安全理念在緊急切斷閥中的應(yīng)用

張學(xué)瑞（中國(guó)石油工程建設(shè)公司 北京 100120）

安全控制閥在油田、煉廠和化工裝置中應(yīng)用廣泛，我們習(xí)慣稱之為ESD(Emergency shunt dow n)閥，即緊急切斷閥。具有以下特點(diǎn)：防止工藝的重大事故；只有在緊急情況下動(dòng)作；在極端苛刻工況下閥門的動(dòng)作；要求測(cè)試來(lái)保證設(shè)備的正常運(yùn)行；是安全儀表系統(tǒng)SIS中最重要的部分之一；也是安全儀表系統(tǒng)SIS最不可靠的部分。

恩賈梅納100萬(wàn)噸/年RONIER油田一期中3臺(tái)進(jìn)口電動(dòng)切斷閥為意大利進(jìn)口，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為意大利（BIFFI）EFS2000V 4，配有輔助液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安裝于FPF裝置原油總管上。故障現(xiàn)象：間隔二十天左右，閥門自動(dòng)關(guān)閉10%行程，SIS系統(tǒng)報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)操作人員利用手動(dòng)液壓機(jī)構(gòu)將閥門打到開(kāi)度100%，報(bào)警解除，時(shí)間常了以后，造成液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)損壞，無(wú)法打開(kāi)。通過(guò)認(rèn)真學(xué)習(xí)該閥的廠家資料，故障分析如下：意大利比費(fèi)（BIFFI）電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)EFS2000V4為智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它與傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比優(yōu)點(diǎn)如下：1、調(diào)試簡(jiǎn)單調(diào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)核心參數(shù)的初始調(diào)試可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作接口和自帶軟件實(shí)現(xiàn)，不用拆卸就能完成。2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩個(gè)顯示窗，用于顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)信息和變量。上方的窗口可動(dòng)態(tài)顯示位置或力矩，下方(兩行)顯示具體的報(bào)警和警告信息等。在失電和手動(dòng)操作狀態(tài)時(shí)，位置也能繼續(xù)顯示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕可以對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行全面的操作，并可以通過(guò)設(shè)置密碼來(lái)防止未經(jīng)授權(quán)的操作。3、所有內(nèi)部傳感器均為無(wú)接觸式。扭矩傳感器通過(guò)直接測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，可高精度檢測(cè)扭矩值，精度可達(dá)公稱扭矩的1%。位置傳感器由低功耗專用微處理器控制的霍爾效應(yīng)增強(qiáng)型編碼器具有輸出軸旋轉(zhuǎn)10°的分辨率。傳感器監(jiān)視著電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)，即使在失電情況下，也可完全記錄、更新、儲(chǔ)存和就地顯示手動(dòng)操作時(shí)的位置變化。4、PST功能，PST部分行程測(cè)試是自動(dòng)在線測(cè)試的一種，閥門在不影響工廠正常運(yùn)行的條件下局部行程動(dòng)作(例如從100%全開(kāi)狀態(tài)關(guān)到90%，然后回到100%全開(kāi))，以此來(lái)證明閥門的完好性。該閥門定期自動(dòng)動(dòng)作，首先有可能是PST功能影響，后將PST功能關(guān)閉，故障解除，至于閥門在自檢過(guò)程中無(wú)法回到100%開(kāi)位，主要原因是先期調(diào)試時(shí)，行程調(diào)試沒(méi)做好造成。

引發(fā)的題外思考，這種安全理念在安全控制閥中應(yīng)用在國(guó)外應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，而在國(guó)內(nèi)則應(yīng)用較少，對(duì)ESD閥門來(lái)說(shuō)，安全是最重要的。流程工業(yè)中的大型裝置和大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備很早就設(shè)計(jì)有安全信號(hào)聯(lián)鎖、安全停車系統(tǒng)和繼電器/電子插卡的緊急停車系統(tǒng)，并隨科技進(jìn)步而不斷改進(jìn)、隨新理念新標(biāo)準(zhǔn)而不斷發(fā)展，從繼電器、PLC、安全模塊過(guò)渡到數(shù)字化智能化的新型安全儀表系統(tǒng)SIS，早期的ESD控制閥基本上是切斷閥加電磁閥和閥位開(kāi)關(guān)的組合，雖然可以由系統(tǒng)進(jìn)行部分行程測(cè)試，但僅是電磁閥動(dòng)作和閥位開(kāi)關(guān)回饋信號(hào)，可以監(jiān)測(cè)到閥門動(dòng)作，并沒(méi)有更多的信息供系統(tǒng)分析。隨著數(shù)字式閥門定位器的推出和控制閥診斷技術(shù)的發(fā)展，用于SIS/ESD系統(tǒng)中的終端控制元件，不論是開(kāi)關(guān)動(dòng)作的切斷控制閥，還是調(diào)節(jié)流體量的控制閥，數(shù)字解決方案是業(yè)內(nèi)共識(shí)，PST功能由上位執(zhí)行轉(zhuǎn)移集成到數(shù)字化的終端控制元件進(jìn)行，監(jiān)測(cè)診斷信息通信到ESD系統(tǒng)，并支持開(kāi)放的 FDT/DTM 、EDDL。FISHER、NELES、SAMSON、Foxboro等控制閥制造廠家先后推出了具有PST功能的數(shù)字式ESD閥門控制器/定位器，其PST功能在線測(cè)試、中同時(shí)測(cè)量閥門位置(行程)、給定信號(hào)、設(shè)定點(diǎn)偏差、輸出控制信號(hào)、時(shí)間值等，分析參數(shù)有相對(duì)于幅值變化的超調(diào)、死區(qū)、T63、T98、上升時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間等。在國(guó)內(nèi)的部分合資企業(yè)(中海殼牌石油化工有限公司)以及大型國(guó)有石油化工企業(yè)(鎮(zhèn)海煉化和獨(dú)山子乙烯等)也得到了廣泛的應(yīng)用。利用PST技術(shù)可以增加或取得期望的SIL等級(jí)檢驗(yàn)。因?yàn)镻ST測(cè)試操作自動(dòng)化，從而減少人工設(shè)置測(cè)試的時(shí)間和行程大小等，減少了工人犯錯(cuò)的機(jī)會(huì)，降低了風(fēng)險(xiǎn)。而且由于整個(gè)過(guò)程不需要額外的管道，電纜，旁路閥，大大減少的資金投入。由于PST的優(yōu)越性，現(xiàn)在已經(jīng)有越來(lái)越多的大型項(xiàng)目利用PST功能來(lái)進(jìn)行SIS系統(tǒng)的測(cè)試。優(yōu)化了工廠生產(chǎn)，使預(yù)測(cè)性維修成為可能，減少了那些定期高成本的手動(dòng)測(cè)試。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，在不影響工廠安全的前提下，大大降低了工廠的維修和運(yùn)營(yíng)成本。設(shè)定值可以最多到全行程的30%。利用DVC進(jìn)行階躍響應(yīng)測(cè)試和閥門特性測(cè)試，可以用來(lái)測(cè)試閥門在系統(tǒng)中的運(yùn)行情況以及閥門本身的健康狀況。

目前國(guó)內(nèi)，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，安全生產(chǎn)正越來(lái)越受到重視，我相信PST技術(shù)會(huì)被越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家采用。對(duì)流程工業(yè)來(lái)說(shuō)，由于不希望停車作閥門的性能診斷測(cè)試，也不希望過(guò)程有很大的擾動(dòng)，所以PST測(cè)試將會(huì)是診斷閥門的重要選擇手段之一。

對(duì)緊急切斷閥門維護(hù)的幾點(diǎn)總結(jié)：1、檢驗(yàn)一個(gè)緊急切斷閥來(lái)得知它工作時(shí)狀態(tài)好壞程度，從管路上拆除是唯一的可靠的方式。對(duì)維修人員來(lái)說(shuō)，是否有必要修理或重新調(diào)校，唯一可選擇的是，反應(yīng)（等待閥故障產(chǎn)生，然后修理和拆除）或預(yù)防（猜測(cè)將要出現(xiàn)的問(wèn)題并且提前付諸行動(dòng)），這兩種方式都有他們的落后之處。反應(yīng)式維修方式使許多微小工作故障不被察覺(jué)和修理，這些看起來(lái)是小問(wèn)題卻可能造成工藝過(guò)程停車。另一種方式是維修人員在嚴(yán)重故障發(fā)展惡化之前采取行動(dòng)，但是緊急切斷閥可能被不必要的拆換，原因僅僅是懷疑其誤操作，管線上大型緊急切斷閥可能需要一天或更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)拆除，更換，檢查和加固，在沒(méi)有解決問(wèn)題時(shí)時(shí)間和物資都空耗。然而該癥狀可能確實(shí)由控制系統(tǒng)中其他的部件所引起。預(yù)防性的維修對(duì)反應(yīng)性的維修而言代表一個(gè)極大的提高，然而，大多數(shù)的緊急切斷閥需要極少的或不需要潤(rùn)滑，并且維修/調(diào)?？赡茉诤臅r(shí)與勞動(dòng)強(qiáng)度上與手動(dòng)閥一樣。許多工廠簡(jiǎn)單地采取在定期檢修時(shí)徹底檢修所有緊急切斷閥的方法，結(jié)果導(dǎo)致檢修一些不需要檢修的緊急切斷閥，而另一些卻在停止有效工作很長(zhǎng)一段時(shí)間之后仍滯留于管線上。2、通過(guò)診斷測(cè)試得到的緊急切斷閥工作標(biāo)志在預(yù)期維修計(jì)劃中充當(dāng)了重要的角色。在定期的測(cè)試之后，針對(duì)每一個(gè)緊急切斷閥可以建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)以確認(rèn)提前檢測(cè)和將出故障的范圍，因此可以為緊急切斷閥制訂理想的維修和替換時(shí)間表，PST技術(shù)的應(yīng)用就可以用于在不從管線上拆除的情況下確認(rèn)緊急切斷閥的工作狀況。