1部分行程測試的概念

    部分行程測試（partialstroketesting，PST）是安全儀表系統緊急切斷閥（ESD閥門）定期在線檢測的一種方法，通過某種形式使得ESD閥門從全開度位置起關閉一個小的開度（如0～20%）行程，然后再恢復原來的位置，定期做此動作，以便更好地檢測閥門小行程的實現情況，作為判斷閥門在聯鎖狀態下能夠正常執行SIS系統輸出信號的一個重要參考依據。它在不影響工廠正常生產運行的情況下進行，減少了閥門全行程的頻率，并能證明閥門的完好性、可用性。

2部分行程測試的意義和作用

    安全儀表系統（即SIS系統）中的ESD閥門長期處于“休眠”狀態。石油化工、特別是天然氣行業中工藝往往具有低溫的特點，而ESD閥門長期受到環境影響，使其有可能產生一種故障模式：緊急情況下不能響應SIS系統輸出的聯鎖信號，產生“拒動”現象。這種情況的發生，將導致SIS系統失效，給安全生產帶來嚴重危害，其后果甚至可能是災難性的。因此，定期對ESD閥門進行行程測試，掌握ESD閥門實際運行狀況，才能在正常工況下保證ESD閥門的有效性、可用性。PST功能的出現彌補了這個空缺和不足。

    本文將從以下幾點闡述閥門PST的重要意義和作用：

2.1標準規范方面

    為了解決ESD閥門的拒動問題，IEC61511（GB/T21109）標準中要求對SIS系統進行測試，這其中包括對較終執行元件ESD閥門進行定期測試，以便發現潛在故障，這些故障會妨礙SIS按安全要求執行動作。定期進行部分行程測試可以減少SIS系統潛在的危險，使其保持所要求的SIL等級。由于ESD閥門在工藝正常運行時是不允許進行全行程測試的，因此部分行程在線測試對于保障ESD閥門的安全運行至關重要，它縮短了測試間隔，增加了測試頻率，降低了PFD平均值，即能夠維持安全完整性等級SIL。而且理論計算表明，在SIL等級不變的情況下，如果縮短PST的測試時間間隔，則可以延長ESD閥門的全行程測試周期。這些都是標準規范制定的初衷所在，隨著IEC61511及國家標準的貫徹落實，ESD閥門部分行程測試必將得到普及應用。

2.2避免工藝裝置停車，節約成本

    為了提高工廠的經濟效益，實現利潤的較大化，近年來石油化工、天然氣等工廠連續運轉周期不斷加長，一般不對生產裝置進行檢修，這樣對現場設備特別是ESD聯鎖閥門的可靠性要求就非常高。隨著ESD閥門長時間使用，其自身的性能及可靠性等都會有所下降，定期對ESD聯鎖閥門進行測試就顯得尤為必要。通常的做法是選擇工藝裝置停車檢修時間進行ESD聯鎖閥門測試，而且需要技術精湛的專業工程師來完成，要支付大量費用。具有PST功能的閥門的出現降低了故障發生概率，使得測試周期由一年延長至三年。借助測試過程，相關數據記錄和系統分析可大大降低硬件和維修費用方面的投入，而且增加了過程有效性，在一定程度上延長了生產裝置檢修的周期，有效緩解了生產經營的壓力，節約了經營成本。

2.3功能安全方面

    功能安全是與過程控制系統有關的整體安全的組成部分，它取決于SIS系統和其他保護層能否正確行使職能。在用于安全目的的安全相關系統中，執行功能安全的SIS系統是防止風險的安全層面，顯得非常重要。如何執行國際標準IEC61508《電氣/電子/可編程電子安全相關系統的功能安全》及IEC61511《過程工業部分儀表安全系統的功能安全》，重點就是確保基于SIS系統的功能安全。SIL是對風險的量化，通過SIL認證的設備組成的SIS系統才有可能實現重要的功能安全。

    多數用于SIS系統的ESD閥門長期位于“休眠”狀態，這類閥門的常見故障大多為“卡住無法運行”。只有測試才能證明閥門的真實運行狀況，才能保證其達到相應的SIL等級，而部分行程測試是目前比較先進的一種既能較大程度保證安全性又能降低成本的方法。經過長期實踐及統計，人們發現閥門相當常見的故障就是容易被卡在平時的靜止位置上。對于這種“固死”故障，無需通過完全開關閥門來進行測試，只對閥門開關位置進行小范圍調整，就可以測試出該閥門是否卡住，多數的閥門隱蔽故障都可以被檢測出來。在線進行該項測試，在降低PFD的同時，還能做到不造成生產的損失，實現系統的功能安全。

2.4設計方面

    煉油化工、天然氣工廠中一些重要的工藝管線設計院是可以設計旁路管線的，這樣閥門則可以在線切換完成全行程測試，保證閥門的有效性和可靠性。但這也會導致管道和相關附屬設備及材料的增加，這是投資建設方所不愿接受的。如何做到使設計成果“性價比高”，能被投資建設方所接受和認可，成為設計單位是否具有競爭力的重要評判指標之一。按照目前通常的做法，設計單位會遵照相關的標準規范要求采用部分具有PST功能的ESD閥門。

3部分行程測試的優缺點

    盡管具有PST功能的ESD閥門在煉油化工及天然氣行業應用越來越廣泛，但在不同的應用場合人們對其評價也有所差異。現對部分行程測試的優缺點簡要描述如下：

3.1部分行程測試的優點

    （1）它的存在減少了風險，較之全行程測試降低了PFD值，使得SIL等級得以保持，增強了ESD閥門的可靠性。

    （2）它能夠延長閥門全行程測試的時間間隔，對全行程測試起到了一個有力的補充作用。

    （3）減少了工藝生產裝置停車測試ESD閥門的成本。

    （4）能夠自動進行測試，大大增強了測試的安全性，降低了人為造成誤差的概率。

3.2部分行程測試的缺點

    （1）它不能完全代替ESD閥門全行程測試，只能測試閥門小范圍內的開關情況，剩余部分開度測試只能依靠全行程測試來實現。

    （2）它不適用于ESD閥桿卡住的情況，如果被測試的閥門卡住無法動作，部分行程測試功能將無法實現。

    （3）在腐蝕情況嚴重的生產工藝條件下，進行部分行程測試可能會導致閥門磨損加重、截流能力下降以及使用壽命縮短。

    （4）部分行程測試的過程中仍然存在導致系統誤停車的可能性。

4部分行程測試的實現案例

    部分行程測試一般有兩種方法，一種是采用智能閥門定位器，如ROTORK、FISHER和SIEMENS等實現，另一種是氣路切換實現。現對某大型LNG接收站項目現場閥門的部分行程測試具體介紹如下：

4.1智能閥門定位器實現方式

    現場ESD閥門采用的是OHL廠家的儀表蝶閥，使用FISHER定位器，該閥門的開關信號全部接入SIS系統，由于采購要求與供應商對該閥門的部分行程測試功能實現方式的理解存在偏差等原因，后來供應商給出以下三種實現途徑：

    （1）現場的控制系統需安裝EMERSONAMS系統軟件，配合ESD閥門實現部分行程測試。由于現場采用的是國產的控制系統，無法與EMERSONAMS系統配套使用，所以無法實現。

    （2）需要在現場控制系統的工程師站安裝FISHERvalvlingsoftware軟件，另外還需要有HART通信轉換器配合使用，此種方法專業性非常強，而且要增加采購軟件費用，對現場作業人員要求很高，給后期的維護工作帶來不小的難度，所以不選擇此法。

    （3）通過475通信器設置定位器，激活部分行程測試功能（需現場短接相應的AUX輔助端）。

    綜合對比以上情況，該項目選擇第三種方式實現ESD閥門的部分行程測試功能。

4.2現場氣路實現方式

    該項目現場采用36"VELAN的碳鋼球閥，配置BIFOLD換向器、ASCO電磁閥、SOLDO的SIF70221-1限位開關以及凸輪等，測試時通過現場手動觸發開關，切換不同氣路使閥門做部分行程測試，同時限位開關等把閥位信號傳到DCS系統中。由于該閥門尺寸較大，開啟時存在動作緩慢滯后等現象，在測試人員了解其特性后逐漸熟悉了相應的操作要領。這種實現方式現場管路配置過于繁瑣、操作上過于機械，相信在今后的應用中會越來越少。

    操作簡要說明：（1）凸輪在閥門全開時與7接觸；（2）按下15瞬間7、14b立刻閉合；（3）閥門全開時，電磁閥帶電，彈簧壓縮。

5結語

    隨著部分行程測試功能的應用越來越廣泛，對于新建項目需采購具有部分行程測試功能的ESD閥門，應明確技術要求和具體實現方式，與供應商做好事前溝通，優先選用智能化產品，以便通過軟件對測試情況進行系統分析，減少人為因素影響，實現智能化管理，保證安全聯鎖系統的完好性、可用性，為項目后期運維和安全生產打下良好的基礎。

 

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