SIS系統緊急切斷閥的在線(xiàn)維護及安全問(wèn)題
安全儀表SIS系統，作為工業(yè)生產(chǎn)的一種安全保障系統，在國內的危險化工生產(chǎn)中逐漸得到應用，特別是近年來(lái)國家對安全生產(chǎn)的不斷重視，對新建的化工生產(chǎn)從項目設計之初就進(jìn)行安全危險評估，根據危害等級重要程度設立安全儀表系統，這種設計屬于一種強制性規范，用戶(hù)方?jīng)]有選擇權利，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。
安全儀表系統應用越來(lái)越多，但其維修維護尤其是在開(kāi)車(chē)狀態(tài)下的故障處理經(jīng)驗卻非常欠缺。因為安全儀表系統在正常的生產(chǎn)中是不進(jìn)行動(dòng)作的，雖然安全儀表系統的各種檢測儀表、控制系統都在正常的運轉，但作為安全儀表系統最重要的一個(gè)環(huán)節——執行機構，卻始終處于初始的安全工作狀態(tài)。
工作狀態(tài)的穩定性造成執行機構的切斷閥長(cháng)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(wú)法體現出來(lái)，甚至有的切斷閥在長(cháng)時(shí)間不動(dòng)作過(guò)程中已經(jīng)失效。當危險將要發(fā)生，安全儀表SIS系統做出應急安全處理，形成連鎖事件的時(shí)候，作為最關(guān)鍵的執行機構卻不動(dòng)作，造成安全儀表系統失去作用，而無(wú)法避免裝置的危險發(fā)生，使安全儀表系統成為擺設。
任何設備都有出現故障的時(shí)候，安全儀表系統也不例外。特別是現場(chǎng)的執行機構緊急切斷閥，長(cháng)期處于惡劣的現場(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)濟損失，甚至產(chǎn)生安全事故。
安全儀表系統現場(chǎng)執行器的這兩大弊端，給安全儀表系統本身帶來(lái)了不安全因素，所以安全儀表系統的設計本身都充分考慮了各種情況，盡可能的做到安全儀表系統各個(gè)環(huán)節的安全穩定性，如：現場(chǎng)工藝各種參數的檢測大都使用了三取二的儀表檢測模式;控制系統本身的各種卡件、網(wǎng)絡(luò )通訊模塊使用了雙重甚至三重冗余模式;現場(chǎng)的執行機構使用了雙氣源和雙電磁閥的模式。這種設計的目的是盡最大可能的減少因系統本身的硬件原因而引起的系統誤動(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系統自身的安全可靠性。
安全儀表系統這種自身的安全可靠性保證雖然能夠降低系統的不穩定性卻無(wú)法徹底消除系統各部分的缺陷、故障以及緊急情況下的故障排除。檢測儀表系統由于使用了三取二的檢測模式，在對儀表維護、維修、故障排除中可以單個(gè)的進(jìn)行而不會(huì )對導致系統出現連鎖動(dòng)作狀態(tài)。但現場(chǎng)的執行機構的緊急切斷閥卻無(wú)法在線(xiàn)進(jìn)行維護和維修，這給生產(chǎn)的安全運行帶來(lái)隱患。
安全儀表系統的執行機構突發(fā)故障而觸發(fā)連鎖，造成生產(chǎn)裝置停車(chē)的事故時(shí)有發(fā)生?，F就廠(chǎng)里一套柴油加氫裝置加熱爐燃氣進(jìn)料安全儀表系統中的緊急切斷閥突發(fā)異常造成切斷閥關(guān)閉，而使加熱爐燃氣進(jìn)料被切斷，造成加熱爐系統連鎖而產(chǎn)生停車(chē)事故的經(jīng)過(guò)，緊急故障排除，以及后續的切斷閥在線(xiàn)維護改進(jìn)措施進(jìn)行簡(jiǎn)單概述。
一、故障經(jīng)過(guò)
2016年4月16日，廠(chǎng)內新建的一套120萬(wàn)噸/年柴油加氫裝置正處于開(kāi)車(chē)狀態(tài)，晚9點(diǎn)43分，調度突然打來(lái)電話(huà)告知，加氫裝置加熱爐燃氣進(jìn)料閥連鎖關(guān)閉，引起加熱爐停車(chē)。接電話(huà)后儀表維修人員緊急趕往中控室查看狀況，，到達中控室后操作人員告知，現場(chǎng)切斷閥又自行的開(kāi)啟，為確保生產(chǎn)的安全儀表人員在中控室觀(guān)察一個(gè)多小時(shí)，切斷閥一直處于正常的開(kāi)啟狀態(tài)。由于裝置處于開(kāi)車(chē)狀態(tài)，工藝操作人員嚴禁儀表維修人員到現場(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(kāi)車(chē)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，調度再次電話(huà)，說(shuō)加氫加熱爐燃氣進(jìn)料閥再次發(fā)生連鎖，造成加熱爐停車(chē)。趕往中控后，確認安全儀表系統中的燃氣回路處于旁路狀態(tài)，檢查盤(pán)后接線(xiàn)處及保險正常，懷疑是安全儀表系統組態(tài)有問(wèn)題（裝置處于第一次開(kāi)車(chē)，有一些程序出現錯誤），正在查找期間，切斷閥自行回復正常，但在晚11點(diǎn)50分時(shí)切斷閥再一次出現故障緊急關(guān)閉。儀表人員緊急趕往現場(chǎng)切斷閥處查看，以求找到故障原因。
在對現場(chǎng)燃氣切斷閥上面的兩個(gè)冗余電磁閥檢查中發(fā)現，兩電磁閥分別進(jìn)水，其中一個(gè)電磁閥線(xiàn)圈已經(jīng)燒壞，另一個(gè)也出現間歇性的電阻跳變，于是緊急更換兩電磁閥后切斷閥回復正常。
下圖為出現故障的燃氣緊急切斷閥的現場(chǎng)圖片，從圖片中可以看到，供應加熱爐的燃氣管線(xiàn)上安裝的連鎖緊急切斷閥沒(méi)有工藝旁路管線(xiàn)，而后續的調節閥有工藝旁路管線(xiàn)，因此連鎖緊急切斷閥在生產(chǎn)過(guò)程中不具備離線(xiàn)維修的特征。
二、故障分析
在現場(chǎng)緊急故障處理過(guò)程中，尋找電磁閥進(jìn)水的原因，是因為電磁閥上面的接線(xiàn)盒壓蓋沒(méi)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(xiàn)，其排放口排出的廢棄蒸汽水在下落過(guò)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自動(dòng)關(guān)閉，引起加熱爐燃氣切斷造成停車(chē)。
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在生產(chǎn)裝置將要發(fā)生危險時(shí)，緊急切斷工藝管線(xiàn)內介質(zhì)的流動(dòng)，達到安全停車(chē)的目的，設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(kāi)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——氣控閥；三是切斷閥本身開(kāi)關(guān)的信號反饋，目的是實(shí)現安全儀表SIS系統的自動(dòng)控制，以及工藝操作人員對現場(chǎng)閥門(mén)開(kāi)關(guān)的確認。
進(jìn)一步分析雙電磁閥的氣路構造，可以得出一個(gè)電磁閥失效不影響切斷閥的安全運行，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，后續的氣控閥將沒(méi)有氣動(dòng)控制信號，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(méi)有禁錮到位，導致電磁閥外面的熱水滲入電磁閥線(xiàn)圈，燒毀后面的2號電磁閥，前方的1號電磁閥也間歇性的出現故障，引發(fā)切斷閥間歇性的誤動(dòng)作。
三、后續補救——在線(xiàn)維護故障排查
這次事故以后儀表人員高度重視，與工藝溝通想咋開(kāi)車(chē)狀態(tài)下徹底的把現場(chǎng)的所有的緊急連鎖切斷閥上的電磁閥仔細檢查排查一邊，已確認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，不能現場(chǎng)檢查電磁閥以防止在排查過(guò)程中人為的觸發(fā)連鎖，引起裝置停車(chē)，最后協(xié)商得到一個(gè)方案，在儀表人員拿出一套預防應急措施情況下可以進(jìn)行在線(xiàn)維護故障排查工作。，
要想制定保證生產(chǎn)的應急措施，那么就要保證切斷閥在現場(chǎng)維護電磁閥中不會(huì )出現動(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(guò)下圖的標注來(lái)分析，正常運行狀態(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)儀表信號風(fēng)，于是氣控閥工作在氣控狀態(tài)綠色圖示1。當兩個(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。
在制定應急處理預案中，儀表人員圍繞的是怎樣保證生產(chǎn)的安全連續進(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，在維護排查工作中得到了使用，確保切斷閥的安全狀態(tài)運行，現具體的分析如下。
根據現場(chǎng)切斷閥上的氣控閥的構造和工作原理，設計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(kāi)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(kāi)閥泄壓孔處。其連接圖如下。
分析此時(shí)的工作原理，當維護電磁閥前，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)控制儀表信號風(fēng)沒(méi)有中斷，其氣控閥工作在正常的開(kāi)閥狀態(tài)，此時(shí)拆卸氣控閥的關(guān)閥輸出端，沒(méi)有儀表風(fēng)輸出，連接好軟管后，進(jìn)行電磁閥的維護。
當一個(gè)電磁閥損壞，而在維護另一個(gè)好的電磁閥不當而造成兩個(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(kāi)閥排大氣，但由于用軟管把氣控閥的關(guān)閥端與開(kāi)閥排大氣端連接起來(lái)，此時(shí)氣動(dòng)閥輸出的儀表風(fēng)仍然通入切斷閥開(kāi)閥氣缸側，切斷閥仍然處于開(kāi)閥狀態(tài)，保證了生產(chǎn)的安全連續進(jìn)行。
當對緊急切斷閥的兩個(gè)電磁閥都維護維修完成，檢測合格后，在拆掉連接軟管，把氣控閥的氣路回復先前狀態(tài)，此時(shí)就能安全完成了一個(gè)緊急切斷閥的在線(xiàn)維護。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(xiàn)維護，而不會(huì )對生產(chǎn)造成任何影響。
通過(guò)對緊急連鎖切斷閥的這種在線(xiàn)維護，消除了安全儀表SIS系統本身硬件損壞而可能帶來(lái)的誤動(dòng)作，而引發(fā)的停車(chē)事故，增強了安全儀表系統的安全穩定性，此種方法已經(jīng)在廠(chǎng)內其余的安全儀表系統中推廣使用。