SIS系統(tǒng)緊急切斷閥的在線維護及安全問題
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)，在國內的危險化工生產(chǎn)中逐漸得到應用，特別是近年來國家對安全生產(chǎn)的不斷重視，對新建的化工生產(chǎn)從項目設計之初就進行安全危險評估，根據(jù)危害等級重要程度設立安全儀表系統(tǒng)，這種設計屬于一種強制性規(guī)范，用戶方?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(tǒng)。
安全儀表系統(tǒng)應用越來越多，但其維修維護尤其是在開車狀態(tài)下的故障處理經(jīng)驗卻非常欠缺。因為安全儀表系統(tǒng)在正常的生產(chǎn)中是不進行動作的，雖然安全儀表系統(tǒng)的各種檢測儀表、控制系統(tǒng)都在正常的運轉，但作為安全儀表系統(tǒng)最重要的一個環(huán)節(jié)——執(zhí)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(wěn)定性造成執(zhí)行機構的切斷閥長期處于不動作狀態(tài)，其本身具有的缺陷、隱患以及非動作性故障都無法體現(xiàn)出來，甚至有的切斷閥在長時間不動作過程中已經(jīng)失效。當危險將要發(fā)生，安全儀表SIS系統(tǒng)做出應急安全處理，形成連鎖事件的時候，作為最關鍵的執(zhí)行機構卻不動作，造成安全儀表系統(tǒng)失去作用，而無法避免裝置的危險發(fā)生，使安全儀表系統(tǒng)成為擺設。
任何設備都有出現(xiàn)故障的時候，安全儀表系統(tǒng)也不例外。特別是現(xiàn)場的執(zhí)行機構緊急切斷閥，長期處于惡劣的現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境中，經(jīng)受溫度、濕度、灰塵、振動、電磁干擾、雨水、油污，甚至外力破壞，其性能會逐漸下降，甚至突然失靈，觸發(fā)連鎖引起誤動作，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(tǒng)現(xiàn)場執(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(tǒng)各個環(huán)節(jié)的安全穩(wěn)定性，如：現(xiàn)場工藝各種參數(shù)的檢測大都使用了三取二的儀表檢測模式;控制系統(tǒng)本身的各種卡件、網(wǎng)絡通訊模塊使用了雙重甚至三重冗余模式;現(xiàn)場的執(zhí)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(tǒng)本身的硬件原因而引起的系統(tǒng)誤動作觸發(fā)連鎖或不動作而不發(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。檢測儀表系統(tǒng)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的進行而不會對導致系統(tǒng)出現(xiàn)連鎖動作狀態(tài)。但現(xiàn)場的執(zhí)行機構的緊急切斷閥卻無法在線進行維護和維修，這給生產(chǎn)的安全運行帶來隱患。
安全儀表系統(tǒng)的執(zhí)行機構突發(fā)故障而觸發(fā)連鎖，造成生產(chǎn)裝置停車的事故時有發(fā)生?，F(xiàn)就廠里一套柴油加氫裝置加熱爐燃氣進料安全儀表系統(tǒng)中的緊急切斷閥突發(fā)異常造成切斷閥關閉，而使加熱爐燃氣進料被切斷，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)的切斷閥在線維護改進措施進行簡單概述。
一、故障經(jīng)過
2016年4月16日，廠內新建的一套120萬噸/年柴油加氫裝置正處于開車狀態(tài)，晚9點43分，調度突然打來電話告知，加氫裝置加熱爐燃氣進料閥連鎖關閉，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，，到達中控室后操作人員告知，現(xiàn)場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多小時，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)，工藝操作人員嚴禁儀表維修人員到現(xiàn)場查看切斷閥上安裝的兩個電磁閥的狀況，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25分，調度再次電話，說加氫加熱爐燃氣進料閥再次發(fā)生連鎖，造成加熱爐停車。趕往中控后，確認安全儀表系統(tǒng)中的燃氣回路處于旁路狀態(tài)，檢查盤后接線處及保險正常，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)錯誤），正在查找期間，切斷閥自行回復正常，但在晚11點50分時切斷閥再一次出現(xiàn)故障緊急關閉。儀表人員緊急趕往現(xiàn)場切斷閥處查看，以求找到故障原因。
在對現(xiàn)場燃氣切斷閥上面的兩個冗余電磁閥檢查中發(fā)現(xiàn)，兩電磁閥分別進水，其中一個電磁閥線圈已經(jīng)燒壞，另一個也出現(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正常。
下圖為出現(xiàn)故障的燃氣緊急切斷閥的現(xiàn)場圖片，從圖片中可以看到，供應加熱爐的燃氣管線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)場緊急故障處理過程中，尋找電磁閥進水的原因，是因為電磁閥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損壞，一個處于間歇故障狀態(tài)，從而造成切斷閥間歇性的出現(xiàn)自動關閉，引起加熱爐燃氣切斷造成停車。
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)生危險時，緊急切斷工藝管線內介質的流動，達到安全停車的目的，設置雙電磁閥是為了提高電磁閥本身的可靠性；二是切斷閥開關氣路的控制部分，其核心部件是一個氣動的指揮閥——氣控閥；三是切斷閥本身開關的信號反饋，目的是實現(xiàn)安全儀表SIS系統(tǒng)的自動控制，以及工藝操作人員對現(xiàn)場閥門開關的確認。
進一步分析雙電磁閥的氣路構造，可以得出一個電磁閥失效不影響切斷閥的安全運行，但如果兩個電磁閥都失效，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控制信號，而造成氣控閥動作切換，引起切斷閥動作。而這次故障的原因，就是兩個電磁閥上方的密封蓋沒有禁錮到位，導致電磁閥外面的熱水滲入電磁閥線圈，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(xiàn)故障，引發(fā)切斷閥間歇性的誤動作。
三、后續(xù)補救——在線維護故障排查
這次事故以后儀表人員高度重視，與工藝溝通想咋開車狀態(tài)下徹底的把現(xiàn)場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)進行的狀況下，不能現(xiàn)場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)商得到一個方案，在儀表人員拿出一套預防應急措施情況下可以進行在線維護故障排查工作。，
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(xiàn)場維護電磁閥中不會出現(xiàn)動作切換，那么就要圍繞切斷閥上的氣控閥進行研究，首要做到的就是明白氣控閥各部分的功能及工作原理。
下圖就是氣動閥氣路中各部分的作用圖
進一步分析氣控閥的切換條件，可通過下圖的標注來分析，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儀表信號風，于是氣控閥工作在氣控狀態(tài)綠色圖示1。當兩個電磁閥同時斷電后，電磁閥的氣路被切斷，此時電磁閥輸出到氣控閥的氣動儀表信號風通大氣壓力為零，于是氣控閥處于初始的失氣狀態(tài)，此時氣動閥狀態(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(xù)進行，怎樣確保排查工作中不會造成切斷閥的異常關閉。最后在實際查看后想到了一個確保切斷閥不會緊急切斷的方法，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(xiàn)具體的分析如下。
根據(jù)現(xiàn)場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，切斷閥不動作的方案，那就是時刻保證處于切斷閥開閥氣缸的儀表風壓力正常，那么可以把氣控閥輸出的關閥出口的接口卸下，使用一個軟連接管連接到氣控閥開閥泄壓孔處。其連接圖如下。
分析此時的工作原理，當維護電磁閥前，如果兩個電磁閥保持良好，或者一個損壞另一個工作，那么氣控閥的氣動控制儀表信號風沒有中斷，其氣控閥工作在正常的開閥狀態(tài)，此時拆卸氣控閥的關閥輸出端，沒有儀表風輸出，連接好軟管后，進行電磁閥的維護。
當一個電磁閥損壞，而在維護另一個好的電磁閥不當而造成兩個電磁閥同時失效時，電磁閥控制的氣控閥的氣動控制儀表風被切斷，氣控閥進行狀態(tài)切換，此時氣控閥的氣路輸出變成關閥通風，開閥排大氣，但由于用軟管把氣控閥的關閥端與開閥排大氣端連接起來，此時氣動閥輸出的儀表風仍然通入切斷閥開閥氣缸側，切斷閥仍然處于開閥狀態(tài)，保證了生產(chǎn)的安全連續(xù)進行。
當對緊急切斷閥的兩個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)，此時就能安全完成了一個緊急切斷閥的在線維護。同樣的方法用這根軟管可以進行其他的連鎖切斷閥的在線維護，而不會對生產(chǎn)造成任何影響。
通過對緊急連鎖切斷閥的這種在線維護，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作，而引發(fā)的停車事故，增強了安全儀表系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，此種方法已經(jīng)在廠內其余的安全儀表系統(tǒng)中推廣使用。