SIS系統(tǒng)緊急切斷閥的在線維護(hù)及安全問題
安全儀表SIS系統(tǒng)，作為工業(yè)生產(chǎn)的一種安全保障系統(tǒng)，在國內(nèi)的危險(xiǎn)化工生產(chǎn)中逐漸得到應(yīng)用，特別是近年來國家對(duì)安全生產(chǎn)的不斷重視，對(duì)新建的化工生產(chǎn)從項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初就進(jìn)行安全危險(xiǎn)評(píng)估，根據(jù)危害等級(jí)重要程度設(shè)立安全儀表系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)屬于一種強(qiáng)制性規(guī)范，用戶方?jīng)]有選擇權(quán)利，因此新建的化工生產(chǎn)中大部分生產(chǎn)裝置都配備了安全儀表系統(tǒng)。
安全儀表系統(tǒng)應(yīng)用越來越多，但其維修維護(hù)尤其是在開車狀態(tài)下的故障處理經(jīng)驗(yàn)卻非常欠缺。因?yàn)榘踩珒x表系統(tǒng)在正常的生產(chǎn)中是不進(jìn)行動(dòng)作的，雖然安全儀表系統(tǒng)的各種檢測(cè)儀表、控制系統(tǒng)都在正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，但作為安全儀表系統(tǒng)最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)，卻始終處于初始的安全工作狀態(tài)。
工作狀態(tài)的穩(wěn)定性造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的切斷閥長期處于不動(dòng)作狀態(tài)，其本身具有的缺陷、隱患以及非動(dòng)作性故障都無法體現(xiàn)出來，甚至有的切斷閥在長時(shí)間不動(dòng)作過程中已經(jīng)失效。當(dāng)危險(xiǎn)將要發(fā)生，安全儀表SIS系統(tǒng)做出應(yīng)急安全處理，形成連鎖事件的時(shí)候，作為最關(guān)鍵的執(zhí)行機(jī)構(gòu)卻不動(dòng)作，造成安全儀表系統(tǒng)失去作用，而無法避免裝置的危險(xiǎn)發(fā)生，使安全儀表系統(tǒng)成為擺設(shè)。
任何設(shè)備都有出現(xiàn)故障的時(shí)候，安全儀表系統(tǒng)也不例外。特別是現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊急切斷閥，長期處于惡劣的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境中，經(jīng)受溫度、濕度、灰塵、振動(dòng)、電磁干擾、雨水、油污，甚至外力破壞，其性能會(huì)逐漸下降，甚至突然失靈，觸發(fā)連鎖引起誤動(dòng)作，而造成處于安全狀態(tài)下的生產(chǎn)突然終止，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至產(chǎn)生安全事故。
安全儀表系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器的這兩大弊端，給安全儀表系統(tǒng)本身帶來了不安全因素，所以安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本身都充分考慮了各種情況，盡可能的做到安全儀表系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的安全穩(wěn)定性，如：現(xiàn)場(chǎng)工藝各種參數(shù)的檢測(cè)大都使用了三取二的儀表檢測(cè)模式;控制系統(tǒng)本身的各種卡件、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊使用了雙重甚至三重冗余模式;現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用了雙氣源和雙電磁閥的模式。這種設(shè)計(jì)的目的是盡最大可能的減少因系統(tǒng)本身的硬件原因而引起的系統(tǒng)誤動(dòng)作觸發(fā)連鎖或不動(dòng)作而不發(fā)生連鎖的幾率，最大程度的保證SIS系統(tǒng)自身的安全可靠性。
安全儀表系統(tǒng)這種自身的安全可靠性保證雖然能夠降低系統(tǒng)的不穩(wěn)定性卻無法徹底消除系統(tǒng)各部分的缺陷、故障以及緊急情況下的故障排除。檢測(cè)儀表系統(tǒng)由于使用了三取二的檢測(cè)模式，在對(duì)儀表維護(hù)、維修、故障排除中可以單個(gè)的進(jìn)行而不會(huì)對(duì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)連鎖動(dòng)作狀態(tài)。但現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的緊急切斷閥卻無法在線進(jìn)行維護(hù)和維修，這給生產(chǎn)的安全運(yùn)行帶來隱患。
安全儀表系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)突發(fā)故障而觸發(fā)連鎖，造成生產(chǎn)裝置停車的事故時(shí)有發(fā)生。現(xiàn)就廠里一套柴油加氫裝置加熱爐燃?xì)膺M(jìn)料安全儀表系統(tǒng)中的緊急切斷閥突發(fā)異常造成切斷閥關(guān)閉，而使加熱爐燃?xì)膺M(jìn)料被切斷，造成加熱爐系統(tǒng)連鎖而產(chǎn)生停車事故的經(jīng)過，緊急故障排除，以及后續(xù)的切斷閥在線維護(hù)改進(jìn)措施進(jìn)行簡單概述。
一、故障經(jīng)過
2016年4月16日，廠內(nèi)新建的一套120萬噸/年柴油加氫裝置正處于開車狀態(tài)，晚9點(diǎn)43分，調(diào)度突然打來電話告知，加氫裝置加熱爐燃?xì)膺M(jìn)料閥連鎖關(guān)閉，引起加熱爐停車。接電話后儀表維修人員緊急趕往中控室查看狀況，，到達(dá)中控室后操作人員告知，現(xiàn)場(chǎng)切斷閥又自行的開啟，為確保生產(chǎn)的安全儀表人員在中控室觀察一個(gè)多小時(shí)，切斷閥一直處于正常的開啟狀態(tài)。由于裝置處于開車狀態(tài)，工藝操作人員嚴(yán)禁儀表維修人員到現(xiàn)場(chǎng)查看切斷閥上安裝的兩個(gè)電磁閥的狀況，儀表人員在中控室查找故障原因未果，分析可能是安全儀表系統(tǒng)中加熱爐連鎖投入自動(dòng)原因造成的，一再叮囑中控操作人員開車期間，安全儀表回路要切除連鎖投入旁路。
2016年4月16日晚11點(diǎn)25分，調(diào)度再次電話，說加氫加熱爐燃?xì)膺M(jìn)料閥再次發(fā)生連鎖，造成加熱爐停車。趕往中控后，確認(rèn)安全儀表系統(tǒng)中的燃?xì)饣芈诽幱谂月窢顟B(tài)，檢查盤后接線處及保險(xiǎn)正常，懷疑是安全儀表系統(tǒng)組態(tài)有問題（裝置處于第一次開車，有一些程序出現(xiàn)錯(cuò)誤），正在查找期間，切斷閥自行回復(fù)正常，但在晚11點(diǎn)50分時(shí)切斷閥再一次出現(xiàn)故障緊急關(guān)閉。儀表人員緊急趕往現(xiàn)場(chǎng)切斷閥處查看，以求找到故障原因。
在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)燃?xì)馇袛嚅y上面的兩個(gè)冗余電磁閥檢查中發(fā)現(xiàn)，兩電磁閥分別進(jìn)水，其中一個(gè)電磁閥線圈已經(jīng)燒壞，另一個(gè)也出現(xiàn)間歇性的電阻跳變，于是緊急更換兩電磁閥后切斷閥回復(fù)正常。
下圖為出現(xiàn)故障的燃?xì)饩o急切斷閥的現(xiàn)場(chǎng)圖片，從圖片中可以看到，供應(yīng)加熱爐的燃?xì)夤芫€上安裝的連鎖緊急切斷閥沒有工藝旁路管線，而后續(xù)的調(diào)節(jié)閥有工藝旁路管線，因此連鎖緊急切斷閥在生產(chǎn)過程中不具備離線維修的特征。
二、故障分析
在現(xiàn)場(chǎng)緊急故障處理過程中，尋找電磁閥進(jìn)水的原因，是因?yàn)殡姶砰y上面的接線盒壓蓋沒有完全固定，而切斷閥上面十四米處有一加熱爐廢熱利用飽和蒸汽排空管線，其排放口排出的廢棄蒸汽水在下落過程中濺到切斷閥上面的兩個(gè)電磁閥上，從電磁閥上面的壓蓋滲入電磁閥內(nèi)部，造成冗余的電磁閥一個(gè)損壞，一個(gè)處于間歇故障狀態(tài)，從而造成切斷閥間歇性的出現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉，引起加熱爐燃?xì)馇袛嘣斐赏＼嚒?/span>
下圖為連鎖緊急切斷閥上各部分部件的功能，其主要分為三部分：
一是雙電磁閥模式，其主要作用就是為了保證安全儀表系統(tǒng)在生產(chǎn)裝置將要發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，緊急切斷工藝管線內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)，達(dá)到安全停車的目的，設(shè)置雙電磁閥是為了提高電磁閥本身的可靠性；二是切斷閥開關(guān)氣路的控制部分，其核心部件是一個(gè)氣動(dòng)的指揮閥——?dú)饪亻y；三是切斷閥本身開關(guān)的信號(hào)反饋，目的是實(shí)現(xiàn)安全儀表SIS系統(tǒng)的自動(dòng)控制，以及工藝操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門開關(guān)的確認(rèn)。
進(jìn)一步分析雙電磁閥的氣路構(gòu)造，可以得出一個(gè)電磁閥失效不影響切斷閥的安全運(yùn)行，但如果兩個(gè)電磁閥都失效，其電磁閥控制的氣路將被切斷，后續(xù)的氣控閥將沒有氣動(dòng)控制信號(hào)，而造成氣控閥動(dòng)作切換，引起切斷閥動(dòng)作。而這次故障的原因，就是兩個(gè)電磁閥上方的密封蓋沒有禁錮到位，導(dǎo)致電磁閥外面的熱水滲入電磁閥線圈，燒毀后面的2號(hào)電磁閥，前方的1號(hào)電磁閥也間歇性的出現(xiàn)故障，引發(fā)切斷閥間歇性的誤動(dòng)作。
三、后續(xù)補(bǔ)救——在線維護(hù)故障排查
這次事故以后儀表人員高度重視，與工藝溝通想咋開車狀態(tài)下徹底的把現(xiàn)場(chǎng)的所有的緊急連鎖切斷閥上的電磁閥仔細(xì)檢查排查一邊，已確認(rèn)所有的切斷閥的電磁閥都處于可靠狀態(tài)。但工藝人員要求，在生產(chǎn)進(jìn)行的狀況下，不能現(xiàn)場(chǎng)檢查電磁閥以防止在排查過程中人為的觸發(fā)連鎖，引起裝置停車，最后協(xié)商得到一個(gè)方案，在儀表人員拿出一套預(yù)防應(yīng)急措施情況下可以進(jìn)行在線維護(hù)故障排查工作。，
要想制定保證生產(chǎn)的應(yīng)急措施，那么就要保證切斷閥在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)電磁閥中不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作切換，那么就要圍繞切斷閥上的氣控閥進(jìn)行研究，首要做到的就是明白氣控閥各部分的功能及工作原理。
下圖就是氣動(dòng)閥氣路中各部分的作用圖
進(jìn)一步分析氣控閥的切換條件，可通過下圖的標(biāo)注來分析，正常運(yùn)行狀態(tài)下，雙電磁閥帶電，電磁閥輸出的氣路中有氣控閥的氣動(dòng)儀表信號(hào)風(fēng)，于是氣控閥工作在氣控狀態(tài)綠色圖示1。當(dāng)兩個(gè)電磁閥同時(shí)斷電后，電磁閥的氣路被切斷，此時(shí)電磁閥輸出到氣控閥的氣動(dòng)儀表信號(hào)風(fēng)通大氣壓力為零，于是氣控閥處于初始的失氣狀態(tài)，此時(shí)氣動(dòng)閥狀態(tài)發(fā)生切換為紅色的圖示2。
在制定應(yīng)急處理預(yù)案中，儀表人員圍繞的是怎樣保證生產(chǎn)的安全連續(xù)進(jìn)行，怎樣確保排查工作中不會(huì)造成切斷閥的異常關(guān)閉。最后在實(shí)際查看后想到了一個(gè)確保切斷閥不會(huì)緊急切斷的方法，在維護(hù)排查工作中得到了使用，確保切斷閥的安全狀態(tài)運(yùn)行，現(xiàn)具體的分析如下。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)切斷閥上的氣控閥的構(gòu)造和工作原理，設(shè)計(jì)了一種確保電磁閥失效狀況下，切斷閥不動(dòng)作的方案，那就是時(shí)刻保證處于切斷閥開閥氣缸的儀表風(fēng)壓力正常，那么可以把氣控閥輸出的關(guān)閥出口的接口卸下，使用一個(gè)軟連接管連接到氣控閥開閥泄壓孔處。其連接圖如下。
分析此時(shí)的工作原理，當(dāng)維護(hù)電磁閥前，如果兩個(gè)電磁閥保持良好，或者一個(gè)損壞另一個(gè)工作，那么氣控閥的氣動(dòng)控制儀表信號(hào)風(fēng)沒有中斷，其氣控閥工作在正常的開閥狀態(tài)，此時(shí)拆卸氣控閥的關(guān)閥輸出端，沒有儀表風(fēng)輸出，連接好軟管后，進(jìn)行電磁閥的維護(hù)。
當(dāng)一個(gè)電磁閥損壞，而在維護(hù)另一個(gè)好的電磁閥不當(dāng)而造成兩個(gè)電磁閥同時(shí)失效時(shí)，電磁閥控制的氣控閥的氣動(dòng)控制儀表風(fēng)被切斷，氣控閥進(jìn)行狀態(tài)切換，此時(shí)氣控閥的氣路輸出變成關(guān)閥通風(fēng)，開閥排大氣，但由于用軟管把氣控閥的關(guān)閥端與開閥排大氣端連接起來，此時(shí)氣動(dòng)閥輸出的儀表風(fēng)仍然通入切斷閥開閥氣缸側(cè)，切斷閥仍然處于開閥狀態(tài)，保證了生產(chǎn)的安全連續(xù)進(jìn)行。
當(dāng)對(duì)緊急切斷閥的兩個(gè)電磁閥都維護(hù)維修完成，檢測(cè)合格后，在拆掉連接軟管，把氣控閥的氣路回復(fù)先前狀態(tài)，此時(shí)就能安全完成了一個(gè)緊急切斷閥的在線維護(hù)。同樣的方法用這根軟管可以進(jìn)行其他的連鎖切斷閥的在線維護(hù)，而不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成任何影響。
通過對(duì)緊急連鎖切斷閥的這種在線維護(hù)，消除了安全儀表SIS系統(tǒng)本身硬件損壞而可能帶來的誤動(dòng)作，而引發(fā)的停車事故，增強(qiáng)了安全儀表系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，此種方法已經(jīng)在廠內(nèi)其余的安全儀表系統(tǒng)中推廣使用。