安全理念在緊急切斷閥中的應用

張學瑞（中國石油工程建設公司 北京 100120）

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

恩賈梅納100萬噸/年RONIER油田一期中3臺進口電動切斷閥為意大利進口，電動執行機構為意大利（BIFFI）EFS2000V 4，配有輔助液壓執行機構，安裝于FPF裝置原油總管上。故障現象：間隔二十天左右，閥門自動關閉10%行程，SIS系統報警，現場操作人員利用手動液壓機構將閥門打到開度100%，報警解除，時間常了以后，造成液壓執行機構損壞，無法打開。通過認真學習該閥的廠家資料，故障分析如下：意大利比費（BIFFI）電動執行機構EFS2000V4為智能執行機構，它與傳統執行機構相比優點如下：1、調試簡單調，執行機構核心參數的初始調試可以通過現場操作接口和自帶軟件實現，不用拆卸就能完成。2、執行機構有兩個顯示窗，用于顯示執行機構的動態信息和變量。上方的窗口可動態顯示位置或力矩，下方(兩行)顯示具體的報警和警告信息等。在失電和手動操作狀態時，位置也能繼續顯示。通過現場操作按鈕可以對執行機構進行全面的操作，并可以通過設置密碼來防止未經授權的操作。3、所有內部傳感器均為無接觸式。扭矩傳感器通過直接測量電機轉速，可高精度檢測扭矩值，精度可達公稱扭矩的1%。位置傳感器由低功耗專用微處理器控制的霍爾效應增強型編碼器具有輸出軸旋轉10°的分辨率。傳感器監視著電動執行機構的旋轉活動，即使在失電情況下，也可完全記錄、更新、儲存和就地顯示手動操作時的位置變化。4、PST功能，PST部分行程測試是自動在線測試的一種，閥門在不影響工廠正常運行的條件下局部行程動作(例如從100%全開狀態關到90%，然后回到100%全開)，以此來證明閥門的完好性。該閥門定期自動動作，首先有可能是PST功能影響，后將PST功能關閉，故障解除，至于閥門在自檢過程中無法回到100%開位，主要原因是先期調試時，行程調試沒做好造成。

引發的題外思考，這種安全理念在安全控制閥中應用在國外應用已經相當普遍，而在國內則應用較少，對ESD閥門來說，安全是最重要的。流程工業中的大型裝置和大型旋轉設備很早就設計有安全信號聯鎖、安全停車系統和繼電器/電子插卡的緊急停車系統，并隨科技進步而不斷改進、隨新理念新標準而不斷發展，從繼電器、PLC、安全模塊過渡到數字化智能化的新型安全儀表系統SIS，早期的ESD控制閥基本上是切斷閥加電磁閥和閥位開關的組合，雖然可以由系統進行部分行程測試，但僅是電磁閥動作和閥位開關回饋信號，可以監測到閥門動作，并沒有更多的信息供系統分析。隨著數字式閥門定位器的推出和控制閥診斷技術的發展，用于SIS/ESD系統中的終端控制元件，不論是開關動作的切斷控制閥，還是調節流體量的控制閥，數字解決方案是業內共識，PST功能由上位執行轉移集成到數字化的終端控制元件進行，監測診斷信息通信到ESD系統，并支持開放的 FDT/DTM 、EDDL。FISHER、NELES、SAMSON、Foxboro等控制閥制造廠家先后推出了具有PST功能的數字式ESD閥門控制器/定位器，其PST功能在線測試、中同時測量閥門位置(行程)、給定信號、設定點偏差、輸出控制信號、時間值等，分析參數有相對于幅值變化的超調、死區、T63、T98、上升時間和響應時間等。在國內的部分合資企業(中海殼牌石油化工有限公司)以及大型國有石油化工企業(鎮海煉化和獨山子乙烯等)也得到了廣泛的應用。利用PST技術可以增加或取得期望的SIL等級檢驗。因為PST測試操作自動化，從而減少人工設置測試的時間和行程大小等，減少了工人犯錯的機會，降低了風險。而且由于整個過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的優越性，現在已經有越來越多的大型項目利用PST功能來進行SIS系統的測試。優化了工廠生產，使預測性維修成為可能，減少了那些定期高成本的手動測試。從長遠看，在不影響工廠安全的前提下，大大降低了工廠的維修和運營成本。設定值可以最多到全行程的30%。利用DVC進行階躍響應測試和閥門特性測試，可以用來測試閥門在系統中的運行情況以及閥門本身的健康狀況。

目前國內，伴隨著我國經濟的發展，安全生產正越來越受到重視，我相信PST技術會被越來越多的國內生產廠家采用。對流程工業來說，由于不希望停車作閥門的性能診斷測試，也不希望過程有很大的擾動，所以PST測試將會是診斷閥門的重要選擇手段之一。

對緊急切斷閥門維護的幾點總結：1、檢驗一個緊急切斷閥來得知它工作時狀態好壞程度，從管路上拆除是唯一的可靠的方式。對維修人員來說，是否有必要修理或重新調校，唯一可選擇的是，反應（等待閥故障產生，然后修理和拆除）或預防（猜測將要出現的問題并且提前付諸行動），這兩種方式都有他們的落后之處。反應式維修方式使許多微小工作故障不被察覺和修理，這些看起來是小問題卻可能造成工藝過程停車。另一種方式是維修人員在嚴重故障發展惡化之前采取行動，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的時間來拆除，更換，檢查和加固，在沒有解決問題時時間和物資都空耗。然而該癥狀可能確實由控制系統中其他的部件所引起。預防性的維修對反應性的維修而言代表一個極大的提高，然而，大多數的緊急切斷閥需要極少的或不需要潤滑，并且維修/調校可能在耗時與勞動強度上與手動閥一樣。許多工廠簡單地采取在定期檢修時徹底檢修所有緊急切斷閥的方法，結果導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一段時間之后仍滯留于管線上。2、通過診斷測試得到的緊急切斷閥工作標志在預期維修計劃中充當了重要的角色。在定期的測試之后，針對每一個緊急切斷閥可以建立一個數據庫以確認提前檢測和將出故障的范圍，因此可以為緊急切斷閥制訂理想的維修和替換時間表，PST技術的應用就可以用于在不從管線上拆除的情況下確認緊急切斷閥的工作狀況。