摘要：目前安全法蘭式壓力變送器系統（ＳＩＳ）的配置越來(lái)越規范，但是在其安全生命周期內，許多在役ＳＩＳ沒(méi)有按要求實(shí)施測試維護，部分ＳＩＳ甚至沒(méi)有測試維護計劃。在工程設計階段應考慮并設計ＳＩＳ測試維護有關(guān)的設施，對ＳＩＳ功能測試維護設計實(shí)現的方式進(jìn)行論述，重點(diǎn)論述了測量法蘭式壓力變送器的維護旁路設置，測量法蘭式壓力變送器故障時(shí)“壞值”信號的處理，#終元件的兩種測試維護方式及設施設計配置要求等有關(guān)內容。
近年來(lái)，對于石油化工行業(yè)安全儀表系統（ＳＩＳ）的設計，guojia標準、行業(yè)標準及原guojia安監總局文件等都明確提出了ＨＡＺＯＰ分析、安全完整性等級（ＳＩＬ）評估和ＳＩＳ設置等要求，ＳＩＳ的設計日益完備，投用率也日益提高。隨著(zhù)ＳＩＳ配備的普及，ＳＩＳ的安全生命周期的概念也隨之引起業(yè)界及監管部門(mén)的關(guān)注，主要關(guān)注點(diǎn)是在安全生命周期內如何保證ＳＩＳ滿(mǎn)足安全等級要求。安全生命周期是指從項目概念設計階段開(kāi)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)現有關(guān)的所有活動(dòng)，主要包括：過(guò)程危險和風(fēng)險評估、保護層的安全功能分配、ＳＩＳ技術(shù)要求、ＳＩＳ設計和工程、ＳＩＳ集成調試運行和確認、ＳＩＳ操作維護和變更、ＳＩＳ停用等主要階段。本文重點(diǎn)討論如何進(jìn)行ＳＩＳ測試維護功能的設計。
１ 問(wèn)題的提出
隨著(zhù)ＳＩＳ在安全功能領(lǐng)域的普及應用，作為生命周期的一部分，ＳＩＳ的測試維護并沒(méi)有同步跟上。在設有ＳＩＳ的工藝裝置運行過(guò)程中，用戶(hù)對不時(shí)出現的ＳＩＳ故障，往往是被動(dòng)地處理問(wèn)題，在處理不當或者ＳＩＳ隱性故障出現時(shí)，非計劃性停車(chē)時(shí)有發(fā)生。通常ＳＩＳ故障造成的非計劃停車(chē)，使工廠(chǎng)主管領(lǐng)導對ＳＩＳ產(chǎn)生誤解，甚至懷疑安全設計過(guò)度。工廠(chǎng)法蘭式壓力變送器維護部門(mén)更是被動(dòng)地疲于應付，甚至不知道如何實(shí)施ＳＩＳ的測試維護，更沒(méi)有完善的ＳＩＳ測試維護計劃，更甚至由于#終元件的隱性故障，在需要聯(lián)鎖停車(chē)時(shí)，#終元件卻不能執行停車(chē)動(dòng)作，因此可能會(huì )造成災難性的后果。產(chǎn)生上述問(wèn)題的原因是多方面的、系統性的。
shou先是在工程設計環(huán)節沒(méi)有對ＳＩＳ的測試和維護環(huán)節做好規劃；其次是用戶(hù)沒(méi)有編制ＳＩＳ測試維護計劃，缺少ＳＩＳ測試維護規程。上述兩個(gè)方面造成了ＳＩＳ缺少安全合理的測試維護方式及方法，安全測試維護設備不健全，無(wú)法進(jìn)行定期測試維護。
ＳＩＳ主要包括測量法蘭式壓力變送器、邏輯控制器系統、#終元件及線(xiàn)路系統等，
ＳＩＳ的測試范圍應包括上述整個(gè)系統。隨著(zhù)電子信息技術(shù)的發(fā)展以及冗余容錯、診斷技術(shù)的應用，邏輯控制器系統完全可以通過(guò)周期性的自動(dòng)測試和診斷滿(mǎn)足長(cháng)達４ａ一個(gè)生產(chǎn)周期的應用。但是，自動(dòng)診斷技術(shù)并不能將ＳＩＳ全部故障危險檢測出來(lái)，例如變送器測量管路的堵塞、電磁閥的銹蝕、切斷閥閥芯的卡死等。測量法蘭式壓力變送器的技術(shù)提升和冗余設置，使得測量法蘭式壓力變送器造成的誤停車(chē)率大幅降低，故障率較高的地方是#終元件。ＳＩＳ的測試維護主要是對測量法蘭式壓力變送器和#終元件的測試維護，也是本文重點(diǎn)介紹的內容。
２ 測試維護周期的要求及確定
ＳＩＳ測試維護是指對ＳＩＳ進(jìn)行周期性的物理測試和功能檢查，確保在其安全生命周期內，ＳＩＳ處于要求的完好狀態(tài)。在ＳＩＳ設計階段應考慮如何實(shí)現ＳＩＳ的測試維護，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)運行周期是４ａ甚至更長(cháng)。當ＳＩＳ測試時(shí)間間隔小于工藝裝置預定的運行周期時(shí)，需在不中斷工藝裝置運行的情況下對ＳＩＳ進(jìn)行測試和維護，因此應設計
ＳＩＳ在線(xiàn)測試維護設施，測試的目的是檢測出未能自動(dòng)診斷出的隱性故障，并將系統恢復到完好的狀態(tài)，確保ＳＩＳ持續地符合安全功能設計要求。
ＳＩＳ測試時(shí)間間隔是由安全功能的ＳＩＬ等級確定的，縮短測試時(shí)間間隔是提高ＳＩＬ等級的措施之一。測試時(shí)間間隔在ＳＩＬ等級確定時(shí)就應該確定下來(lái)了，根據以往設計項目的經(jīng)驗，#小測試時(shí)間間隔一般要求：現場(chǎng)傳感器為１ａ；邏輯控制器為１ａ；切斷閥為１～４ａ，其中切斷閥的測試時(shí)間間隔除了本身的ＳＩＬ等級之外，還和所在的應用工況有很大的關(guān)系。在易堵塞或結焦工況的切斷閥，其#小測試時(shí)間間隔應要求相應縮減，宜要求為６ｄ或１ａ。
３ 測量法蘭式壓力變送器的測試維護
測量法蘭式壓力變送器通常為現場(chǎng)傳感器，現場(chǎng)傳感器的測試內容因傳感器種類(lèi)不同而有所差別，一般包括測量精度、量程范圍、重復性、信號輸出特征等，為實(shí)現對測量
法蘭式壓力變送器的測試維護，shou先應進(jìn)行測試維護旁路功能的設計。
３．１ 測試維護旁路
應為每個(gè)現場(chǎng)傳感器的輸入信號設置維護旁路，以便在測試維護時(shí)屏蔽該輸入信號。維護旁路通常為有啟用權限的ＳＩＳ軟旁路開(kāi)關(guān)，在“允許測試維護旁路”硬開(kāi)關(guān)置于允許位置后，法蘭式壓力變送器維護人員投用“測試維護旁路”軟開(kāi)關(guān)，方可開(kāi)始對一次測量元件進(jìn)行測試維護工作。一次元件測試維護旁路典型邏輯如圖１所示。
當測量法蘭式壓力變送器為１組變送器時(shí)，例如對于“２ｏｏ３”功能冗余設置的３臺變送器，測試維護旁路的設置有２種方式：地衣種方式是為該組變送器設置１只測試維護旁路開(kāi)關(guān)，即３臺變送器共用１個(gè)旁路；第二種方式是每１臺變送器設置１只測試維護開(kāi)關(guān)。上述兩種方式各有優(yōu)、缺點(diǎn)，地衣種方式是強烈tuijian優(yōu)先使用的，因為在變送器故障及測試維護期間，它降低了人為錯誤引發(fā)的風(fēng)險概率。
所有測試維護有關(guān)的開(kāi)關(guān)均應處于受控狀態(tài)。將“允許測試維護旁路開(kāi)關(guān)”置于允許旁路位置時(shí)，應在相關(guān)的操作員控制臺或界面上激活一個(gè)不可取消、不可復位的#高級別“功能旁路”報警，所有的旁路動(dòng)作應在控制系統中有記錄。需要強調的是，旁路功能不應屏蔽相應輸入信號的預報警、停車(chē)報警或其他的報警功能，更不能屏蔽緊急停車(chē)開(kāi)關(guān)信號和火焰監測信號。
３．２ “壞值”處理
合理運用變送器的“壞值”處理報警功能，能夠及時(shí)有效地判斷測量法蘭式壓力變送器的故障情況，并在規定的條件下對變送器輸入信號進(jìn)行旁路，以完成變送器的故障維護工作。
ＳＩＳ變送器應有高、低“壞值”處理機制。“壞值”能表明變送器內部存在故障，即變送器電子部件已損壞，或者是發(fā)生了變送器線(xiàn)路開(kāi)路或短路故障。“壞值”應在高和低兩個(gè)方向上均能被辨識出。對于“２ｏｏ３”表決的變送器，每臺變送器應組態(tài)為在檢測到故障時(shí)，信號輸出應能驅動(dòng)停車(chē)，輸出信號應用于表決停車(chē)。對于“１ｏｏ１”表決的變送器，變送器應組態(tài)為在檢測到故障時(shí)，輸出為驅動(dòng)停車(chē)相反的信號，即不觸發(fā)聯(lián)鎖停車(chē)，前提是要觸發(fā)與功能旁路相同的#高級別報警，維護人員應盡快進(jìn)行相關(guān)變送器的維護。
ＳＩＳ檢測到變送器“壞值”時(shí)，系統應激活#高級別的“功能旁路”報警，同時(shí)也應產(chǎn)生一個(gè)次高級別的變送器“壞值”報警。“壞值”的設定值必須要依據具體使用的變送器的飽和值和故障值謹慎選擇，典型的“壞值”設定值低值一般為３．６５ｍＡ，高值一般為２０．８ｍＡ。
４ #終元件的測試維護
ＳＩＳ#終元件一般包括切斷閥、開(kāi)關(guān)裝置、電機及其附屬元件。本文以切斷閥為例闡述#終元件的測試維護。ＳＩＳ切斷閥一般為氣動(dòng)或液動(dòng)執行機構控制閥，動(dòng)力源中斷時(shí)應使執行機構動(dòng)作到其固有的故障位置。目前很多工程對ＳＩＳ切斷閥實(shí)施在線(xiàn)測試缺少考慮，測試時(shí)間也往往是裝置停工檢修一起進(jìn)行，對測試時(shí)間間隔的要求不明確，缺少保證ＳＩＳ完好的測試計劃。實(shí)現切斷閥在線(xiàn)測試維護的方法不少，目前主要應用的方法有部分行程測試（ＰＳＴ）和全行程測試（ＦＳＴ）。
４．１ 部分行程測試
部分行程測試（ＰＳＴ）是指對ＳＩＳ切斷閥門(mén)進(jìn)行部分行程開(kāi)或關(guān)的動(dòng)作測試，并推斷出ＳＩＳ切斷閥是否具備要求的安全功能。ＰＳＴ行程設定值通常為１０％～２０％，ＰＳＴ測試過(guò)程不應造成工藝流量的明顯變化，以免造成工藝裝置生產(chǎn)運行的波動(dòng)。ＰＳＴ功能通常有兩種實(shí)現方式：一種是電磁閥等氣動(dòng)附件加位置開(kāi)關(guān)或檢測模塊，讓電磁閥短時(shí)間斷電，造成閥門(mén)失氣后動(dòng)作，一旦閥門(mén)動(dòng)作到設定的位置通過(guò)行程開(kāi)關(guān)或檢測模塊反饋，使電磁閥上電，閥門(mén)回到正常位置；另一種是通過(guò)帶ＰＳＴ功能的閥門(mén)定位器實(shí)現，這種智能型閥門(mén)定位器也可以實(shí)現就地和遠程操作，通過(guò)程序設定部分行程值。由于ＰＳＴ功能的智能閥門(mén)定位器實(shí)現了測試功能的集成，同時(shí)也易于安裝和實(shí)施。除此之外也有機械限位等其他方式。
４．２ 全行程測試
全行程測試（ＦＳＴ）是指對ＳＩＳ切斷閥門(mén)進(jìn)行全行程開(kāi)或關(guān)的動(dòng)作測試，并依據測試結果判斷出ＳＩＳ切斷閥是否具備要求的安全功能。對于故障關(guān)閉的ＳＩＳ切斷閥，應設置旁路閥用于ＦＳＴ。對于故障打開(kāi)的ＳＩＳ切斷閥，應在ＳＩＳ切斷閥的上游或下游設置切斷閥用于ＦＳＴ。用于ＦＳＴ功能的旁路或切斷閥均應有鉛封設施，并鉛封在安全位置。ＦＳＴ測試設施配置如圖２所示。
對于設置測試旁路閥的ＳＩＳ切斷閥，在ＳＩＳ切斷閥做全行程關(guān)閉測試前，應打開(kāi)旁路閥，ＳＩＳ檢測到旁路閥限位開(kāi)關(guān)信號全開(kāi)時(shí)，才具備ＳＩＳ切斷閥的測試條件，現場(chǎng)測試開(kāi)關(guān)才能起作用。完成測試后，應關(guān)閉旁路閥并進(jìn)行鉛封。對于設置上游或下游切斷閥的ＳＩＳ切斷閥，在ＳＩＳ切斷閥做全行程開(kāi)啟測試前，應先關(guān)閉上游或下游切斷閥，ＳＩＳ檢測到上游或下游切斷閥限位開(kāi)關(guān)信號全關(guān)時(shí)，才具備ＳＩＳ切斷閥的測試條件，現場(chǎng)測試開(kāi)關(guān)才能起作用。完成測試后，應開(kāi)啟上游或下游切斷閥并進(jìn)行鉛封。
４．３ 測試方式的比較
上述兩種測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(mén)定位器的應用，使得ＰＳＴ便于實(shí)施。較少的測試設施的投入，降低了測試成本。ＰＳＴ只是對切斷閥進(jìn)行了一部分行程測試，一般為行程的１０％～２０％，并沒(méi)有全部測試閥門(mén)的正常工作性能。只能在完成ＰＳＴ測試的基礎上，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測試過(guò)程存在造成誤停車(chē)的可能性。包括：ＳＩＳ切斷閥及智能閥門(mén)定位器附件等本身可能存在的故障造成誤停車(chē)；ＰＳＴ測試造成物料流量變化帶來(lái)的影響。尤其對于ＤＮ２００以下小口徑管道的ＳＩＳ切斷閥，ＰＳＴ測試可能造成物料流量變化較大，影響工藝生產(chǎn)過(guò)程。
２）ＦＳＴ的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
ａ）優(yōu)點(diǎn)。ＦＳＴ能夠完成閥門(mén)的全部行程測試，能夠真實(shí)判斷出ＳＩＳ切斷閥是否具有相應的安全功能。
ｂ）缺點(diǎn)。相對于ＰＳＴ，ＦＳＴ配置的測試設備較多，對于設計、設備設置及安裝等方面的成本投入較多。綜上所述，采取何種測試方式應根據多方面的情況進(jìn)行綜合分析和權衡，用戶(hù)應根據裝置特點(diǎn)、自身對ＳＩＳ測試的要求等方面考慮，提出自己的要求，在設計階段就進(jìn)行相關(guān)的設計。
５ 結束語(yǔ)
無(wú)論是ＳＩＳ用戶(hù)還是工程設計人員，shou先應有ＳＩＳ安全生命周期的概念及相關(guān)活動(dòng)要求，并在工程設計階段根據ＳＩＬ等級評估結果和安全法蘭式壓力變送器設備配置情況，進(jìn)行ＳＩＳ的操作維護和變更規劃。針對ＳＩＳ的操作維護計劃，進(jìn)行有關(guān)的ＳＩＳ測試維護設施的設計，包括硬件設備和邏輯功能等方面，以保證ＳＩＳ測試維護計劃的可執行。同時(shí)也應考慮竣工前的ＳＩＳ的ＳＩＬ驗證結果帶來(lái)的一些不確定性，安全法蘭式壓力變送器功能的ＳＩＬ驗證往往會(huì )提出縮短安全法蘭式壓力變送器設備的測試時(shí)間間隔的要求，這時(shí)，測試設施的完備性尤其重要。
ＳＩＳ#終元件的測試維護方式并不局限于本文介紹的內容，其他成功應用的方式也較多。本文的目的是想拓寬相關(guān)設計的思路和視野，只要#終元件設備的ＳＩＬ等級滿(mǎn)足要求，并對工藝過(guò)程正常運行和ＳＩＳ的安全功能完整性不造成損害，其相關(guān)的測試維護方式均是可接受的。
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