀態(tài)，氣控閥復位，執(zhí)行器快速朝打開方向移動，恢復至測試前的狀態(tài)，完成部分行程的檢測過程。本系統(tǒng)除了具有部分行程檢測功能外，還附加斷氣保護回路，確保在供氣故障時整個系統(tǒng)的安全性，其工作原理是：平時正常工作時，一路氣通過三通閥經(jīng)過濾減壓閥向主回路供氣；另一路是輔助回路，通過過濾器經(jīng)單向閥向儲氣罐充氣，當出現(xiàn)供氣故障時，氣動型三通閥（在彈簧力作用下）自動換向，改由儲氣罐供氣，完成故障停車前的工藝操作，來滿足生產(chǎn)的需求。

 

以下圖2、圖3、圖4分別為PST在直行程ESD閥上的應用實例。

 

    圖1 直行程氣動執(zhí)行機構(gòu)型PST在ESD閥上應用的氣控原理圖

 

 

 

圖2 直行程氣動執(zhí)行機構(gòu)型PST在ESD閥的應用

 

 

圖3 PST應用于ESD閥的車間組裝現(xiàn)場

 

 

 圖4 PST在某大型煉油廠ESD閥上的實際應用

 

⒉  角行程氣動執(zhí)行機構(gòu)型PST部分行程測試的原理介紹（見圖5.）：

適用于回轉(zhuǎn)型緊急切斷閥，并能夠進行部分行程檢測，氣路圖電磁閥為非勵磁狀態(tài)，閥門狀態(tài)為關(guān)閉。采用2位3通帶手動復位的電磁閥，在開啟閥門時要確認電磁閥的手動按鈕是否在復位狀態(tài)，氣控閥用于快速進氣和排氣，實現(xiàn)緊急切斷閥門，失電失氣閥門關(guān)閉。

當需要做部分行程檢測時，只需擰到鑰匙閥，這時鑰匙閥換位處于排氣狀態(tài)，氣控閥、執(zhí)行器排氣，ESD閥逐漸關(guān)閉，當執(zhí)行器運動到設(shè)定位置時，執(zhí)行器轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)會帶動凸輪的轉(zhuǎn)動,當凸輪曲線轉(zhuǎn)到設(shè)定點時,會碰到預設(shè)位置的凸輪閥閥桿，這時使凸輪閥換向，儀表氣通過凸輪閥給鑰匙閥一個氣壓信號，鑰匙閥就會恢復到初始位置保持進氣狀態(tài)。氣缸供氣，恢復至閥門打開狀態(tài)，完成部分行程的檢測過程。為防止雨水、雜質(zhì)進入鑰匙閥，可將鑰匙閥放入氣控箱，起到更好地保護作用。

圖6.是角行程氣動執(zhí)行機構(gòu)型PST的一體化應用實例

 

 

圖5 角行程氣動執(zhí)行機構(gòu)型PST在ESD閥上應用的氣控原理圖

 

 

圖6 角行程氣動執(zhí)行機構(gòu)型PST的一體化應用

 

三、ESD閥PST部分行程測試時的優(yōu)缺點

⒈ESD閥部分行程測試的優(yōu)點

①  部分行程測試（PST）減少了風險，較之全行程測試，降低了PFD（失效概率）值，導致SIL(高安全完整性等級)提高，增加了ESD閥的可靠性；

②  部分行程測試能夠延長全行程測試的時間間隔，但它不能取代全行程測試（FST）,只是對全行程測試的一個補充；

③  提供維修依據(jù)；

④  由于進行了PST測試，ESD閥的旁路閥存在取消的可能性；

⑤  減少測試成本；

⑥  自動化部分行程測試能夠增強測試的安全性，降低由于手動測試造成的人為誤差的概率；

2.ESD閥部分行程測試的缺點

①  PST測試不能檢測ESD全部故障，有些故障要靠全行程測試(FST)來解決；

②  裝置運行不正常，導致ESD閥震蕩，這種情況不適于PST測試；

③  PST測試通常只做20%的行程測試，如果情況需要增加，則測試行程也只能增加10%。