SIS系統(tǒng)緊急切斷閥的在線(xiàn)維護(hù)及安全問(wèn)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(guó)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(lái)國(guó)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(hù)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(lái)越多,但其維修維護(hù)尤其是在開(kāi)車(chē)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(zhǎng)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(xiàn)出來(lái),甚至有的切斷閥在長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)作過(guò)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(wú)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(zhǎng)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(lái)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(wú)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(wú)法在線(xiàn)進(jìn)行維護(hù)和維修,這給生產(chǎn)的安全運(yùn)行帶來(lái)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(chē)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(chē)事故的經(jīng)過(guò),緊急故障排除,以及后續(xù)的切斷閥在線(xiàn)維護(hù)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,廠內(nèi)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(diào)度突然打來(lái)電話(huà)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(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(dá)中控室后操作人員告知,現(xiàn)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(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(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(diào)度再次電話(huà),說(shuō)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(chē)。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(pán)后接線(xiàn)處及保險(xiǎn)正常,懷疑是安全儀表系統(tǒng)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(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(xiàn)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€(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(xù)的調(diào)節(jié)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(xiàn)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?yàn)殡姶砰y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(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\?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(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(xiàn)內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng),達(dá)到安全停車(chē)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(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——?dú)饪亻y;三是切斷閥本身開(kāi)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(mén)開(kāi)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(méi)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(méi)有禁錮到位,導(dǎo)致電磁閥外面的熱水滲入電磁閥線(xiàn)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(xiàn)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(kāi)車(chē)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(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(yù)防應(yīng)急措施情況下可以進(jìn)行在線(xiàn)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(guò)下圖的標(biāo)注來(lái)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(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(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(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(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(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(cè),切斷閥仍然處于開(kāi)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(xiàn)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(xiàn)維護(hù),而不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成任何影響。
通過(guò)對(duì)緊急連鎖切斷閥的這種在線(xiàn)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(lái)的誤動(dòng)作,而引發(fā)的停車(chē)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。