I test di verifica sono parte integrante del mantenimento dell'integrità di sicurezza dei nostri sistemi strumentati di sicurezza (SIS) e dei sistemi correlati alla sicurezza (ad esempio, allarmi critici, sistemi antincendio e antigas, sistemi di interblocco strumentati, ecc.). Un test di verifica è un test periodico per rilevare guasti pericolosi, testare le funzionalità correlate alla sicurezza (ad esempio, reset, bypass, allarmi, diagnostica, spegnimento manuale, ecc.) e garantire che il sistema soddisfi gli standard aziendali ed esterni. I risultati dei test di verifica sono anche una misura dell'efficacia del programma di integrità meccanica del SIS e dell'affidabilità del sistema sul campo.
Le procedure di test di prova coprono le fasi del test, dall'acquisizione dei permessi, all'emissione delle notifiche e alla messa fuori servizio del sistema per i test, fino alla garanzia di test completi, alla documentazione del test di prova e dei suoi risultati, alla rimessa in servizio del sistema e alla valutazione dei risultati dei test attuali e dei risultati dei test di prova precedenti.
La norma ANSI/ISA/IEC 61511-1, Clausola 16, riguarda i test di verifica dei sistemi di sicurezza automatizzati (SIS). Il rapporto tecnico ISA TR84.00.03 – “Integrità meccanica dei sistemi di sicurezza strumentati (SIS)” riguarda i test di verifica ed è attualmente in fase di revisione, con una nuova versione prevista a breve. Il rapporto tecnico ISA TR96.05.02 – “Test di verifica in situ delle valvole automatizzate” è attualmente in fase di sviluppo.
Il rapporto HSE del Regno Unito CRR 428/2002 – “Principi per i test di verifica dei sistemi di sicurezza strumentati nell’industria chimica” fornisce informazioni sui test di verifica e su cosa stanno facendo le aziende nel Regno Unito.
Una procedura di test di prova si basa sull'analisi delle modalità di guasto pericolose note per ciascuno dei componenti nel percorso di intervento della funzione strumentata di sicurezza (SIF), sulla funzionalità della SIF come sistema e su come (e se) testare la modalità di guasto pericolosa. Lo sviluppo della procedura dovrebbe iniziare nella fase di progettazione della SIF con la progettazione del sistema, la selezione dei componenti e la determinazione di quando e come eseguire il test di prova. Gli strumenti SIS presentano diversi gradi di difficoltà nei test di prova, che devono essere considerati nella progettazione, nel funzionamento e nella manutenzione della SIF. Ad esempio, i misuratori a orifizio e i trasmettitori di pressione sono più facili da testare rispetto ai misuratori di portata massica Coriolis, ai misuratori magnetici o ai sensori di livello radar ad aria. Anche l'applicazione e la progettazione della valvola possono influire sulla completezza del test di prova della valvola, per garantire che guasti pericolosi e incipienti dovuti a degrado, ostruzione o guasti dipendenti dal tempo non portino a un guasto critico entro l'intervallo di prova selezionato.
Sebbene le procedure per i test di prova vengano in genere sviluppate durante la fase di progettazione SIF, dovrebbero essere riviste anche dall'Autorità Tecnica SIS del sito, dal reparto Operazioni e dai tecnici degli strumenti che eseguiranno i test. Dovrebbe essere inoltre effettuata un'analisi della sicurezza sul lavoro (JSA). È importante ottenere l'approvazione dell'impianto su quali test verranno eseguiti e quando, nonché sulla loro fattibilità fisica e di sicurezza. Ad esempio, non è utile specificare i test a corsa parziale quando il gruppo Operazioni non è d'accordo. Si raccomanda inoltre che le procedure per i test di prova siano riviste da un esperto in materia indipendente (SME). I test tipici richiesti per un test di prova a piena funzionalità sono illustrati nella Figura 1.
Requisiti per il test di verifica della funzionalità completa Figura 1: Una specifica per il test di verifica della funzionalità completa per una funzione strumentata di sicurezza (SIF) e il relativo sistema strumentato di sicurezza (SIS) dovrebbe specificare o fare riferimento ai passaggi in sequenza, dalla preparazione e dalle procedure di test alle notifiche e alla documentazione.
Figura 1: Una specifica di prova di funzionalità completa per una funzione strumentata di sicurezza (SIF) e il suo sistema strumentato di sicurezza (SIS) dovrebbe specificare o fare riferimento ai passaggi in sequenza, dalla preparazione e dalle procedure di prova alle notifiche e alla documentazione.
Il test di verifica è un'azione di manutenzione pianificata che deve essere eseguita da personale competente e formato sui test SIS, sulla procedura di verifica e sui loop SIS che andrà a testare. Prima di eseguire il test di verifica iniziale, è necessario illustrare la procedura e successivamente fornire feedback all'Autorità Tecnica SIS del sito per eventuali miglioramenti o correzioni.
Esistono due modalità di guasto principali (sicura o pericolosa), che a loro volta sono suddivise in quattro modalità: pericolosa non rilevata, pericolosa rilevata (mediante diagnostica), sicura non rilevata e sicura rilevata. In questo articolo, i termini "guasto pericoloso" e "guasto pericoloso non rilevato" sono usati in modo intercambiabile.
Nei test di verifica SIF, siamo principalmente interessati alle modalità di guasto pericolose non rilevate, ma se sono presenti diagnosi utente che rilevano guasti pericolosi, queste diagnosi dovrebbero essere sottoposte a test di verifica. Si noti che, a differenza delle diagnosi utente, le diagnosi interne del dispositivo in genere non possono essere convalidate come funzionali dall'utente, e questo può influenzare la filosofia del test di verifica. Quando si tiene conto delle diagnosi nei calcoli SIL, gli allarmi diagnostici (ad esempio, allarmi fuori range) dovrebbero essere testati come parte del test di verifica.
Le modalità di guasto possono essere ulteriormente suddivise in quelle testate durante un test di prova, quelle non testate e guasti incipienti o guasti dipendenti dal tempo. Alcune modalità di guasto pericolose potrebbero non essere testate direttamente per vari motivi (ad esempio difficoltà, decisioni ingegneristiche o operative, ignoranza, incompetenza, omissione o errori sistematici di commissione, bassa probabilità di accadimento, ecc.). Se sono note modalità di guasto che non saranno testate, è necessario compensarle nella progettazione del dispositivo, nella procedura di test, nella sostituzione o ricostruzione periodica del dispositivo e/o eseguire test inferenziali per ridurre al minimo l'effetto sull'integrità del SIF derivante dalla mancata esecuzione dei test.
Un guasto incipiente è uno stato o una condizione degradante tale per cui è ragionevole aspettarsi che si verifichi un guasto critico e pericoloso se non vengono intraprese tempestivamente azioni correttive. In genere, vengono rilevati confrontando le prestazioni con test di prova di riferimento recenti o iniziali (ad esempio, firme delle valvole o tempi di risposta delle valvole) o tramite ispezione (ad esempio, una porta di processo ostruita). I guasti incipienti sono comunemente dipendenti dal tempo: più a lungo il dispositivo o l'assieme è in servizio, maggiore è il suo degrado; le condizioni che facilitano un guasto casuale diventano più probabili, come l'ostruzione delle porte di processo o l'accumulo di sensori nel tempo, la scadenza della vita utile, ecc. Pertanto, più lungo è l'intervallo dei test di prova, maggiore è la probabilità di un guasto incipiente o dipendente dal tempo. Anche qualsiasi protezione contro i guasti incipienti deve essere sottoposta a test di prova (spurgo delle porte, tracciamento termico, ecc.).
È necessario redigere procedure per testare la funzionalità di test di verifica per guasti pericolosi (non rilevati). Le tecniche di analisi delle modalità e degli effetti di guasto (FMEA) o di analisi delle modalità, degli effetti e della diagnostica di guasto (FMEDA) possono aiutare a identificare guasti pericolosi non rilevati e a individuare i punti in cui è necessario migliorare la copertura dei test di verifica.
Molte procedure di test di prova sono scritte sulla base dell'esperienza e di modelli tratti da procedure esistenti. Nuove procedure e SIF più complesse richiedono un approccio più ingegnerizzato che utilizzi FMEA/FMEDA per analizzare i guasti pericolosi, determinare come la procedura di test li verificherà o meno e la copertura dei test. Un diagramma a blocchi dell'analisi delle modalità di guasto a livello macro per un sensore è mostrato nella Figura 2. L'FMEA in genere deve essere eseguita una sola volta per un particolare tipo di dispositivo e riutilizzata per dispositivi simili, tenendo conto delle loro capacità di servizio, installazione e test in sito.
Analisi dei guasti a livello macro Figura 2: Questo diagramma a blocchi dell'analisi della modalità di guasto a livello macro per un sensore e un trasmettitore di pressione (PT) mostra le funzioni principali che saranno in genere suddivise in più analisi di micro guasti per definire completamente i potenziali guasti da affrontare nei test funzionali.
Figura 2: Questo diagramma a blocchi dell'analisi della modalità di guasto a livello macro per un sensore e un trasmettitore di pressione (PT) mostra le funzioni principali che saranno in genere suddivise in più analisi di micro-guasti per definire completamente i potenziali guasti da affrontare nei test funzionali.
La percentuale di guasti noti, pericolosi e non rilevati sottoposti a test di verifica è chiamata copertura del test di verifica (PTC). La PTC è comunemente utilizzata nei calcoli SIL per "compensare" il guasto e testare in modo più completo il SIF. Si pensa erroneamente di aver progettato un SIF affidabile, considerando la mancanza di copertura del test nel calcolo SIL. In realtà, se la copertura del test è del 75% e si considera questo numero nel calcolo SIL e si testano più spesso le cose che si stanno già testando, statisticamente può ancora verificarsi il 25% dei guasti pericolosi. Di certo non vorrei rientrare in quel 25%.
I rapporti di approvazione FMEDA e i manuali di sicurezza per i dispositivi in genere forniscono una procedura minima di test di prova e una copertura di test di prova. Questi forniscono solo linee guida, non tutti i passaggi di prova necessari per una procedura completa di test di prova. Altri tipi di analisi dei guasti, come l'analisi dell'albero dei guasti e la manutenzione incentrata sull'affidabilità, vengono utilizzati anche per analizzare i guasti pericolosi.
I test di verifica possono essere suddivisi in test funzionali completi (end-to-end) o funzionali parziali (Figura 3). I test funzionali parziali vengono comunemente eseguiti quando i componenti del SIF hanno intervalli di test diversi nei calcoli SIL che non coincidono con gli arresti o i turnaround pianificati. È importante che le procedure di test di verifica funzionali parziali si sovrappongano in modo che insieme testino tutte le funzionalità di sicurezza del SIF. Con i test funzionali parziali, si raccomanda comunque che il SIF abbia un test di verifica end-to-end iniziale e altri successivi durante i turnaround.
I test di prova parziali dovrebbero sommarsi alla Figura 3: I test di prova parziali combinati (in basso) dovrebbero coprire tutte le funzionalità di un test di prova funzionale completo (in alto).
Figura 3: I test di prova parziali combinati (in basso) dovrebbero coprire tutte le funzionalità di un test di prova funzionale completo (in alto).
Un test di prova parziale verifica solo una percentuale delle modalità di guasto di un dispositivo. Un esempio comune è il test della valvola a corsa parziale, in cui la valvola viene spostata di una piccola quantità (10-20%) per verificare che non sia bloccata. Questo test ha una copertura di prova inferiore rispetto al test di prova all'intervallo di prova primario.
Le procedure di test di prova possono variare in complessità a seconda della complessità del SIF e della filosofia aziendale. Alcune aziende scrivono procedure di test dettagliate e dettagliate, mentre altre hanno procedure piuttosto brevi. Talvolta si ricorre a riferimenti ad altre procedure, come la calibrazione standard, per ridurre le dimensioni della procedura di test di prova e garantire la coerenza dei test. Una buona procedura di test di prova dovrebbe fornire dettagli sufficienti a garantire che tutti i test siano eseguiti e documentati correttamente, ma non così dettagliati da indurre i tecnici a saltare alcuni passaggi. Far sì che il tecnico responsabile dell'esecuzione della fase di test apponga le proprie iniziali può contribuire a garantire che il test venga eseguito correttamente. Anche l'approvazione del test di prova completato da parte del Supervisore dello Strumento e dei rappresentanti delle Operazioni ne sottolineerà l'importanza e garantirà un test di prova completato correttamente.
Il feedback dei tecnici dovrebbe sempre essere richiesto per contribuire a migliorare la procedura. Il successo di una procedura di test di verifica risiede in gran parte nelle mani dei tecnici, quindi è altamente raccomandato uno sforzo collaborativo.
La maggior parte dei test di prova viene in genere eseguita offline durante uno spegnimento o un'inversione di tendenza. In alcuni casi, potrebbe essere necessario eseguire i test di prova online durante l'esecuzione per soddisfare i calcoli SIL o altri requisiti. I test online richiedono pianificazione e coordinamento con il reparto operativo per consentire l'esecuzione del test di prova in sicurezza, senza interruzioni di processo e senza causare un intervento indesiderato. Basta un solo intervento indesiderato per esaurire tutti i vostri dati. Durante questo tipo di test, quando il SIF non è completamente disponibile per svolgere il suo compito di sicurezza, la norma 61511-1, clausola 11.8.5, stabilisce che "Devono essere previste misure di compensazione che garantiscano il funzionamento sicuro e continuativo in conformità con la norma 11.3 quando il SIS è in bypass (riparazione o test)". Una procedura di gestione delle situazioni anomale dovrebbe essere associata alla procedura di test di prova per garantire che venga eseguita correttamente.
Una SIF è in genere suddivisa in tre parti principali: sensori, risolutori logici ed elementi finali. In genere, a ciascuna di queste tre parti possono essere associati anche dispositivi ausiliari (ad esempio barriere a sicurezza intrinseca, amplificatori di soglia, relè di interposizione, solenoidi, ecc.) che devono essere anch'essi testati. Gli aspetti critici dei test di prova di ciascuna di queste tecnologie sono riportati nella barra laterale "Test di sensori, risolutori logici ed elementi finali" (di seguito).
Alcune cose sono più facili da testare di altre. Molte tecnologie moderne e alcune più datate di portata e livello rientrano nella categoria più complessa. Tra queste, i misuratori di portata Coriolis, i misuratori a vortice, i misuratori magnetici, i radar ad aria, i misuratori di livello a ultrasuoni e gli interruttori di processo in situ, solo per citarne alcuni. Fortunatamente, molte di queste tecnologie dispongono ora di una diagnostica avanzata che consente di eseguire test più accurati.
La difficoltà di testare un dispositivo di questo tipo sul campo deve essere considerata nella progettazione del SIF. È facile per gli ingegneri selezionare i dispositivi SIF senza considerare attentamente cosa sarebbe necessario per testare il dispositivo, poiché non saranno loro a testarli. Questo vale anche per i test a corsa parziale, che sono un metodo comune per migliorare la probabilità media di guasto su richiesta (PFDavg) di un SIF, ma in seguito il reparto operativo dell'impianto non vuole eseguirli, e spesso potrebbe non farlo. È sempre necessario garantire la supervisione dell'impianto per quanto riguarda la progettazione dei SIF per quanto riguarda i test di prova.
Il test di prova dovrebbe includere un'ispezione dell'installazione del SIF e la riparazione necessaria per soddisfare la norma 61511-1, clausola 16.3.2. Dovrebbe essere effettuata un'ispezione finale per garantire che tutto sia a posto e un doppio controllo che il SIF sia stato correttamente rimesso in servizio.
La stesura e l'implementazione di una buona procedura di test è un passaggio importante per garantire l'integrità del SIF per tutta la sua durata di vita. La procedura di test deve fornire dettagli sufficienti a garantire che i test richiesti siano eseguiti e documentati in modo coerente e sicuro. I guasti pericolosi non testati tramite test di prova devono essere compensati per garantire che l'integrità di sicurezza del SIF sia adeguatamente mantenuta per tutta la sua durata di vita.
Scrivere una buona procedura di test di prova richiede un approccio logico all'analisi ingegneristica dei potenziali guasti pericolosi, alla selezione dei mezzi e alla stesura delle fasi del test di prova che rientrino nelle capacità di collaudo dell'impianto. Durante il processo, è importante ottenere il consenso dell'impianto a tutti i livelli per i test e formare i tecnici a eseguire e documentare il test di prova, oltre a comprenderne l'importanza. È importante scrivere le istruzioni come se si fosse il tecnico addetto agli strumenti che dovrà svolgere il lavoro, e che vite umane dipendano dall'esecuzione corretta dei test, perché è così.
Testing sensors, logic solvers and final elements A SIF is typically divided up into three main parts, sensors, logic solvers and final elements. There also typically are auxiliary devices that can be associated within each of these three parts (e.g. I.S. barriers, trip amps, interposing relays, solenoids, etc.) that must also be tested.Sensor proof tests: The sensor proof test must ensure that the sensor can sense the process variable over its full range and transmit the proper signal to the SIS logic solver for evaluation. While not inclusive, some of the things to consider in creating the sensor portion of the proof test procedure are given in Table 1. Table 1: Sensor proof test considerations Process ports clean/process interface check, significant buildup noted Internal diagnostics check, run extended diagnostics if available Sensor calibration (5 point) with simulated process input to sensor, verified through to the DCS, drift check Trip point check High/High-High/Low/Low-Low alarms Redundancy, voting degradation Out of range, deviation, diagnostic alarms Bypass and alarms, restrike User diagnostics Transmitter Fail Safe configuration verified Test associated systems (e.g. purge, heat tracing, etc.) and auxiliary components Physical inspection Complete as-found and as-left documentation Logic solver proof test: When full-function proof testing is done, the logic solver’s part in accomplishing the SIF’s safety action and related actions (e.g. alarms, reset, bypasses, user diagnostics, redundancies, HMI, etc.) are tested. Partial or piecemeal function proof tests must accomplish all these tests as part of the individual overlapping proof tests. The logic solver manufacturer should have a recommended proof test procedure in the device safety manual. If not and as a minimum, the logic solver power should be cycled, and the logic solver diagnostic registers, status lights, power supply voltages, communication links and redundancy should be checked. These checks should be done prior to the full-function proof test.Don’t make the assumption that the software is good forever and the logic need not be tested after the initial proof test as undocumented, unauthorized and untested software and hardware changes and software updates can creep into systems over time and must be factored into your overall proof test philosophy. The management of change, maintenance, and revision logs should be reviewed to ensure they are up to date and properly maintained, and if capable, the application program should be compared to the latest backup.Care should also be taken to test all the user logic solver auxiliary and diagnostic functions (e.g. watchdogs, communication links, cybersecurity appliances, etc.).Final element proof test: Most final elements are valves, however, rotating equipment motor starters, variable-speed drives and other electrical components such as contactors and circuit breakers are also used as final elements and their failure modes must be analyzed and proof tested.The primary failure modes for valves are being stuck, response time too slow or too fast, and leakage, all of which are affected by the valve’s operating process interface at trip time. While testing the valve at operating conditions is the most desirable case, Operations would generally be opposed to tripping the SIF while the plant is operating. Most SIS valves are typically tested while the plant is down at zero differential pressure, which is the least demanding of operating conditions. The user should be aware of the worst-case operational differential pressure and the valve and process degradation effects, which should be factored into the valve and actuator design and sizing.Commonly, to compensate for not testing at process operating conditions, additional safety pressure/thrust/torque margin is added to the valve actuator and inferential performance testing is done utilizing baseline testing. Examples of these inferential tests are where the valve response time is timed, a smart positioner or digital valve controller is used to record a valve pressure/position curve or signature, or advance diagnostics are done during the proof test and compared with previous test results or baselines to detect valve performance degradation, indicating a potential incipient failure. Also, if tight shut off (TSO) is a requirement, simply stroking the valve will not test for leakage and a periodic valve leak test will have to be performed. ISA TR96.05.02 is intended to provide guidance on four different levels of testing of SIS valves and their typical proof test coverage, based on how the test is instrumented. People (particularly users) are encouraged to participate in the development of this technical report (contact crobinson@isa.org).Ambient temperatures can also affect valve friction loads, so that testing valves in warm weather will generally be the least demanding friction load when compared to cold weather operation. As a result, proof testing of valves at a consistent temperature should be considered to provide consistent data for inferential testing for the determination of valve performance degradation.Valves with smart positioners or a digital valve controller generally have capability to create a valve signature that can be used to monitor degradation in valve performance. A baseline valve signature can be requested as part of your purchase order or you can create one during the initial proof test to serve as a baseline. The valve signature should be done for both opening and closing of the valve. Advanced valve diagnostic should also be used if available. This can help tell you if your valve performance is deteriorating by comparing subsequent proof test valve signatures and diagnostics with your baseline. This type of test can help compensate for not testing the valve at worst case operating pressures.The valve signature during a proof test may also be able to record the response time with time stamps, removing the need for a stopwatch. Increased response time is a sign of valve deterioration and increased friction load to move the valve. While there are no standards regarding changes in valve response time, a negative pattern of changes from proof test to proof test is indicative of the potential loss of the valve’s safety margin and performance. Modern SIS valve proof testing should include a valve signature as a matter of good engineering practice.The valve instrument air supply pressure should be measured during a proof test. While the valve spring for a spring-return valve is what closes the valve, the force or torque involved is determined by how much the valve spring is compressed by the valve supply pressure (per Hooke’s Law, F = kX). If your supply pressure is low, the spring will not compress as much, hence less force will be available to move the valve when needed. While not inclusive, some of the things to consider in creating the valve portion of the proof test procedure are given in Table 2. Table 2: Final element valve assembly considerations Test valve safety action at process operating pressure (best but typically not done), and time the valve’s response time. Verify redundancy Test valve safety action at zero differential pressure and time valve’s response time. Verify redundancy Run valve signature and diagnostics as part of proof test and compare to baseline and previous test Visually observe valve action (proper action without unusual vibration or noise, etc.). Verify the valve field and position indication on the DCS Fully stroke the valve a minimum of five times during the proof test to help ensure valve reliability. (This is not intended to fix significant degradation effects or incipient failures). Review valve maintenance records to ensure any changes meet the required valve SRS specifications Test diagnostics for energize-to-trip systems Leak test if Tight Shut Off (TSO) is required Verify the command disagree alarm functionality Inspect valve assembly and internals Remove, test and rebuild as necessary Complete as-found and as-left documentation Solenoids Evaluate venting to provide required response time Evaluate solenoid performance by a digital valve controller or smart positioner Verify redundant solenoid performance (e.g. 1oo2, 2oo3) Interposing Relays Verify correct operation, redundancy Device inspection
Una SIF è in genere suddivisa in tre parti principali: sensori, risolutori logici ed elementi finali. In genere, a ciascuna di queste tre parti possono essere associati anche dispositivi ausiliari (ad esempio barriere a sicurezza intrinseca, amplificatori di soglia, relè di interposizione, solenoidi, ecc.) che devono essere anch'essi testati.
Test di verifica del sensore: il test di verifica del sensore deve garantire che il sensore possa rilevare la variabile di processo su tutto il suo intervallo e trasmettere il segnale corretto al risolutore logico SIS per la valutazione. Sebbene non esaustivi, alcuni degli aspetti da considerare nella creazione della parte del sensore della procedura di test di verifica sono riportati nella Tabella 1.
Test di verifica del logic solver: quando si esegue un test di verifica a pieno funzionamento, viene testato il ruolo del logic solver nell'esecuzione dell'azione di sicurezza della SIF e delle azioni correlate (ad esempio, allarmi, reset, bypass, diagnostica utente, ridondanze, HMI, ecc.). I test di verifica parziali o frammentari devono completare tutti questi test come parte dei singoli test di verifica sovrapposti. Il produttore del logic solver dovrebbe disporre di una procedura di verifica consigliata nel manuale di sicurezza del dispositivo. In caso contrario, come minimo, è necessario spegnere e riaccendere il logic solver e controllare i registri diagnostici, le spie di stato, le tensioni di alimentazione, i collegamenti di comunicazione e la ridondanza. Questi controlli devono essere eseguiti prima del test di verifica a pieno funzionamento.
Non date per scontato che il software sia valido per sempre e che la logica non debba essere testata dopo il test di verifica iniziale, poiché modifiche e aggiornamenti software e hardware non documentati, non autorizzati e non testati possono insinuarsi nei sistemi nel tempo e devono essere considerati nella vostra filosofia generale di test di verifica. La gestione dei registri di modifica, manutenzione e revisione deve essere rivista per garantire che siano aggiornati e correttamente mantenuti e, se possibile, il programma applicativo deve essere confrontato con l'ultimo backup.
Bisogna inoltre prestare attenzione a testare tutte le funzioni ausiliarie e diagnostiche del risolutore logico dell'utente (ad esempio watchdog, collegamenti di comunicazione, dispositivi di sicurezza informatica, ecc.).
Test di prova dell'elemento finale: la maggior parte degli elementi finali sono valvole, tuttavia anche gli avviatori dei motori delle apparecchiature rotanti, gli azionamenti a velocità variabile e altri componenti elettrici come contattori e interruttori automatici vengono utilizzati come elementi finali e le loro modalità di guasto devono essere analizzate e sottoposte a test di prova.
Le principali modalità di guasto delle valvole sono il bloccaggio, il tempo di risposta troppo lento o troppo veloce e le perdite, tutti fattori influenzati dall'interfaccia del processo operativo della valvola al momento dell'intervento. Sebbene testare la valvola in condizioni operative sia il caso più auspicabile, gli operatori sarebbero generalmente contrari all'intervento del SIF mentre l'impianto è in funzione. La maggior parte delle valvole SIS viene in genere testata mentre l'impianto è fermo a pressione differenziale zero, che è la condizione operativa meno impegnativa. L'utente deve essere consapevole della pressione differenziale operativa peggiore e degli effetti di degradazione della valvola e del processo, che devono essere considerati nella progettazione e nel dimensionamento di valvola e attuatore.
Commonly, to compensate for not testing at process operating conditions, additional safety pressure/thrust/torque margin is added to the valve actuator and inferential performance testing is done utilizing baseline testing. Examples of these inferential tests are where the valve response time is timed, a smart positioner or digital valve controller is used to record a valve pressure/position curve or signature, or advance diagnostics are done during the proof test and compared with previous test results or baselines to detect valve performance degradation, indicating a potential incipient failure. Also, if tight shut off (TSO) is a requirement, simply stroking the valve will not test for leakage and a periodic valve leak test will have to be performed. ISA TR96.05.02 is intended to provide guidance on four different levels of testing of SIS valves and their typical proof test coverage, based on how the test is instrumented. People (particularly users) are encouraged to participate in the development of this technical report (contact crobinson@isa.org).
Anche le temperature ambiente possono influenzare i carichi di attrito delle valvole, pertanto testare le valvole in climi caldi comporta generalmente il carico di attrito meno gravoso rispetto al funzionamento in climi freddi. Di conseguenza, è opportuno valutare l'esecuzione di test di prova delle valvole a una temperatura costante per ottenere dati coerenti per i test inferenziali volti a determinare il degrado delle prestazioni delle valvole.
Le valvole dotate di posizionatori intelligenti o di un controller digitale per valvole sono generalmente in grado di creare una firma della valvola che può essere utilizzata per monitorare il degrado delle prestazioni. Una firma di base della valvola può essere richiesta come parte dell'ordine di acquisto oppure è possibile crearne una durante il test di prova iniziale da utilizzare come riferimento. La firma della valvola deve essere eseguita sia per l'apertura che per la chiusura della valvola. Se disponibile, è consigliabile utilizzare anche una diagnostica avanzata della valvola. Questa può aiutare a capire se le prestazioni della valvola stanno peggiorando, confrontando le firme e la diagnostica delle valvole dei test di prova successivi con la configurazione di base. Questo tipo di test può aiutare a compensare il mancato test della valvola alle pressioni di esercizio peggiori.
La firma della valvola durante un test di prova può anche essere in grado di registrare il tempo di risposta con timestamp, eliminando la necessità di un cronometro. Un tempo di risposta più lungo è segno di deterioramento della valvola e di un maggiore carico di attrito per il suo movimento. Sebbene non esistano standard relativi alle variazioni del tempo di risposta della valvola, un andamento negativo delle variazioni da un test di prova all'altro è indicativo della potenziale perdita del margine di sicurezza e delle prestazioni della valvola. I moderni test di prova delle valvole SIS dovrebbero includere una firma della valvola come buona pratica ingegneristica.
La pressione di alimentazione dell'aria strumentale della valvola deve essere misurata durante un test di prova. Mentre la molla della valvola per una valvola con ritorno a molla è ciò che chiude la valvola, la forza o coppia coinvolta è determinata da quanto la molla della valvola viene compressa dalla pressione di alimentazione della valvola (secondo la legge di Hooke, F = kX). Se la pressione di alimentazione è bassa, la molla non si comprimerà altrettanto, quindi sarà disponibile meno forza per muovere la valvola quando necessario. Sebbene non esaustivi, alcuni degli aspetti da considerare nella creazione della parte relativa alla valvola della procedura di test di prova sono riportati nella Tabella 2.
Data di pubblicazione: 13-11-2019