Partiell stroketestning

Partiell slagtest (eller PST) är en teknik som används i ett kontrollsystem för att tillåta användaren att testa en procentandel av de möjliga fellägena för en avstängningsventil utan att behöva stänga ventilen fysiskt. PST används för att hjälpa till att fastställa att säkerhetsfunktionen kommer att fungera på begäran. PST används oftast på nödavstängningsventiler med hög integritet (ESDV) i applikationer där stängning av ventilen kommer att medföra en hög kostnadsbörda men samtidigt bevisa att ventilens integritet är avgörande för att upprätthålla en säker anläggning. Förutom ESDVs används PST även på högintegritetstryckskyddssystem eller HIPPS. Partiell slagtestning är inte en ersättning för behovet av att helt slaglänga ventiler, eftersom bevistestning fortfarande är ett obligatoriskt krav.

Standarder

Partiell stroketestning är en accepterad petroleumindustristandardteknik och kvantifieras också i detalj av tillsynsorgan som International Electrotechnical Commission (IEC) och Instrument Society of Automation (ISA). Följande är de standarder som är lämpliga för dessa organ.

IEC61508 – Funktionell säkerhet för elektriska/elektroniska/programmerbara elektroniska säkerhetsrelaterade system
IEC61511 – Funktionell säkerhet – Säkerhetsinstrumenterade system för processindustrin
ANSI/ISA-84.00.01 – Funktionell säkerhet: Säkerhetsinstrumenterade system för processindustrin (en ANSI -standard)

Dessa standarder definierar kraven för säkerhetsrelaterade system och beskriver hur man kvantifierar prestandan hos PST-system

Mätning av säkerhetsprestanda

IEC61508 anpassar en livscykelstrategi för hantering av anläggningssäkerhet. Under designfasen av denna livscykel för ett säkerhetssystem bestäms den erforderliga säkerhetsprestandanivån med hjälp av tekniker som Markov-analys , FMEA , felträdsanalys och Hazop . Dessa tekniker gör det möjligt för användaren att bestämma den potentiella frekvensen och konsekvenserna av farliga aktiviteter och att kvantifiera risknivån. En vanlig metod för denna kvantifiering är säkerhetsintegritetsnivån . Detta kvantifieras från ett till fyra med nivå fyra som den farligaste.

När SIL-nivån väl har bestämts specificerar detta den erforderliga prestandanivån för säkerhetssystemen under driftfasen av anläggningen. Måttet för att mäta prestandan för en säkerhetsfunktion kallas den genomsnittliga sannolikheten för fel vid behov (eller PFD _avg ) och detta korrelerar till SIL-nivån enligt följande

SIL	PFD _avg
4	≥10 ⁻⁵ till <10 ⁻⁴
3	≥10 ⁻⁴ till <10 ⁻³
2	≥10 ⁻³ till <10 ⁻²
1	≥10 ⁻² till <10 ⁻¹

En metod för att beräkna PFD- _avg för en grundläggande säkerhetsfunktion utan redundans är att använda formeln

PFD _avg = [(1-PTC)×λ _D ×(TI _FC /2)] + [PTC×λ _D ×(TI _PST /2)]

Var:

PTC = Bevistesttäckning av partiella slagtestet.

λ _D = Den farliga felfrekvensen för säkerhetsfunktionen.

TI _FC = Hela stängningsintervallet, dvs hur ofta ventilen måste vara helt stängd för testning.

TI _PST = Det partiella slagtestintervallet.

Bevistestets täckning är ett mått på hur effektivt det partiella slagtestet är och ju högre PTC desto större effekt har testet.

Fördelar

Fördelarna med att använda PST är inte begränsade till bara säkerhetsprestandan utan vinster kan också göras i produktionsprestanda för en anläggning och kapitalkostnaden för en anläggning. Dessa sammanfattas enligt följande

Säkerhetsfördelar

Vinster kan göras inom följande områden genom att använda PST.

Minska sannolikheten för fel på begäran.

Produktionsfördelar

Det finns ett antal områden där produktionseffektiviteten kan förbättras genom framgångsrik implementering av ett PST-system.

Förlängning av tiden mellan obligatoriska anläggningsstopp.
Förutsäga potentiella ventilfel vilket underlättar förbeställning av reservdelar.
Prioritering av underhållsuppgifter.

Nackdelar

Den största nackdelen med alla PST-system är den ökade sannolikheten att orsaka en oavsiktlig aktivering av säkerhetssystemet och därmed orsaka en anläggningsavstängning, detta är det primära problemet med PST-system av operatörer och av denna anledning förblir många PST-system vilande efter installationen. Olika tekniker mildrar detta problem på olika sätt, men alla system har en inneboende risk

Dessutom kan en PST i vissa fall inte utföras på grund av de begränsningar som finns i processen eller den ventil som används. Vidare, eftersom PST introducerar en störning i processen eller systemet, kanske det inte är lämpligt för vissa processer eller system som är känsliga för störningar.

Slutligen kan en PST inte alltid skilja mellan olika fel eller fel i ventilen och ställdonet, vilket begränsar den diagnostiska förmågan.

Tekniker

Det finns ett antal olika tekniker tillgängliga för partiell stroketestning och valet av den mest lämpliga tekniken beror på de huvudsakliga fördelarna som operatören försöker få.

Mekaniska störare

Mekaniska störsändare är anordningar där en anordning sätts in i ventilen och ställdonet som fysiskt hindrar ventilen från att röra sig förbi en viss punkt. Dessa används i fall där en oavsiktlig stängning av ventilen skulle få allvarliga konsekvenser, eller någon applikation där slutanvändaren föredrar en mekanisk anordning.

Typiska fördelar med denna typ av enhet är följande:

Enheterna säkerställer att metall-till-metall förhindrar slag förbi det specificerade börvärdet.
Till skillnad från vissa elektroniska system finns det inget behov av att driftsätta och kalibrera kontroller eller kontinuerligt utbilda personal, vilket resulterar i ytterligare betydande kostnadsbesparingar.
Enheterna är vibrationsbeständiga, vilket gör dem mycket tillförlitliga.
Risken förknippad med att en ESD-händelse inträffar vid tidpunkten för manuell mekanisk PST kan betraktas som statistiskt insignifikant och möjliggör ett rationellt övervägande av de fördelar som mekaniska enheter erbjuder.
Modulär design möjliggör tillägg av gränslägesbrytare, potentiometrar, fjärrkontroll, etc.
Testet är ett omfattande test av logiklösaren och alla slutliga element, endast avkänningselementen i säkerhetsfunktionen testas inte.
Ventilen testas vid den designade drifthastigheten eftersom den simulerar en ESD-händelse
Störare har en mycket låg sannolikhet att orsaka en falsk tripp.

Men åsikterna går isär om dessa anordningar är lämpliga för funktionella säkerhetssystem eftersom säkerhetsfunktionen är offline under testets varaktighet.

Moderna mekaniska PST-enheter kan vara automatiserade .

Exempel på denna typ av anordning inkluderar direktgränssnittsprodukter som monteras mellan ventilen och ställdonet och kan använda kammar monterade på ventilskaftet. Ett exempel på ett sådant mekaniskt PST-system:

Andra metoder inkluderar justerbara ställdonets ändstopp.

Pneumatiska ventillägesställare

Grundprincipen bakom partiell slagtestning är att ventilen flyttas till ett förutbestämt läge för att bestämma avstängningsventilens prestanda. Detta ledde till anpassningen av pneumatiska lägesställare som används på flödeskontrollventilen för användning i partiell slagprovning. Dessa system är ofta lämpliga för användning på avstängningsventiler upp till och med SIL3. De viktigaste fördelarna är:

Eliminering av kostnaden för manuell testning
Spårning och registrering av PST-testerna för en optimal säkerhetsövervakning. När lägesställaren är ansluten till säkerhetssystemet registreras datum och resultat av testet i händelseförloppet för försäkringsändamål.
Fjärråtkomst till ventildiagnostik från kontrollrummet, med åtgärdsorienterade rapporter för prediktivt underhåll .

Den största fördelen med dessa system är att lägesställare är vanlig utrustning på anläggningar och därför är operatörerna bekanta med driften av dessa system, men den främsta nackdelen är den ökade risken för falsk tripp orsakad av införandet av ytterligare styrkomponenter som normalt inte används på/av ventiler. Dessa system är dock begränsade till användning på pneumatiskt manövrerade ventiler.

Elektriska reläsystem

Dessa system använder en elektrisk omkopplare för att avaktivera magnetventilen och använder ett elektriskt relä som är anslutet till ställdonet för att återaktivera magnetspolen när önskad PST-punkt nås.

Elektroniska styrsystem

Elektroniska styrsystem använder en konfigurerbar elektronisk modul som ansluter mellan matningen från ESD-systemet och magnetventilen . För att utföra ett test avaktiverar timern magnetventilen för att simulera en avstängning och återaktiverar solenoiden när den erforderliga graden av delslag uppnås. Dessa system är i grunden en miniatyr -PLC dedikerad till testning av ventilen.

På grund av sin natur är dessa enheter faktiskt inte en del av säkerhetsfunktionen och är därför 100 % felsäkra. Med tillägget av en trycksensor och/eller en positionssensor för återkoppling kan timersystem också tillhandahålla intelligent diagnostik för att diagnostisera prestandan för alla komponenter inklusive ventilen, ställdonet och magnetventilerna.

Dessutom kan timers fungera med alla typer av vätskekraftställdon och kan även användas med undervattensventiler där magnetventilen är placerad ovanpå.

Integrerade magnetventilsystem

En annan teknik är att bädda in styrelektroniken i ett magnetventilhus vilket tar bort behovet av ytterligare styrboxar. Dessutom finns det inget behov av att ändra styrschemat eftersom inga dedikerade komponenter krävs.

externa länkar