Неисправности регулирующих клапанов в химических заводах, приводящие к сбоям в их работе.

— С точки зрения THINKTANK Инженеры по регулирующим клапанам

Почему мы не определяем надежность регулирующих клапанов по условиям нормальной работы?

Как инженеры в THINKTANKЗачастую мы подключаемся к процессу уже после того, как экскурсия на предприятие состоялась.

Во многих из этих случаев, согласно отчетам, регулирующий клапан «работал нормально» до инцидента:

• Клапан корректно реагировал на команды контроллера.
• Обратная связь по ходе движения соответствовала выходным данным системы DCS.
• Никаких посторонних шумов или заеданий не наблюдалось.

Однако растение всё равно споткнулось.

По нашему опыту, это обычно означает одно:

Проверка клапана на работоспособность в нештатных условиях никогда не проводилась — только на предмет нормального управления.

Безопасность регулирующего клапана не подтверждается в процессе стабильной работы.
Это доказывает его безопасность. в момент потери сигнала, питания или связи.

Как мы объясняем клиентам истинное значение понятия «неудовлетворительная позиция».

При обсуждении технических характеристик регулирующих клапанов с заказчиками мы всегда уточняем один момент в самом начале:

Неудачная позиция — это не является механической гарантией.
Это инженерное предположение Это необходимо подтвердить на месте.

На химических заводах типичные действия в случае отказа включают в себя:

• Fail Open (FO)
• Fail Close (FC)
• Блокировка при отказе (FLO)
• Закрытие блокировки при сбое (FLC)

Эти определения описывают что должен делать клапан когда происходит сбой.
Они не описывают что именно будет делать клапан если только вся цепочка управления не будет работать должным образом.

Эта цепочка управления включает в себя:

• Поведение аналогового выхода DCS
• Логика управления питанием и конфигурацией позиционера
• Пневматическая маршрутизация
• Направление отказа исполнительного механизма

Если какой-либо участок этой цепи ведет себя иначе, указанное на чертежах положение отказа теряет смысл.

Мы часто помогаем клиентам анализировать причины потери сигнала.

Один из типичных случаев, которые мы наблюдали на химических заводах, происходит во время нормальной работы, а не во время запуска.

Что произошло на месте:

• Выходной сигнал DCS упал ниже минимального диапазона, требуемого интеллектуальным позиционером.
• Позиционер отключился.
• Согласно проекту, клапан должен был выйти из строя в закрытом положении.
• В действительности клапан оставался полностью открытым.
• Устройство немедленно сработало.

Каковы были первоначальные убеждения команды завода:

«Потеря сигнала должна автоматически приводить к сбою».

Что мы обнаружили в ходе инженерного анализа:

1. В ходе ввода в эксплуатацию проводились только проверки контура и калибровка хода поршня.
2. Поведение, связанное с потерей сигнала, никогда не проверялось физически.
3. Механизм прямого/обратного действия позиционера был модифицирован для коррекции несоответствия показаний.
4. Влияние этого изменения на поведение пользователей при сбоях так и не было повторно подтверждено.

Клапан работал безупречно — до тех пор, пока не потребовалось безопасно его отказать.

Почему проверка петель и тесты на ударную нагрузку не выявляют этот риск

Многие процедуры ввода в эксплуатацию сосредоточены на:

• Согласование между выходным сигналом DCS и положением клапана
• Линейная зависимость от хода поршня.
• Стабильная работа в автоматическом режиме.

Эти тесты подтверждают точность управления, Не поведение при отказе.

Обнаружить аварию, приводящую к потере сигнала, можно только в том случае, если в ходе теста преднамеренно создаются следующие условия:

• Полное прерывание сигнала
• Потеря питания позиционера
• Независимый отказ системы подачи воздуха

Если эти условия не проверены, то сбойное поведение существует лишь как теоретическое предположение.

Интеллектуальные позиционеры: повышение точности за счет выявления скрытых причин отказов.

Интеллектуальные позиционеры значительно улучшают качество управления, но также создают риски, связанные с настройкой системы.

В полевых условиях мы часто видим, как вносятся корректировки в:

• Прямое/обратное действие
• Диапазон входного сигнала
• Внутренние логические параметры

Эти изменения обычно вносятся для решения проблем с индикацией или настройкой.
Однако они могут незаметно изменять поведение клапана при потере питания или сигнала.

Это объясняет, почему происходит много аварий, связанных с неисправностью в месте отказа. спустя несколько месяцев после ввода в эксплуатациюне во время первоначального запуска.

Как THINKTANK Инженеры устраняют неполадки, связанные с потерей сигнала.

При оказании поддержки клиентам, столкнувшимся с этой проблемой, мы не производим немедленную замену оборудования.

Мы начинаем с проверка логики сбоя, шаг за шагом.

Имямы проверяем истинную потерю сигнала.

• Принудительное перемещение AO ниже рабочего диапазона позиционера.
• Наблюдение за фактическим движением клапана, а не за ожидаемым поведением.

Во-вторыхмы разделяем режимы отказов

• Потеря сигнала
• Потеря мощности
• Потеря воздуха

Каждое условие проверяется независимо.

В третьих, мы рассматриваем всю цепочку управления.

• Логика действий DCS AO
• Конфигурация позиционера
• Направление отказа исполнительного механизма
• Пневматические соединения

Только после проведения этого анализа мы принимаем решение о необходимости внесения изменений в аппаратную часть.

Технические корректировки, которые мы обычно рекомендуем

После появления THINKTANK Инженеры занимаются устранением неполадок, связанных с потерей сигнала, а наши усилия по исправлению ситуации сосредоточены на следующем: сделать поведение при сбоях предсказуемыма не просто восстановление нормального контроля.

На основе многолетнего опыта эксплуатации химических заводов мы обычно рекомендуем следующие инженерные корректировки.

Во-первых, поведение в точке отказа необходимо физически проверить, а не предполагать.
Каждый регулирующий клапан следует проверить в условиях, действительно отличающихся от нормальных, включая:

• полная потеря управляющего сигнала.
• Потеря питания позиционера,
• и утечка воздуха из прибора.

Факт неисправности следует подтверждать наблюдением за реальным движением клапана на месте, а не выводить из настроек конфигурации или чертежей.

Во-вторых, логика действий во всей цепочке управления должна быть максимально простой и согласованной.
Наш опыт показывает, что ненужные отмены действий являются распространенной причиной сбоев, приводящих к потере сигнала.

Мы обычно рекомендуем:

• Настройка аналогового выхода (АО) системы DCS следующим образом: клапаны прямого действия для открытия воздухом,
• Настройка DCS AO следующим образом клапаны обратного действия для закрытия воздушных клапанов,
• сохраняя По возможности используйте позиционер клапана, установленный на месте эксплуатации, в режиме прямого действия.,
• и выполнение необходимой логической инверсии на более высоких уровнях системы, а не внутри позиционера.

Такой подход упрощает понимание и тестирование причин сбоев, а также делает систему менее чувствительной к изменениям конфигурации.

В-третьих, любое изменение конфигурации позиционера должно инициировать обязательное повторное тестирование на предмет сбоя.
Такие корректировки, как:

• изменения прямого/обратного действия,
• изменение диапазона сигнала,
• или внутренней настройки логики

Они могут не влиять на нормальное управление, но могут коренным образом изменять поведение клапана при потере сигнала или питания.
Эти изменения ни в коем случае нельзя принимать без повторной проверки на наличие ошибок.

В-четвертых, ограничения выходной мощности системы управления технологическими процессами (DCS) следует устанавливать целенаправленно.
Для предотвращения непреднамеренной потери питания позиционера необходимо определить минимальные значения AO, если только потеря сигнала не предусмотрена намеренно в рамках логики безопасности.
Неконтролируемое падение уровня AO является распространенной и часто упускаемой из виду причиной аварий, связанных с положением отказа.

Наконец, проверку поведения при сбоях следует рассматривать как требование приемки, а не как формальность при вводе в эксплуатацию.
Мы рекомендуем документировать результаты испытаний в неисправном положении в рамках пакета документов, передаваемого заказчику, особенно после технического обслуживания, замены трубопроводов или навесного оборудования.

С нашей точки зрения, эти исправления не представляют собой сложности.
Они просто обеспечивают соблюдение основного инженерного принципа:

Надежность регулирующего клапана обеспечивается только в том случае, если механизм его отказов полностью изучен, протестирован и воспроизводим.

Наш инженерный вывод

Из издания THINKTANK С инженерной точки зрения, аварии регулирующих клапанов редко являются следствием некачественной конструкции клапана.

Они являются результатом непроверенные предположения скрытые внутри систем, которые, казалось бы, работают безупречно.

Регулирующий клапан безопасен не потому, что он хорошо регулирует поток воздуха,
а потому, что Оно выходит из строя именно так, как и ожидали инженеры..