摘要：目前安全法蘭式壓力變送器系統(tǒng)（ＳＩＳ）的配置越來(lái)越規(guī)范，但是在其安全生命周期內(nèi)，許多在役ＳＩＳ沒有按要求實(shí)施測(cè)試維護(hù)，部分ＳＩＳ甚至沒有測(cè)試維護(hù)計(jì)劃。在工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮并設(shè)計(jì)ＳＩＳ測(cè)試維護(hù)有關(guān)的設(shè)施，對(duì)ＳＩＳ功能測(cè)試維護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的方式進(jìn)行論述，重點(diǎn)論述了測(cè)量法蘭式壓力變送器的維護(hù)旁路設(shè)置，測(cè)量法蘭式壓力變送器故障時(shí)“壞值”信號(hào)的處理，#終元件的兩種測(cè)試維護(hù)方式及設(shè)施設(shè)計(jì)配置要求等有關(guān)內(nèi)容。
近年來(lái)，對(duì)于石油化工行業(yè)安全儀表系統(tǒng)（ＳＩＳ）的設(shè)計(jì)，guojia標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及原guojia安監(jiān)總局文件等都明確提出了ＨＡＺＯＰ分析、安全完整性等級(jí)（ＳＩＬ）評(píng)估和ＳＩＳ設(shè)置等要求，ＳＩＳ的設(shè)計(jì)日益完備，投用率也日益提高。隨著ＳＩＳ配備的普及，ＳＩＳ的安全生命周期的概念也隨之引起業(yè)界及監(jiān)管部門的關(guān)注，主要關(guān)注點(diǎn)是在安全生命周期內(nèi)如何保證ＳＩＳ滿足安全等級(jí)要求。安全生命周期是指從項(xiàng)目概念設(shè)計(jì)階段開始到所有法蘭式壓力變送器安全功能不再適用時(shí)為止，所發(fā)生的法蘭式壓力變送器安全功能實(shí)現(xiàn)有關(guān)的所有活動(dòng)，主要包括：過程危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、保護(hù)層的安全功能分配、ＳＩＳ技術(shù)要求、ＳＩＳ設(shè)計(jì)和工程、ＳＩＳ集成調(diào)試運(yùn)行和確認(rèn)、ＳＩＳ操作維護(hù)和變更、ＳＩＳ停用等主要階段。本文重點(diǎn)討論如何進(jìn)行ＳＩＳ測(cè)試維護(hù)功能的設(shè)計(jì)。
１ 問題的提出
隨著ＳＩＳ在安全功能領(lǐng)域的普及應(yīng)用，作為生命周期的一部分，ＳＩＳ的測(cè)試維護(hù)并沒有同步跟上。在設(shè)有ＳＩＳ的工藝裝置運(yùn)行過程中，用戶對(duì)不時(shí)出現(xiàn)的ＳＩＳ故障，往往是被動(dòng)地處理問題，在處理不當(dāng)或者ＳＩＳ隱性故障出現(xiàn)時(shí)，非計(jì)劃性停車時(shí)有發(fā)生。通常ＳＩＳ故障造成的非計(jì)劃停車，使工廠主管領(lǐng)導(dǎo)對(duì)ＳＩＳ產(chǎn)生誤解，甚至懷疑安全設(shè)計(jì)過度。工廠法蘭式壓力變送器維護(hù)部門更是被動(dòng)地疲于應(yīng)付，甚至不知道如何實(shí)施ＳＩＳ的測(cè)試維護(hù)，更沒有完善的ＳＩＳ測(cè)試維護(hù)計(jì)劃，更甚至由于#終元件的隱性故障，在需要聯(lián)鎖停車時(shí)，#終元件卻不能執(zhí)行停車動(dòng)作，因此可能會(huì)造成災(zāi)難性的后果。產(chǎn)生上述問題的原因是多方面的、系統(tǒng)性的。
shou先是在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)沒有對(duì)ＳＩＳ的測(cè)試和維護(hù)環(huán)節(jié)做好規(guī)劃；其次是用戶沒有編制ＳＩＳ測(cè)試維護(hù)計(jì)劃，缺少ＳＩＳ測(cè)試維護(hù)規(guī)程。上述兩個(gè)方面造成了ＳＩＳ缺少安全合理的測(cè)試維護(hù)方式及方法，安全測(cè)試維護(hù)設(shè)備不健全，無(wú)法進(jìn)行定期測(cè)試維護(hù)。
ＳＩＳ主要包括測(cè)量法蘭式壓力變送器、邏輯控制器系統(tǒng)、#終元件及線路系統(tǒng)等，
ＳＩＳ的測(cè)試范圍應(yīng)包括上述整個(gè)系統(tǒng)。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展以及冗余容錯(cuò)、診斷技術(shù)的應(yīng)用，邏輯控制器系統(tǒng)完全可以通過周期性的自動(dòng)測(cè)試和診斷滿足長(zhǎng)達(dá)４ａ一個(gè)生產(chǎn)周期的應(yīng)用。但是，自動(dòng)診斷技術(shù)并不能將ＳＩＳ全部故障危險(xiǎn)檢測(cè)出來(lái)，例如變送器測(cè)量管路的堵塞、電磁閥的銹蝕、切斷閥閥芯的卡死等。測(cè)量法蘭式壓力變送器的技術(shù)提升和冗余設(shè)置，使得測(cè)量法蘭式壓力變送器造成的誤停車率大幅降低，故障率較高的地方是#終元件。ＳＩＳ的測(cè)試維護(hù)主要是對(duì)測(cè)量法蘭式壓力變送器和#終元件的測(cè)試維護(hù)，也是本文重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。
２ 測(cè)試維護(hù)周期的要求及確定
ＳＩＳ測(cè)試維護(hù)是指對(duì)ＳＩＳ進(jìn)行周期性的物理測(cè)試和功能檢查，確保在其安全生命周期內(nèi)，ＳＩＳ處于要求的完好狀態(tài)。在ＳＩＳ設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮如何實(shí)現(xiàn)ＳＩＳ的測(cè)試維護(hù)，這是安全生命周期的重要一環(huán)。
目前新建石油化工裝置一般的生產(chǎn)運(yùn)行周期是４ａ甚至更長(zhǎng)。當(dāng)ＳＩＳ測(cè)試時(shí)間間隔小于工藝裝置預(yù)定的運(yùn)行周期時(shí)，需在不中斷工藝裝置運(yùn)行的情況下對(duì)ＳＩＳ進(jìn)行測(cè)試和維護(hù)，因此應(yīng)設(shè)計(jì)
ＳＩＳ在線測(cè)試維護(hù)設(shè)施，測(cè)試的目的是檢測(cè)出未能自動(dòng)診斷出的隱性故障，并將系統(tǒng)恢復(fù)到完好的狀態(tài)，確保ＳＩＳ持續(xù)地符合安全功能設(shè)計(jì)要求。
ＳＩＳ測(cè)試時(shí)間間隔是由安全功能的ＳＩＬ等級(jí)確定的，縮短測(cè)試時(shí)間間隔是提高ＳＩＬ等級(jí)的措施之一。測(cè)試時(shí)間間隔在ＳＩＬ等級(jí)確定時(shí)就應(yīng)該確定下來(lái)了，根據(jù)以往設(shè)計(jì)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，#小測(cè)試時(shí)間間隔一般要求：現(xiàn)場(chǎng)傳感器為１ａ；邏輯控制器為１ａ；切斷閥為１～４ａ，其中切斷閥的測(cè)試時(shí)間間隔除了本身的ＳＩＬ等級(jí)之外，還和所在的應(yīng)用工況有很大的關(guān)系。在易堵塞或結(jié)焦工況的切斷閥，其#小測(cè)試時(shí)間間隔應(yīng)要求相應(yīng)縮減，宜要求為６ｄ或１ａ。
３ 測(cè)量法蘭式壓力變送器的測(cè)試維護(hù)
測(cè)量法蘭式壓力變送器通常為現(xiàn)場(chǎng)傳感器，現(xiàn)場(chǎng)傳感器的測(cè)試內(nèi)容因傳感器種類不同而有所差別，一般包括測(cè)量精度、量程范圍、重復(fù)性、信號(hào)輸出特征等，為實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量
法蘭式壓力變送器的測(cè)試維護(hù)，shou先應(yīng)進(jìn)行測(cè)試維護(hù)旁路功能的設(shè)計(jì)。
３．１ 測(cè)試維護(hù)旁路
應(yīng)為每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器的輸入信號(hào)設(shè)置維護(hù)旁路，以便在測(cè)試維護(hù)時(shí)屏蔽該輸入信號(hào)。維護(hù)旁路通常為有啟用權(quán)限的ＳＩＳ軟旁路開關(guān)，在“允許測(cè)試維護(hù)旁路”硬開關(guān)置于允許位置后，法蘭式壓力變送器維護(hù)人員投用“測(cè)試維護(hù)旁路”軟開關(guān)，方可開始對(duì)一次測(cè)量元件進(jìn)行測(cè)試維護(hù)工作。一次元件測(cè)試維護(hù)旁路典型邏輯如圖１所示。
當(dāng)測(cè)量法蘭式壓力變送器為１組變送器時(shí)，例如對(duì)于“２ｏｏ３”功能冗余設(shè)置的３臺(tái)變送器，測(cè)試維護(hù)旁路的設(shè)置有２種方式：地衣種方式是為該組變送器設(shè)置１只測(cè)試維護(hù)旁路開關(guān)，即３臺(tái)變送器共用１個(gè)旁路；第二種方式是每１臺(tái)變送器設(shè)置１只測(cè)試維護(hù)開關(guān)。上述兩種方式各有優(yōu)、缺點(diǎn)，地衣種方式是強(qiáng)烈tuijian優(yōu)先使用的，因?yàn)樵谧兯推鞴收霞皽y(cè)試維護(hù)期間，它降低了人為錯(cuò)誤引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)概率。
所有測(cè)試維護(hù)有關(guān)的開關(guān)均應(yīng)處于受控狀態(tài)。將“允許測(cè)試維護(hù)旁路開關(guān)”置于允許旁路位置時(shí)，應(yīng)在相關(guān)的操作員控制臺(tái)或界面上激活一個(gè)不可取消、不可復(fù)位的#高級(jí)別“功能旁路”報(bào)警，所有的旁路動(dòng)作應(yīng)在控制系統(tǒng)中有記錄。需要強(qiáng)調(diào)的是，旁路功能不應(yīng)屏蔽相應(yīng)輸入信號(hào)的預(yù)報(bào)警、停車報(bào)警或其他的報(bào)警功能，更不能屏蔽緊急停車開關(guān)信號(hào)和火焰監(jiān)測(cè)信號(hào)。
３．２ “壞值”處理
合理運(yùn)用變送器的“壞值”處理報(bào)警功能，能夠及時(shí)有效地判斷測(cè)量法蘭式壓力變送器的故障情況，并在規(guī)定的條件下對(duì)變送器輸入信號(hào)進(jìn)行旁路，以完成變送器的故障維護(hù)工作。
ＳＩＳ變送器應(yīng)有高、低“壞值”處理機(jī)制。“壞值”能表明變送器內(nèi)部存在故障，即變送器電子部件已損壞，或者是發(fā)生了變送器線路開路或短路故障。“壞值”應(yīng)在高和低兩個(gè)方向上均能被辨識(shí)出。對(duì)于“２ｏｏ３”表決的變送器，每臺(tái)變送器應(yīng)組態(tài)為在檢測(cè)到故障時(shí)，信號(hào)輸出應(yīng)能驅(qū)動(dòng)停車，輸出信號(hào)應(yīng)用于表決停車。對(duì)于“１ｏｏ１”表決的變送器，變送器應(yīng)組態(tài)為在檢測(cè)到故障時(shí)，輸出為驅(qū)動(dòng)停車相反的信號(hào)，即不觸發(fā)聯(lián)鎖停車，前提是要觸發(fā)與功能旁路相同的#高級(jí)別報(bào)警，維護(hù)人員應(yīng)盡快進(jìn)行相關(guān)變送器的維護(hù)。
ＳＩＳ檢測(cè)到變送器“壞值”時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)激活#高級(jí)別的“功能旁路”報(bào)警，同時(shí)也應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)次高級(jí)別的變送器“壞值”報(bào)警。“壞值”的設(shè)定值必須要依據(jù)具體使用的變送器的飽和值和故障值謹(jǐn)慎選擇，典型的“壞值”設(shè)定值低值一般為３．６５ｍＡ，高值一般為２０．８ｍＡ。
４ #終元件的測(cè)試維護(hù)
ＳＩＳ#終元件一般包括切斷閥、開關(guān)裝置、電機(jī)及其附屬元件。本文以切斷閥為例闡述#終元件的測(cè)試維護(hù)。ＳＩＳ切斷閥一般為氣動(dòng)或液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥，動(dòng)力源中斷時(shí)應(yīng)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作到其固有的故障位置。目前很多工程對(duì)ＳＩＳ切斷閥實(shí)施在線測(cè)試缺少考慮，測(cè)試時(shí)間也往往是裝置停工檢修一起進(jìn)行，對(duì)測(cè)試時(shí)間間隔的要求不明確，缺少保證ＳＩＳ完好的測(cè)試計(jì)劃。實(shí)現(xiàn)切斷閥在線測(cè)試維護(hù)的方法不少，目前主要應(yīng)用的方法有部分行程測(cè)試（ＰＳＴ）和全行程測(cè)試（ＦＳＴ）。
４．１ 部分行程測(cè)試
部分行程測(cè)試（ＰＳＴ）是指對(duì)ＳＩＳ切斷閥門進(jìn)行部分行程開或關(guān)的動(dòng)作測(cè)試，并推斷出ＳＩＳ切斷閥是否具備要求的安全功能。ＰＳＴ行程設(shè)定值通常為１０％～２０％，ＰＳＴ測(cè)試過程不應(yīng)造成工藝流量的明顯變化，以免造成工藝裝置生產(chǎn)運(yùn)行的波動(dòng)。ＰＳＴ功能通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一種是電磁閥等氣動(dòng)附件加位置開關(guān)或檢測(cè)模塊，讓電磁閥短時(shí)間斷電，造成閥門失氣后動(dòng)作，一旦閥門動(dòng)作到設(shè)定的位置通過行程開關(guān)或檢測(cè)模塊反饋，使電磁閥上電，閥門回到正常位置；另一種是通過帶ＰＳＴ功能的閥門定位器實(shí)現(xiàn)，這種智能型閥門定位器也可以實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程操作，通過程序設(shè)定部分行程值。由于ＰＳＴ功能的智能閥門定位器實(shí)現(xiàn)了測(cè)試功能的集成，同時(shí)也易于安裝和實(shí)施。除此之外也有機(jī)械限位等其他方式。
４．２ 全行程測(cè)試
全行程測(cè)試（ＦＳＴ）是指對(duì)ＳＩＳ切斷閥門進(jìn)行全行程開或關(guān)的動(dòng)作測(cè)試，并依據(jù)測(cè)試結(jié)果判斷出ＳＩＳ切斷閥是否具備要求的安全功能。對(duì)于故障關(guān)閉的ＳＩＳ切斷閥，應(yīng)設(shè)置旁路閥用于ＦＳＴ。對(duì)于故障打開的ＳＩＳ切斷閥，應(yīng)在ＳＩＳ切斷閥的上游或下游設(shè)置切斷閥用于ＦＳＴ。用于ＦＳＴ功能的旁路或切斷閥均應(yīng)有鉛封設(shè)施，并鉛封在安全位置。ＦＳＴ測(cè)試設(shè)施配置如圖２所示。
對(duì)于設(shè)置測(cè)試旁路閥的ＳＩＳ切斷閥，在ＳＩＳ切斷閥做全行程關(guān)閉測(cè)試前，應(yīng)打開旁路閥，ＳＩＳ檢測(cè)到旁路閥限位開關(guān)信號(hào)全開時(shí)，才具備ＳＩＳ切斷閥的測(cè)試條件，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試開關(guān)才能起作用。完成測(cè)試后，應(yīng)關(guān)閉旁路閥并進(jìn)行鉛封。對(duì)于設(shè)置上游或下游切斷閥的ＳＩＳ切斷閥，在ＳＩＳ切斷閥做全行程開啟測(cè)試前，應(yīng)先關(guān)閉上游或下游切斷閥，ＳＩＳ檢測(cè)到上游或下游切斷閥限位開關(guān)信號(hào)全關(guān)時(shí)，才具備ＳＩＳ切斷閥的測(cè)試條件，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試開關(guān)才能起作用。完成測(cè)試后，應(yīng)開啟上游或下游切斷閥并進(jìn)行鉛封。
４．３ 測(cè)試方式的比較
上述兩種測(cè)試方式都是為了減少#終元件的隱型故障，提高ＳＩＳ切斷閥的可靠性，任何一種方式都存在以下優(yōu)缺點(diǎn)：
１）ＰＳＴ的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
ａ）優(yōu)點(diǎn)。具有ＰＳＴ功能的安全型智能閥門定位器的應(yīng)用，使得ＰＳＴ便于實(shí)施。較少的測(cè)試設(shè)施的投入，降低了測(cè)試成本。ＰＳＴ只是對(duì)切斷閥進(jìn)行了一部分行程測(cè)試，一般為行程的１０％～２０％，并沒有全部測(cè)試閥門的正常工作性能。只能在完成ＰＳＴ測(cè)試的基礎(chǔ)上，分析推斷ＳＩＳ切斷閥是否還具有要求的安全功能。
ｂ）缺點(diǎn)。ＰＳＴ測(cè)試過程存在造成誤停車的可能性。包括：ＳＩＳ切斷閥及智能閥門定位器附件等本身可能存在的故障造成誤停車；ＰＳＴ測(cè)試造成物料流量變化帶來(lái)的影響。尤其對(duì)于ＤＮ２００以下小口徑管道的ＳＩＳ切斷閥，ＰＳＴ測(cè)試可能造成物料流量變化較大，影響工藝生產(chǎn)過程。
２）ＦＳＴ的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
ａ）優(yōu)點(diǎn)。ＦＳＴ能夠完成閥門的全部行程測(cè)試，能夠真實(shí)判斷出ＳＩＳ切斷閥是否具有相應(yīng)的安全功能。
ｂ）缺點(diǎn)。相對(duì)于ＰＳＴ，ＦＳＴ配置的測(cè)試設(shè)備較多，對(duì)于設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)置及安裝等方面的成本投入較多。綜上所述，采取何種測(cè)試方式應(yīng)根據(jù)多方面的情況進(jìn)行綜合分析和權(quán)衡，用戶應(yīng)根據(jù)裝置特點(diǎn)、自身對(duì)ＳＩＳ測(cè)試的要求等方面考慮，提出自己的要求，在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)。
５ 結(jié)束語(yǔ)
無(wú)論是ＳＩＳ用戶還是工程設(shè)計(jì)人員，shou先應(yīng)有ＳＩＳ安全生命周期的概念及相關(guān)活動(dòng)要求，并在工程設(shè)計(jì)階段根據(jù)ＳＩＬ等級(jí)評(píng)估結(jié)果和安全法蘭式壓力變送器設(shè)備配置情況，進(jìn)行ＳＩＳ的操作維護(hù)和變更規(guī)劃。針對(duì)ＳＩＳ的操作維護(hù)計(jì)劃，進(jìn)行有關(guān)的ＳＩＳ測(cè)試維護(hù)設(shè)施的設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)備和邏輯功能等方面，以保證ＳＩＳ測(cè)試維護(hù)計(jì)劃的可執(zhí)行。同時(shí)也應(yīng)考慮竣工前的ＳＩＳ的ＳＩＬ驗(yàn)證結(jié)果帶來(lái)的一些不確定性，安全法蘭式壓力變送器功能的ＳＩＬ驗(yàn)證往往會(huì)提出縮短安全法蘭式壓力變送器設(shè)備的測(cè)試時(shí)間間隔的要求，這時(shí)，測(cè)試設(shè)施的完備性尤其重要。
ＳＩＳ#終元件的測(cè)試維護(hù)方式并不局限于本文介紹的內(nèi)容，其他成功應(yīng)用的方式也較多。本文的目的是想拓寬相關(guān)設(shè)計(jì)的思路和視野，只要#終元件設(shè)備的ＳＩＬ等級(jí)滿足要求，并對(duì)工藝過程正常運(yùn)行和ＳＩＳ的安全功能完整性不造成損害，其相關(guān)的測(cè)試維護(hù)方式均是可接受的。
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