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让ESD控制阀更安全，ESD控制阀的PST部分行程测试功能

首选介绍几个基本的概念，所谓ESD(Emergency shunt down)和ESV(Emergency vent valve)阀门即是紧急切断阀和紧急排放阀。具有以下特点：防止工艺的重大事故；只有在紧急情况下动作；在极端苛刻工况下阀门的动作；要求测试来保证设备的正常运行；是安全仪表系统SIS中最重要的部分之一；也是安全仪表系统SIS最不可靠的部分。 为什么要对ESD和ESV阀门进行功能测试？因为只有测试才能证明阀门的真实运行状况，只有测试才能达到相应的SIL(Safety Integrity Level)安全完等级，只有测试是系统对真实状况的反应。而测试又分为两种，一种是离线测试，一种是在线测试。离线测试是最基本的要求，但是工厂必须停车。手动和自动在线测试是对离线测试的一种补充手段。手动的在线测试需要非常高的投资成本和人力成本，而且手动在线测试过程中有人为因素影响和安全连锁回路暂时失效的风险。所以目前自动的在线测试越来越受到用户的青睐。 PST部分行程测试是自动在线测试的一种，阀门在不影响工厂正常运行的条件下局部行程动作(例如从100%全开状态关到80%，然后回到100%全开)，以此来证明阀门的完好性。
对ESD阀门来说，安全是最重要的。流程工业的现场仪表安全等级一般都要符合SIL2或SIL3，从而使整个系统达到安全系统等级的要求。现在ESD阀门的安全等级基本上都达到SIL3，也有少数厂家达到SIL4。在生产过程中，ESD阀门需要定期检修，传统的方式是采用现场安装测试盘柜(约 1.5万美元)，采用人工的方法进行检测。这种方式的测试成本高，间隔时间也比较长，且效果并不理想，因为和操作人员的经验有关。现在，多数厂家推出具有 PST功能的ESD定位器，使ESD阀门的安全性能得到提高和保障。通过PST功能测试，最重要的是提高了ESD阀门的安全等级。比如一个SIL2的 ESD阀门，一年平均作4次PST测试，如果全部合格，那么实际上这个ESD阀门达到了SIL3等级；从另一个方面说，PST测试使ESD阀门的工作时间在满足要求的情况下延长很多。还有，PST测试基本上对过程工艺没有影响，在这种情况下，却可以得到ESD阀门包括ESD定位器的详细的诊断信息，如果有问题，就会在早期诊断出来，从而让用户采取有效的维护措施。另外，PST功能与常规检测相比，可以节省成本，包括节省现场人工测试所用的盘柜，节省拆装阀门的成本，节省了一些维修保养的成本等。
PST的应用现状： PST技术是随着阀门检测技术发展起来的。因为阀门检测技术的需求，智能阀门定位器厂家把PST加入到智能诊断功能中，作为智能定位器的一项扩展功能，提供对安全阀门的一般故障诊断。PST功能作为ESD定位器的一个重要功能为越来越多的工程设计人员和用户所熟悉。目前，从各个ESD定位器生产厂家来看，名义功能基本一致，但是，从工程实践上来看，每家产品还不尽相同。ESD定位器有些带内部压力传感器，而有些则没有。没有压力传感器，则对某些PST功能仅能做定性分析，带有压力传感器，则可以做定量分析，比如弹簧上下限的弹力，摩擦力数值分析等。
PST技术目前在石化行业特别是在欧美国家已经得到大范围的应用。在国内的部分合资企业(中海壳牌石油化工有限公司)以及大型国有石油化工企业(镇海炼化和独山子乙烯等)也得到了广泛的应用。为了确保在紧急状态下阀门的可用性，SIS阀门必须进行有规律的测试，目前采用的方法有气动面板、电磁脉冲、旁路阀和部分行程测试(PST)。 气动面板价格贵，每个高达1~1.5万美元 (不包括劳动力成本)，且测试过程复杂，属于劳动密集型。 电磁脉冲法不检验阀门实际运动，只测试电磁阀本身线圈是否容易烧毁。由于动作频繁，增加过程干扰的风险。 使用旁路阀测试成本高，耗费时间长。测试不能频繁进行，需要额外的管道及连接件。 最好的方法就是采用部分行程测试(PST)利用PST技术可以增加或取得期望的SIL等级检验。 由于PST测试操作自动化，可以人工设置测试的时间，行程大小等，减少了工人犯错的机会，风险较低。而且由于整个过程不需要额外的管道，电缆，旁路阀，大大减少的资金投入。由于PST的优越性，现在已经有越来越多的大型项目利用PST功能来进行SIS系统的测试。 具有PST功能的产品 邴勇：Masoneilan新推出了SVI II ESD定位器，包含了ESD功能和PST功能，安全等级达到了SIL3。SVI II ESD定位器采用模块化的设计，RISC结构，内部集成多种传感器，其中包含4个压力传感器。通过PST功能测试，可以检测阀门摩擦力并计算具体数值，可以计算膜头压力、压力差、弹簧范围和响应时间。通过软件，可以看到阀门PST测试的阀位-压力变化的趋势图。这些数据，通过Hart通信传到SIS系统中进行进一步的分析和诊断。SVI II ESD可以给用户提供70多组阀门诊断信息给用户进行分析。SVI II ESD具有1个模拟信号输入(4-20mA)，1个模拟信号输出(4-20mA，用于阀位变送)，ESD输入(0-24Vdc)，2个DO(1A， 24Vdc)，1个DI(开关信号输入)，1个PV(1-5Vdc)，并且带LCD显示屏和现场操作按钮(按钮可以设定操作员等级权限)。PST功能可以同过以下四种方式启动：模拟信号电流，就地操作按键，内置的控制器，Hart通信。其中模拟4-20mA信号的方式仅需要一对信号线就可以通过设定电流启动安全功能。另外，SVI II ESD还具有TBT自主测试功能，EXT全行程诊断功能。 SVI II ESD的软件为ValVue2 ESD，可以方便的集成到SIS中。针对不同的SIS厂商，我们有专用的插入软件，比如用于横河的PRM PLUG-IN ESD。美卓自动化流体控制部拥有两个著名阀门品牌：Neles和Jamesbury。具有五十余年专业阀门生产制造经验。美卓自动化于1999年推出了创新的Neles Valvguard，Neles Valvguard是高度集成的智能安全系统。具有阀门自动PST和实时在线诊断功能，所有的测试结果储存在现场存贮器中。Neles Valvguard是专门应用于紧急切断阀和紧急排放阀的智能产品， 它替代了传统的电磁阀控制方案。Neles Valvguard实现了自动PST紧急切断阀和紧急排放阀，PST在不影响工艺流程控制的情况下，阀门小行程动作以测试阀门性能，同时把现场阀门状态(OK，警告和报警)及时反馈到控制室。优化了工厂生产，使预测性维修成为可能，减少了那些定期高成本的手动测试。从长远看，在不影响工厂安全的前提下，大大降低了工厂的维修和运营成本。 Neles ValvGuard电源输入为24Vdc，两线制。可以和市场上所有知名的阀门执行机构相匹配。 也可以和快速排气阀，气控阀，增速器等配合运用。 Neles Valvguard具有使用方便、在线实时诊断、在线行程测试等特点，同时拥有TUV 证书(SIL3级)和CE Mark认证。Valvguard可用于紧急切断阀，紧急排放阀和其他重要场合的开关阀。 艾默生过程控制公司可以提供完整的SIS解决方案，其中DVC6000数字阀门控制器可以用于PST测试中。DVC产品可以提高系统的可利用程度，由于利用DVC进行PST测试简单而可靠，任何时间都可进行，这就提高了系统在需要时即可使用的可能性。利用Valvelink软件可以实时检测阀门运行状况，并且可以进行“阀门性能退化分析”，这对于ESD阀门来说很重要，同时也可减少有计划的维护量。当进行测试时，如果任何原因阀门粘住了， DVC不会将执行机构气压全部释放，这为了保证测试时阀门不会突然关上，干扰工艺过程。一旦阀门有粘住的现象，DVC会通过HART通讯器或者AMS软件发出阀门粘住的报警信号，并且Valvelink软件会自动进行系统记录跟踪。 DVC的功能包括PST测试，技术员可以通过远离阀门的按钮使阀门运动到一个预先设定值。设定值可以最多到全行程的30％。利用DVC进行阶跃响应测试和阀门特性测试，可以用来测试阀门在系统中的运行情况以及阀门本身的健康状况。 利用Valvelink软件可以自动进行诊断测试而无需人工干预。在软件中可以设置进行PST测试的周期，软件会自动定时进行PST测试，并会把测试结果保存下来；如果测试失败，阀门粘住了，Valvelink软件会自动停止测试并且给系统发出阀门粘住的警告。
PST的发展趋势 安全问题变得日益重要，许多发达国家都制定了相应的仪表安全标准，一些大型跨国企业甚至制定了自己企业的仪表安全规范，利用智能定位器对 ESD阀门进行部分行程测试由于其简便易行，省时省力的特点，正在越来越受到重视，并且已经有很多成功应用的事例。在国内，随着我国经济的发展，安全生产正越来越受到重视，我们相信PST技术会被越来越多的国内厂家采用。
美卓自动化公司认为将来PST技术的发展主要集中在以下几个方面： 1.控制器模拟紧急连锁自动测试。控制器具有全行程，全速的阀门自动测试功能，来模拟连锁激发时阀门的动作状况。 2.控制器具有更大的通气量。现在工厂的生产规模越来越大，这样就需要更大尺寸的阀门和更快的动作时间。所以PST技术就需要更大的通气量以满足客户的需求。 3.控制器具有实时时间显示功能。目前的控制器只能显示阀门的总计运行时间(如48小时就代表阀门运行了2天时间)。如果具有实时时间显示功能便于追踪阀门的故障和报警。 将来越来越多的工厂会选择智能的ESD紧急切断阀门，而智能ESD紧急切断阀门都会应用PST自动局部行程测试技术，因为PST自动局部行程测试技术会提供阀门的在线诊断信息和停车检修的计划，使预测性维护成为可能，当然未来现场总线技术的发展和普及也会给PST技术带来更多的机遇。
PST技术的发展方向应该是更加智能化，同时成本会越来越低，应用也越来越广。PST技术现阶段主要用于ESD阀门，但是这并不是说只能用于 ESD阀门。对某些没有条件作全部行程测试的阀门或作全行程测试成本昂贵的阀门，都可以用PST技术进行检测。随着这种需求的发展，越来越多的具有针对性的信息需要被检测出来，所以PST技术的智能化程度越来越高也是必然趋势。随着软硬件的发展，越来越多的检测功能也会被加入到诊断要求中，PST技术检测的内容也会越来越丰富。PST技术会随着阀门技术和安全规范的发展而不断发展。 现在国内ESD阀门上应用ESD阀门定位器的还比较少，但是随着技术和工程应用的推广，用户认识到使用ESD阀门定位器会提高安全系统的等级，并且最终能够带来效益，那么用户会接受并使用这种产品，最终会使PST技术得到更大范围的应用。 从更广的应用范围来讲，如果加入PST功能的成本比较便宜，那么一般的智能阀门定位器也会集成这种功能，从而使普通的阀门也可以应用这项技术。对流程工业来说，由于不希望停车作阀门的性能诊断测试，也不希望过程有很大的扰动，所以PST测试也是诊断阀门的重要手段之一。
PST的由来 功能安全技术是当前热点。在用于安全目的的安全相关系统中，执行安全功能的安全仪表系统SIS(Safety Instrumented System)非常重要。如何执行IEC 61508《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》及IEC 61511《过程工业部门仪表安全系统的功能安全》国际标准，确保基于安全仪表系统的功能安全是流程工业关注的重点。流程工业中的大型装置和大型旋转设备很早就设计有安全信号联锁、安全停车系统和继电器/电子插卡的紧急停车系统，并随科技进步而不断改进、随新理念新标准而不断发展，从继电器、PLC、安全模块过渡到数字化智能化的新型安全仪表系统SIS。 在安全仪表系统SIS内的紧急停车系统ESD(Emergency Shutdown Device)在90年代后得到长足发展，它本着安全独立的原则要求，ESD功能从DCS(过程控制系统)中独立出来，且安全级别高于DCS，以其实时、直接、快速反应、高可靠性和灵活性得到最终用户好评。紧急停车系统ESD的硬件冗余、故障诊断、回路安全和降低过程风险都有全面的解决方案，对于回路的终端控制元件——ESD控制阀，也设计有PST(Partial stroke testing)部分行程测试功能。早期PST功能由安全系统的上位机执行，随着阀门定位器数字化智能化和控制阀预测性诊断技术逐渐完善，PST功能集成到终端控制元件。带有PST功能和自诊断的ESD控制阀就成为SIS/ESD系统中落实功能安全的重要组成。
在ESD控制阀没有数字化应用、不是现场智能设备时，PST是由SIS/ESD系统上位执行。当时的ESD控制阀基本上是切断阀加电磁阀和阀位开关的组合，虽然可以由系统进行部分行程测试但仅是电磁阀动作和阀位开关回馈信号，可以监测到阀门动作，并没有更多的信息供系统分析。 随着数字式阀门定位器的推出和控制阀诊断技术的发展，用于SIS/ESD系统中的终端控制元件，不论是开关动作的切断控制阀，还是调节流体量的控制阀，数字解决方案是业内共识，PST功能由上位执行转移集成到数字化的终端控制元件进行，监测诊断信息通信到ESD系统，并支持开放的 FDT/DTM、EDDL。 FISHER、NELES、SAMSON、Foxboro_Eckardt、Masoneilan等控制阀制造厂家先后推出了具有PST功能的数字式ESD阀门控制器/定位器，其PST功能在线测试中同时测量阀门位置(行程)、给定信号、设定点偏差、输出控制信号、时间值等，分析参数有相对于幅值变化的超调、死区、T63、T98、上升时间和响应时间等。除此之外，系统还可获取控制阀常规信息和自诊断信息。