故障停車可以關閉工藝生產過程，但也可以獲得有關自動控制閥門的有價值信息，以防止進一步的故障。
當安全儀表系統(SIS)通過命令自動控制閥(如圖1所示)或其他設備響應異常工藝生產過程，使生產過程處於安全狀態，稱之為故障停車。在某些情況下，可能由於閥門故障導致誤停車。此時閥門組件在實際操作條件下進行測試，這為獲取有價值的閥門診斷數據提供了機會。
圖1 Fisher費希爾三偏心緊急關斷閥被激活來關閉工藝進程
然而，這些診斷數據只能在自動控制閥門裝有數字閥門控制器(DVC)時才能被捕獲。在本文中，我們將討論DVC如何幫助工廠確定工藝故障停車後自動控制閥門的驗證測試信用度。
當安全儀表系統(SIS)通過溫度和壓力等傳感器檢測到異常工藝生產狀態，執行邏輯程序並通過操作相關設備(如關閉自動控制閥、停止泵)將工藝生產過程置於安全狀態時，發生故障停車。SIS可與基本過程控制系統(BPCS)通信，以關閉自動控制閥下游的閥門作為二次動作。
當故障停車發生時，主要目標通常是儘快重啟已關閉的裝置或設備。工廠工程師忙於排除故障和糾正問題，維修技術人員忙於修理損壞的設備。利用這個機會對自動控制閥進行驗證測試，並不是當務之急，甚至也不是一項計劃中的操作步驟，因為計劃外停車後的時間安排很緊。
幸運的是，如果自動控制閥配備了DVC，則可以考慮使用DVC捕獲的診斷數據對閥門進行驗證測試。此外，將診斷數據與閥門歷史曲線進行比較有助於發現在驗證測試中可能不會顯現的閥門缺陷和退化。
自動控制閥發生故障並導致故障停車時如何申請驗證測試？驗證測試是對SIS傳感器、邏輯控制器和終端設備(如自動控制閥)進行的定期測試，以發現隱藏的故障。如果這些故障沒有得到糾正或消除，當檢測到異常工藝生產過程時，可能會導致SIS系統無法將工藝切換到安全狀態。
驗證測試應按照安全規範中規定的驗證測試間隔進行。此間隔通常通過按需計算的平均故障概率(PFDavg)來確定。一些用戶可以選擇基於預定間隔的驗證測試，例如每24個月驗證一次傳感器，每48個月驗證一次終端設備，而不是依賴PFDavg計算。
自動控制閥驗證測試可以離線或在線進行。離線驗證測試通常安排在停車檢修期間，這時工藝生產停止工作。
在線自動控制閥的驗證測試通常需要關閉裝置或設備，或打開旁路閥以防止誤停車，這使得測試既不方便又昂貴。
但驗證測試也可以在故障停車期間完成。
根據IEC61511-2第A.16.3.1.3節，“……在給定條件下，由於SIS在運行過程中的實際需求而導致的停車可作為驗證測試(全部或部分)予以認可……可跳過下一個計劃時間的驗證測試。”
- 停車時記錄了相應驗證測試期間登記的等效信息。
- 停車包括SIS的所有部分，如果沒有，則需要單獨測試未激活的設備或SIS子系統。
- 如果停車發生在預定的最長時間窗口內，那麼下一個計劃的驗證測試可以取消。
當發生故障停車時，可以認為進行了大約60%的安全儀表功能(SIF)驗證測試。圖2顯示了在驗證測試期間執行的示例項目，以及在故障停車期間執行的示例項目。即使沒有自動控制閥洩漏測試，僅由DVC採集的數據也可能為自動控制閥提供大量的驗證測試覆蓋率。
序號
驗證測試中執行的項目
故障停車執行的項目
1
測試程序簽名並註明日期
2
執行洩漏測試
3
執行目視檢查
4
測試手動功能
5
執行用戶發起的診斷(例如偏差、BADPV、故障方向)
6
安全儀表功能(SIF)響應時間驗證
√
7
傳感器測試
√
8
邏輯解算器 / 邏輯邏輯功能測試
√
9
終端設備測試
√
10
報警測試
√
11
故障數據記錄
√
12
故障設備修理 / 更換
√
圖2 驗證測試vs故障停車。在故障停車期間，執行的活動(如維修裝置)和Fisher DVC6200 SIS數字閥門控制器採集的數據滿足驗證試驗12項要求中的大部分。
準確的覆蓋範圍取決於自動控制閥的設計、DVC及其應用工況。覆蓋率是根據閥門退化、故障發生的可能性以及DVC可檢測到的退化百分比來估計的。幸運的是，DVC在故障停車期間獲取的數據通常足以滿足驗證測試要求的主要內容。
如果故障停車發生在預定的最大時間窗口內，最終用戶可以通過完成圖2中的步驟1到5 (通常在故障停車中不執行) 來選擇利用故障停車數據作為驗證測試，然後可以取消下一個計劃的驗證測試。根據挪威石油工業協會的說法，最大時間窗應為當前驗證測試間隔的最後一半。
根據ISA 96.05.01技術報告，自動控制閥功能退化最可能的根本原因包括：
- 液壓或氣動控制部件(如電磁閥、先導閥、速度控制器等)因潮溼、氣源雜質或對中問題而部分或間歇性卡澀。這會導致功能裕度損失，使閥門緩慢打開或關閉。
- 閥座、或閥內件的粘結、磨損或其他退化。
- 由於壓縮、磨損或鬆動導致執行機構密封退化，從而降低了自動控制閥的可用壓力。
- 由於系統狀況、洩漏或氣源雜質(包括碳氫化合物產品的積聚)對閥門密封塞、閥盤或閥球造成的輕微損壞而導致洩漏。
- 液壓控制部件(如電磁閥、先導閥、速度控制器等)因潮溼、氣源或對中而完全失效，閥門將無法打開或關閉。
- 所有這些故障都可以通過Fisher DVC6200 SIS數字閥門控制器檢測到(圖3)。
圖3 故障停車過程中的數據由Fisher DVC6200SIS數字閥門控制器捕獲並提供分析
例如，被卡在打開位置的閥門會表現為啟動扭矩的增加。與新閥門相比，閥座關緊力的損失表明閥門可能洩漏。Fisher DVC6200SIS還持續監測內部故障及其輸入，如供氣壓力。
當DVC6200SIS發現供應壓力過低時，會警報(圖4)，以便最終用戶採取糾正措施。
圖4 DVC6200SIS數字閥門控制器檢測到幾乎為零的供應壓力，因此它提醒控制系統。
在故障停車過程中捕獲的診斷數據可能揭示出閥門的退化，而在驗證試驗中可能無法檢測到這種退化。例如，在故障停車期間捕獲的診斷數據可能表明閥門在過程全壓降下完全關閉時出現問題，這可能是閥門洩漏的早期跡象。
在實際操作條件下，DVC在故障停車期間計算的閥門行程時間更準確。這將使SIF響應時間(從檢測到異常情況至終端設備達到其停機狀態的時間)更加準確，並與過程安全時間進行比較，以確保SIF仍然滿足其設計要求。
儘管自動控制閥非常可靠，但在故障停車中發現的故障可以提供有價值的數據，以防止將來發生故障。這些信息可以幫助制定週轉性維護計劃，確保在維護計劃開始之前就有備有足夠的所需零部件，從而縮短維護時間。
一次故障停車時的驗證測試可以提供更長的安全運營保證期，以推遲下一次預定的閥門驗證測試，從而節省時間和金錢。通過對故障停車期間DVC捕獲數據的分析，將這其作為驗證測試。即使最終用戶選擇不採用這次數據作為驗證測試，由DVC提供的閥門診斷數據可以幫助工廠人員作出積極的閥門維修決策。(Christina Ng女士)
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