流程工業(yè)中，對于工藝流程的管理往往是通過控制系統(tǒng)將溫度、壓力、液位、流量以及其他可變參數(shù)維持在正常范圍內(nèi)來進行管理的。在大多數(shù)主動的動態(tài)系統(tǒng)中，故障通常能夠自己暴露出來。如恒定循環(huán)模擬控制閥出現(xiàn)閥卡故障，問題很快就會被發(fā)現(xiàn)，但是常開隔離閥由于無法打開，故障在閥門動作前無法確定，因此，工藝流程需要安全系統(tǒng)的監(jiān)控。

    十年來，用于安全儀表系統(tǒng)（SIS）的閥門部分行程測試一直是一個熱門話題。*近頒布的安全標準又進一步引發(fā)了關(guān)于該話題的討論。然而，似乎很少有人明白進行這類測試的真正原因。關(guān)于閥門部分行程測試討論，主要有兩方面原因：一是希望盡可能地延長手動測試間隔；二是降低較高安全完整性等級（SIL）所要求的冗余硬件的數(shù)量。和生活中的大多數(shù)事情一樣，它也同樣歸結(jié)到一件事上，那就是節(jié)約成本。

    安全系統(tǒng)標準是基于性能來制定，而并非人為規(guī)定的。從本質(zhì)上來說，流程風險級別越大，越需要更好的安全系統(tǒng)來對其進行控制。表1列出了標準規(guī)定的四個完整性等級的性能要求。

    沒有更多的辦法使多數(shù)現(xiàn)場裝置的故障率降低。首先，賣家力爭以盡可能*少的元件數(shù)量提供高品質(zhì)的感應器和閥門。這樣，問題顯然源于應用環(huán)境的惡劣。裝置由于高溫、腐蝕、侵蝕、振動等因素而發(fā)生故障。由于用于安全儀表系統(tǒng)（SIS）的裝置通常處于靜止狀態(tài)，因此并非所有故障都可以自我顯示，所以必須定期對所有裝置進行檢測。（除了極個別的情況）工業(yè)標準并未規(guī)定測試頻率，測試間隔是在硬件故障率和模式、冗余級別、要求的性能水平（例如SIL目標）和裝置質(zhì)量的基礎上確定的。

    閥門的手動測試（例如關(guān)閉閥門）典型地要求關(guān)閉流程。這是多數(shù)工廠自然不愿意去做的事情。這么做不僅要向技術(shù)人員支付酬勞，同時還可能導致危險，此外生產(chǎn)停機時間成本往往十分驚人。如果安裝了支路，閥門則可以在線完成沖程測試，但這會導致更高的管道成本，初始成本以及必須進行監(jiān)控的附加程序。

    診斷至關(guān)重要

    以較少硬件達到較高安全完整性等級（SIL）的關(guān)鍵在于進行更高級別的診斷。很多傳感器制造商（例如ABB公司、艾默生（Emerson）公司和橫河（Yokogawa）公司）都具有SIL-2級別安全傳感器。這些裝置較那些標準傳感器而言能提供更高級別的診斷。提供的診斷可以檢測到可能阻止傳感器運行的潛在危險故障。

    在安全應用程序中，閥門需要哪種診斷？多數(shù)安全閥門長期位于單獨位置。帕累托法則（Pareto Principle）（80/20法則）以及通用經(jīng)歷都顯示這類閥門的常見故障模式大多數(shù)都是“卡住無法運行”。您無需將閥門完全關(guān)閉來確定閥門是否被卡住；部分行程測試就足以檢測大多數(shù)故障（圖1和圖2）。通過這類測試，單閥就能符合SIL-2性能級別。

    讓我們假設一下這樣的個人情境：如果夏天您每周用除草機來修建草坪，您是多么確信它每周都能運轉(zhuǎn)呢？現(xiàn)在，如果您將除草機丟在車庫內(nèi)而在整個冬天都沒有使用過，那么您怎么能確保除草機在開春的時候可以正常工作呢？

    一種方式為手動方式并且常常被稱為“人為干擾”，這需要一名操作人員親自出現(xiàn)在閥門面前，有些手動方式要求插入特殊鑰匙，而一些*終用戶設計了他們自己的“家庭”解決方案。

    其他方式均為自動模式，因此操作人員無需站在閥門旁邊。這些解決方案典型地要求賣家提供的特定硬件（閥門，執(zhí)行器或定位器）和軟件（用來記錄和分析閥門的性能）。其他自動化解決方案則由控制器與閥門共同工作。

    安全儀表系統(tǒng)（SIS）硬件本身至少結(jié)合一個解決方案，并且在僅添加限制開關(guān)或感應反探測裝置的情況下便能夠與多數(shù)現(xiàn)有閥門一起工作。這意味著無需額外的控制器硬件或軟件。

    截止閥的SIL檢測標準

    從理論角度來講，SIL與錯誤指令概率（PFD）存在線形關(guān)系。以緊急截止閥為研究對象。

    從常規(guī)方法講，緊急截止閥每次檢修都采用全行程測試方法對其性能進行檢測。30年前，每2~3年進行一次檢測。隨著機械性能和檢測手段的提高，目前 5~6年進行一次檢測。檢修周期減少，從而提高工廠生產(chǎn)能力，因此經(jīng)濟效益大大提高。從以下的分析中，我們將可以看到，采用部分行程測試方式，較之全行程更能減小截止閥的PFD數(shù)值。

    PFD可通過下列公式進行計算：

    PFD＝lD×TI/2

    PFD與比例系數(shù)lD和測試周期成線形關(guān)系。隨測試周期加長，PFD（錯誤指令概率）風險將進一步加大。比例系數(shù)lD的變化是隨類型，尺寸以及操作環(huán)境發(fā)生變化，通常取常值3.04×10-6/h。

    如公式，隨著檢測周期的加長，設備自身的工作性能將有所下降。許多工廠認為必須對截止閥進行現(xiàn)場測試。進行現(xiàn)場測試，通常采取全行程的方法。但是全行程的方法對于閥門密封會產(chǎn)生很大的損壞。特別是軟密封閥座，頻繁的全行程測試雖然看似增加了閥門安全系數(shù)，但是對于閥門密封的影響，將為閥出現(xiàn)故障產(chǎn)生更大隱患。

    除了采用全行程測試方法外，另外的方法就是采用旁路法進行截止閥的測試。但是，這種方法帶來的損失也應計入PFD中。該方法對PFD的影響將更明顯。

    與之相對比，采用部分行程的方法，即將閥門轉(zhuǎn)動15％的小范圍（該范圍可以判斷閥門故障比例），其目的以減小全行程的頻率。
從公式中可以看出采用部分沖程方法，可以進一步減小PFD：

    PFD＝0.7lD×TIPS/2+0.3lD×TIFS/2

    TIPS：局部行程周期間隔

    TIFS：全行程周期間隔

    在流程工業(yè)現(xiàn)場設備中，我們常�？梢钥吹胶芏嘣O備具有PST（部分行程測試）功能（有些現(xiàn)場稱該功能為游動功能）。該功能主要是針對現(xiàn)場設備長時間處于某種狀態(tài)下，在線維護過程中，在不影響工藝生產(chǎn)條件下進行的實驗檢測功能。該功能程度地檢測設備的正常，同時可能的減小因為檢修對工藝帶來的影響。其安全理念滿足SIL3的標準。

    部分行程測試的技巧

    避免不當應用。在高腐蝕運行中，部分行程測試可能導致磨損加重，截流能力下降以及閥門使用壽命縮短。骯臟環(huán)境下線性閥門的部分行程測試會降低閥桿20%的清潔度，因此閥桿活塞會被固體堵住。當閥門接到指令需要關(guān)閉時，可能只進行20%沖程就停止。
測試感應間隔。無需每天執(zhí)行部分行程測試，但如果沒有經(jīng)常執(zhí)行部分行程測試（至少每季度一次），那么將無法達到SIL-2性能級別。

    了解模型背后的意義。部分行程測試的益處建立在數(shù)據(jù)模型的基礎上。當模型比較簡單時（無非是中學水平的代數(shù)方程），它們依靠難以核實的非常主觀的數(shù)據(jù)（例如故障率，故障模式，自動診斷水平以及在使用頻率的基礎上改變故障率）。然而，數(shù)字會顯示各種因素具有多大影響，而哪些影響是可以忽略而哪些又是不能忽略的。

    密切關(guān)注降低執(zhí)行器的壓力。當您正在降低執(zhí)行器壓力直到閥門移動時，請注意當執(zhí)行器壓力降低到相當程度，閥門可能停住并*終關(guān)閉。如果閥門在一段時間后仍然無法移動，請中止測試。

    請勿陷入測試結(jié)果。某些解決方案會提供大量診斷信息，來詳述閥門的確切問題。當閥門在規(guī)定時間內(nèi)無法移到指定距離時，其他解決方案只是簡單地報告“測試失敗”而不作詳細說明。在這兩種情況下，*終結(jié)果都是一樣的——維修部門必須對閥門進行檢查。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司