浅谈部分行程测试在紧急切断阀上的应用

为了提高工厂的生产效率，增加经济效益，实现利润的最大化，近年来大型炼油装置，乙烯装置等工艺过程，连续运转的周期加长，定期检修的时间一般由2～3年一次延长到5～6年一次。导致SIS（安全仪表系统）中的气动执行机构，例如紧急切断阀ESD(Emergecy Shutdown Valve),长期处于“休眠”状态。由于工艺往往具有高温、腐蚀、侵蚀、振动、烟尘的特点，且阀门长期受到这种环境的影响，使得ESD阀有可能产生“固着”的故障模式，不能响应来自SIS（安全仪表系统）的操作（安全保护）指令，ESD阀在需要执行安全保护动作时产生“拒动”现象。这种情况的发生，将导致SIS系统失效，给安全生产带来危害，其后果甚至可能是灾难性的。

    为解决ESD阀的拒动问题，设想在定期检修周期内插入部分行程测试的动作，按一定的时间间隔作周期性动作，以便更好地检查其阀杆移动情况，判断其功能的工作状态是否正常。

 

 

一、什么是部分行程测试（PST-Paitial Stroke Testing）

所谓ESD阀的部分行程测试（PST-Paitial Stroke Testing）是作为一种紧急切断（ESD-Emergency Shutdown）阀的一种安全措施，在ESD阀系统中检测故障的方法，就是让ESD阀做周期性的部分行程动作。例如：ESD阀从全开位置部分关闭10-30%行程，按一定的时间间隔设定周期性的动作，以便更好地检查其阀杆移动情况，判断其功能的工作状态是否正常。PST是一种不影响ESD阀正常运行的可靠的检测方法。

二、PST部分行程测试在紧急切断阀上的应用

工艺生产装置正常运行中，ESD阀通常处于全开状态，在PST测试中，万一导致ESD阀误关闭，则将使生产装置故障停车而造成事故。因此，对于ESD阀的开度要有限制，防止ESD阀误关闭。一般情况下，根据ESD阀的流量特性，PST测试时，ESD阀的开度多设定在70-90%（即关闭行程10%-30%），可以用很多方法实施PST，这里仅以带气动执行机构的ESD阀进行PST测试，介绍如何进行PST测试的具体方法。

    本文介绍的气动执行机构型PST部分行程测试，由于该系统其简单独特的机械系统，不含电子设备（微处理器），无需控制软件。该气动执行机构附加PST功能，成为整个系统的特点。

⒈  直行程气动执行机构型PST部分行程测试的原理介绍（见图1.）：

电磁阀长期失电，处于常通状态，气缸常开（有杆腔通气）；

适用于直行程紧急切断阀，当做部分行程检测时，拧动钥匙阀，这时钥匙阀换位处于排气状态，气控阀换向，执行器朝关闭方向移动，当执行器移动到设定位置时，预设撞块会碰到凸轮阀，这时凸轮阀换向，仪表气通过凸轮阀给钥匙阀一个气压信号，钥匙阀就会恢复到初始位置保持进气状态，气控阀复位，执行器快速朝打开方向移动，恢复至测试前的状态，完成部分行程的检测过程。本系统除了具有部分行程检测功能外，还附加断气保护回路，确保在供气故障时整个系统的安全性，其工作原理是：平时正常工作时，一路气通过三通阀经过滤减压阀向主回路供气；另一路是辅助回路，通过过滤器经单向阀向储气罐充气，当出现供气故障时，气动型三通阀（在弹簧力作用下）自动换向，改由储气罐供气，完成故障停车前的工艺操作，来满足生产的需求。

 

以下图2、图3、图4分别为PST在直行程ESD阀上的应用实例。

 

    图1 直行程气动执行机构型PST在ESD阀上应用的气控原理图

 

 

 

图2 直行程气动执行机构型PST在ESD阀的应用

 

 

图3 PST应用于ESD阀的车间组装现场

 

 

 图4 PST在某大型炼油厂ESD阀上的实际应用

 

⒉  角行程气动执行机构型PST部分行程测试的原理介绍（见图5.）：

适用于回转型紧急切断阀，并能够进行部分行程检测，气路图电磁阀为非励磁状态，阀门状态为关闭。采用2位3通带手动复位的电磁阀，在开启阀门时要确认电磁阀的手动按钮是否在复位状态，气控阀用于快速进气和排气，实现紧急切断阀门，失电失气阀门关闭。

当需要做部分行程检测时，只需拧到钥匙阀，这时钥匙阀换位处于排气状态，气控阀、执行器排气，ESD阀逐渐关闭，当执行器运动到设定位置时，执行器转轴的旋转会带动凸轮的转动,当凸轮曲线转到设定点时,会碰到预设位置的凸轮阀阀杆，这时使凸轮阀换向，仪表气通过凸轮阀给钥匙阀一个气压信号，钥匙阀就会恢复到初始位置保持进气状态。气缸供气，恢复至阀门打开状态，完成部分行程的检测过程。为防止雨水、杂质进入钥匙阀，可将钥匙阀放入气控箱，起到更好地保护作用。

图6.是角行程气动执行机构型PST的一体化应用实例

 

 

图5 角行程气动执行机构型PST在ESD阀上应用的气控原理图

 

 

图6 角行程气动执行机构型PST的一体化应用

 

三、ESD阀PST部分行程测试时的优缺点

⒈ESD阀部分行程测试的优点

①  部分行程测试（PST）减少了风险，较之全行程测试，降低了PFD（失效概率）值，导致SIL(高安全完整性等级)提高，增加了ESD阀的可靠性；

②  部分行程测试能够延长全行程测试的时间间隔，但它不能取代全行程测试（FST）,只是对全行程测试的一个补充；

③  提供维修依据；

④  由于进行了PST测试，ESD阀的旁路阀存在取消的可能性；

⑤  减少测试成本；

⑥  自动化部分行程测试能够增强测试的安全性，降低由于手动测试造成的人为误差的概率；

2.ESD阀部分行程测试的缺点

①  PST测试不能检测ESD全部故障，有些故障要靠全行程测试(FST)来解决；

②  装置运行不正常，导致ESD阀震荡，这种情况不适于PST测试；

③  PST测试通常只做20%的行程测试，如果情况需要增加，则测试行程也只能增加10%。