Johdanto
Entropia on ainoa tae teollisen prosessoinnin monimutkaisessa suunnittelussa. Järjestelmissä esiintyy aina katkoksia - olipa kyse sitten valtatapahtuma katkokset, paineilmahäiriöt tai signaalihäviöt. Kun järjestelmää ohjaava energia hajoaa, koneisto ei vain lakkaa olemasta, vaan se hajoaa oletustilaan. Prosessi-insinöörin tärkein kysymys ei ole: tapahtuuko vika, vaan: mitä tapahtuu, kun se tapahtuu?
Tässä on Fail-Safe-järjestelmän logiikka. Se on rationaalinen päätöksentekoprosessi, jossa keskitytään vähiten pahimpaan lopputulokseen katastrofin sattuessa. Automaattiventtiili, joka on nestedynamiikan tärkein ohjauskomponentti, on järjestelmän hätäjarru. Kun jarru on päällä, pysäyttääkö se virtauksen vuotojen välttämiseksi vai purkaako se virtauksen räjähdyksen välttämiseksi?
Yleispätevää vastausta ei ole. Fail Open (FO) tai Fail Closed (FC) on vakava riskinhallintatehtävä, jossa tasapainoillaan ihmisten turvallisuuden, omaisuuden suojelun ja taloudellisen tehokkuuden välillä. Tässä asiakirjassa selvitetään venttiilien vikaantumistapojen mekaniikka, perustelut ja kriittiset valintakriteerit.
Mikä aiheuttaa venttiilin vikaantumisen?
Jotta voisimme oppia vikaantumistavoista, meidän on luokiteltava vikaantuminen. Automaattisten venttiilien eli pneumaattisten ja sähköisten toimilaitteiden osalta vikaantuminen ei aina tarkoita rikkoutunutta osaa, kuten katkennutta vartta tai rikkoutunutta runkoa. Sen sijaan se tarkoittaa venttiilin pitämiseen työasennossaan tarvittavan voiman menetystä.
Tärkeimmät syyt tähän hallinnan menettämiseen ovat:
Virransyötön katkeaminen: Magneettiventtiilien tai sähköisten toimilaitteiden virta katkeaa, ja moottori tai magneettikäämi jää tyhjäksi.
Ilmanpaineen menetys: Pneumaattisissa järjestelmissä kompressorin toimintahäiriö, mutkainen syöttöjohto tai rikkoutunut ilmalinja poistaa voiman, joka pitää venttiilin muussa kuin alkuperäisessä asennossaan.
Signaalin keskeytys: Katkennut PLC-johto tai ohjaussilmukan vika aiheuttaa sen, että toimilaite jää ilman ohjeita, vaikka virtaa voi edelleen olla.
Kun nämä energialähteet katoavat, venttiiliä ei enää ohjata aktiivisesti. Juuri tässä energian häviämishetkessä venttiilin on päätettävä itsenäisesti: vetäytyykö se auki-asentoon vai paiskautuuko se? Tämä itsenäinen reaktio määräytyy etukäteen suunnitteluvaiheessa valitun "Fail-Safe"-konfiguraation perusteella.
Mikä on Fail Open -venttiili (Air to Close)?
Fail Open (FO) -venttiilille, joka tunnetaan teknisesti myös nimellä Air-to-Close (ATC) -venttiili, on ominaista sen mekaaninen oletustila: se on täysin auki, kun ulkoista virtaa ei syötetä. Rakenteellinen ominaisuus, joka edistää tätä päättelyä, on raskas sisäinen jousi, joka on sijoitettu pakottamaan venttiilin varsi fyysisesti ulos. Järjestelmän pitäisi pystyä syöttämään paineilmaa (tai sähköä) toimilaitekammioon venttiilin sulkemiseksi. Tämä energia vastustaa jousen jännitystä ja puristaa sitä pitääkseen venttiilin suljetussa asennossa. Näin ollen, kun energian syöttö katkeaa, olipa kyseessä sitten sähkökatkos tai rikkoutunut lentokone, vastavoima katoaa, jousi venyy välittömästi ja venttiili palautuu takaisin alkuperäiseen, avoimeen tilaansa.
Fail Open -venttiilin päätehtävä on toimia paineenalennus- tai jäähdytyksen takuujärjestelmänä. Sitä käytetään laajalti termodynaamisissa järjestelmissä, joissa lämmön tai paineen kertyminen on vakavampi uhka kuin itse virtaus. Esimerkiksi kemiallisen reaktorin jäähdytysvaipassa venttiili varmistaa, että vesi kiertää edelleen, vaikka koko laitos on pimeänä, jotta reaktori ei ylikuumene. Samoin höyryputkissa venttiilejä käytetään ylipaineen vapauttamiseen turvalliseen paikkaan, jotta putket eivät repeä, kun ohjausjärjestelmät eivät toimi.
Tämän rakenteen ainutlaatuisena etuna on passiivinen turvallisuus katastrofaalisia fyysisiä vikoja, kuten räjähdyksiä tai lämpökatkoksia, vastaan. Se korostaa laitteiden ja laitoksen eheyttä. Tähän turvallisuuteen liittyy kuitenkin merkittävä haittapuoli, nimittäin eristyksen puuttuminen. Jos venttiilin läpi virtaava neste on kallista, myrkyllistä tai syttyvää, Fail Open -venttiili päästää sen jatkoprosessiin tai ympäristöön, kunnes käyttäjä sulkee käsikäyttöisen sulkuventtiilin fyysisesti. Tämä voi johtaa materiaalihävikkiin tai ympäristön puhdistamisesta aiheutuviin kustannuksiin.
Mikä on Fail Close -venttiili (Air to Open)?
Toisaalta FC-venttiili (Fail Closed), johon viitataan myös nimellä Air-to-Open (ATO), toimii päinvastaisella periaatteella, ja sen oletustila on täysin suljettu. Tämäntyyppisessä rakenteessa sisäinen jousi on suunniteltu siten, että se tuottaa vakiovoiman venttiilin istukkaan ja pitää sen suljettuna. Air-to-Open-nimitys on kirjaimellisesti sovellettu rakenteeseen: paineilmaa tarvitaan vain venttiilin avaamiseen jousivoimaa vastaan. Kun ilmansyöttö katkaistaan, venttiilin auki pitävä energia häviää, ja jousiin varastoitunut mekaaninen energia saa venttiilin jousittumaan takaisin suljettuun asentoon muodostaen välittömän tiivisteen.
Suljetun venttiilin perustavoitteena on sulkeutumisen estäminen. Sen tarkoituksena on eristää vaarat, kun hallinta menetetään. Siksi se on vaarallisten aineiden, polttoaineiden ja myrkyllisten kemikaalien syöttölaitteiden vakiomäärittely. FC-venttiili esimerkiksi polttimen hallintajärjestelmässä varmistaa, että polttoaineen syöttö katkaistaan välittömästi, jos liekinvalvontalaite pettää, jotta raakakaasu ei täytä uunia. Kemikaalien annostelulinjoissa se estää vaarallisten reaktioaineiden tulvimisen säiliöön, kun pumppu kytketään pois päältä.
Fail Closed -rakenteen tärkein etu on, että se on välittömästi eristetty, mikä vähentää vuotojen, myrkkyjen ja tulipalojen riskiä. Se on hyvä tapa lukita prosessilinja. Haittapuolena on kuitenkin se, että se voi aiheuttaa lämpö- tai painevaaroja. Fail Closed -venttiili saatetaan asentaa väärään paikkaan, kuten jäähdytysvesilinjaan, ja se voi hätätilanteessa katkaista ainoan jäähdytyslähteen, mikä voi johtaa laitteiden ylikuumenemiseen tai vaaralliseen paineen nousuun säiliössä.
Mekaniikka: Toimilaitteet: Miten toimilaitteet ohjaavat vikasietoisia toimintoja
Jotta tietäisit, miten venttiili automatisoi turvallisuutta, sinun tarvitsee vain tuntea varastoidun potentiaalienergian käsite. Jousipalautteinen (yksitoiminen) toimilaite on tällaisten järjestelmien teollisuusstandardi.
Vikasietoisessa toimilaitteessa on sarja raskaita teollisuusjousia, toisin kuin tavallisissa toimilaitteissa, jotka vaativat ilmaa liikkumiseen molempiin suuntiin. Kyseessä on kahden voiman, paineilman ja jousen, välinen loputon fyysinen kamppailu.
Normaali toiminta (turvallisuuden lataaminen): Paineilma johdetaan toimilaitteeseen, kun järjestelmä on toiminnassa. Tämä on korkea ilmanpaine, joka riittää pakottamaan sisäiset männät ja puristamaan jouset fyysisesti seinää vasten. Jouset puristuvat niin kauan kuin ilmanpaine säilyy ja venttiili pysyy työasennossaan (esim. täysin auki).
Vikasietoinen toiminta (turvallisuuden vapauttaminen): Kun ilmansyöttö katkaistaan (sähkökatkoksen tai putkirikon vuoksi), jousia pidättävä voima poistuu. Jouset avautuvat välittömästi normaalikokoisiksi. Tämä kasvu synnyttää valtavan mekaanisen energian, joka työntää männät takaisin alkuasentoonsa ja sulkee venttiilin turva-asentoonsa (Suljettu tai Auki).
Miksi tämä on luotettavaa? Koska se ei perustu antureihin, sähköön tai ihmisen toimintaan. Se perustuu fysiikan peruslakeihin. Jousi yrittää aina laajentua niin kauan kuin se on olemassa, mikä tarkoittaa, että venttiili on aina oletusarvoisesti turvassa.
Kun Fail Last (FL) on itse asiassa paras valinta
Avoin tai suljettu -vaihtoehdon lisäksi on olemassa kolmas strateginen vaihtoehto: Fail Last (FL), joka tunnetaan yleisesti nimellä Fail in Place. Tässä järjestelyssä venttiili määrätään pysymään nykyisessä asennossaan juuri siinä, missä se oli virran tai ilman menetyksen hetkellä, sen sijaan, että se käyttäisi varastoitua energiaa venttiilin napsahtamiseen uuteen asentoon. Tämä tehdään mekaanisesti sovittamalla kaksitoiminen toimilaite erityiseen ilmalukkoventtiiliin. Kun tämä laite huomaa, että syöttöpaine on laskenut, se sulkee välittömästi poistoaukot, jolloin jäljelle jäänyt paineilma jää toimilaitteen sylinteriin ja mäntä jähmettyy hydraulisesti paikalleen. Tällä tilalla pyritään ratkaisemaan järjestelmän iskuongelma. Halkaisijaltaan suurissa nesteputkistoissa (yleensä yli 20 tuumaa) jousipalautusventtiilin äkillinen pamahdus aiheuttaisi voimakkaan "vesivasaran", joka voi kirjaimellisesti repiä putket kappaleiksi. Samoin herkässä kemikaalien sekoituksessa täysin auki tai täysin kiinni oleva venttiili saattaa järkyttää termistä tasapainoa tai pilata erän stoikiometrisen suhteen.
Fail Lastin päätehtävänä on siis antaa enemmän painoarvoa vakaudelle kuin eristyneisyydelle. Se pitää virtausnopeuden vakiona, jolloin vältetään infrastruktuurin välitön fyysinen vaurioituminen ja prosessin lämpöshokki. Tämä vakaus antaa käyttäjille aikaa puuttua asiaan ja tehdä hallittu manuaalinen pysäytys siirtymisen tasoittamiseksi hätätilanteessa. Insinöörien olisi kuitenkin oltava hyvin tietoisia tämän tilan haittapuolista: se ei ole pitkäaikainen vaan väliaikainen ratkaisu. Sulkeutuneen ilman tiiviste ei ole täydellinen verrattuna mekaaniseen jouseen, vaan muutaman tunnin kuluttua ilma vuotaa, eikä venttiili pysy asetusasennossa. Siksi se on ihmisen toimenpideväline, ei pitkän aikavälin walk-away-turvatoimenpide.
Vianmääritys ja mahdolliset riskit
Vahvinkaan vikasietoinen järjestelmä ei ole yhtä luotettava kuin sen ylläpito. Koska nämä venttiilit ovat yleensä kuukausia käyttämättöminä odottamassa, kunnes tapahtuu hätätilanne, jota toivottavasti ei koskaan tapahdu, ne ovat alttiita tietyille hiljaisille vioille. On tärkeää tuntea nämä heikot kohdat, jotta järjestelmä voi reagoida silloin, kun sitä eniten tarvitaan.
Staattinen kitka ("Stiction"): Kitka on varoventtiilien pahin vihollinen. Kumitiivisteet voivat kiinnittyä fyysisesti metallirunkoon, kun venttiili on paikallaan pitkiä aikoja. Kun kitka kasautuu niin suureksi, että se ylittää jousen voiman, venttiili vain roikkuu hätätilanteessa, eikä se eristä vaaraa. Paras suojaus on säännöllinen osittainen iskutesti, joka saa venttiilin liikkumaan hieman tämän kitkasiteen löysäämiseksi häiritsemättä aktiivista prosessia.
Kevätväsymys: Fyysiset osat kuluvat ajan myötä, eli ne aiheuttavat jousiväsymystä. Jousi voi vuosien puristussyklien jälkeen menettää jännityksensä, joka on tarpeen venttiilin täydelliseksi sulkemiseksi korkeaa putkiston painetta vastaan. Tästä aiheutuu läpivuodon vaara, jolloin venttiili näyttää suljetulta, mutta päästää itse asiassa vaarallisen nesteen läpi. Tämän välttämiseksi käyttäjien olisi tarkistettava toimilaitteen vääntömomentin ulostulo vuosittaisten kunnossapitotöiden yhteydessä, ja kaikki jousipatruunat, joissa on havaittavissa heikkoutta, olisi vaihdettava.
Pakokaasunpoistoaukon tukkeutuminen: Tukkeutunut poistoilmaventtiili voi lamauttaa vikasietoisen toiminnan. Jotta jousi ehtisi venyä ja sulkea venttiilin, kammiossa oleva ilma on poistettava mahdollisimman pian. Kun tuuletusaukko on tukossa jään (märän ilman), lian tai jopa hyönteisten pesien takia, ilma jää jumiin ja muodostaa hydraulisen lukon, joka ei anna venttiilin liikkua. Tämä vikaantumistapa jätetään yleensä huomiotta, mutta varmistamalla, että laitteen ilmansyöttö on puhdasta ja kuivaa, ja asentamalla yksinkertaiset hengitystuuletusaukot poistoaukkoihin, tämä vikaantumistapa voidaan tehokkaasti poistaa.
Miksi valmistuksen laadulla on merkitystä vikasietoiselle logiikalle?
Tekninen valinta, jonka mukaan Fail Closed on määritetty, on vain teoreettinen valinta, kunnes se testataan fyysisesti todellisuudessa. Halpa toimilaite voi ilmoittaa tietolomakkeessa samat vääntömomenttiarvot ja turvallisuusluokitukset kuin korkealaatuinen laite, mutta tämä on petos, joka katoaa, kun sitä rasitetaan. Vikasietoisessa logiikassa valmistuksen laatu ei ole ylellisyysnäkökohta, vaan se on rakenteellinen perusta, joka määrittelee, onko turvatoimi todella tehokas vai pelkkä paperinpala.
Huonolaatuisen tuotannon todellinen uhka on se, että se antaa vääränlaisen vaikutelman turvallisuudesta. Ota huomioon jousen metallurgia, vikasietoisen toiminnan moottori. Huonojen jousien ongelmana on jännityksen relaksaatio, joka on fysikaalinen ilmiö, jossa teräs unohtaa muistinsa, kun se istuu puristetussa asennossa vuosien ajan. Väsynyt jousi voi hätätilanteessa olla tarpeeksi vahva toimimaan venttiilin avulla, mutta ei tarpeeksi vahva sulkemaan sitä korkeaa linjapaineita vastaan. Lisäksi ainoa suoja näennäisvikoja vastaan on sisäisen työstön tarkkuus. Kun sylinterin seinämät ovat karkeat tai tiivisteet ovat yleiset, paineilma saattaa kiertää mäntää, painaa jousen vasten ja tekee toimilaitteesta tehottoman juuri silloin, kun sitä eniten tarvitaan.
Lopuksi, vikasietoinen venttiili on halpa verrattuna katastrofiin, joka sillä vältetään. Laadukkaalla valmistuksella varmistetaan myös, että toimilaitteen vääntömomentti on vakio, että jousella on muisti ja että venttiilin runko kestää ympäristön rasituksia jumiutumatta. Näiden teknisten eritelmien muuttamiseksi luotettavaksi todellisuudeksi on löydettävä valmistuskumppani, joka arvostaa turvallisuutta etusijalle, mikä on VINCERin suunnittelufilosofian ydin.
Miten tehdä päätös: Kolmen vaiheen turvallisuustesti
Sopivan vikaantumistavan valinta ei ole arvauspeliä vaan riskinarviointia. Insinöörejä kehotetaan käyttämään hierarkkista kolmivaiheista turvallisuustestiä oikean määrittelyn löytämiseksi. Tässä rationaalisessa mallissa seuraukset luokitellaan tuhoisimmasta, ihmishenkien menetyksestä, vähiten merkittävään, taloudelliseen haittaan.
Venttiiliä määriteltäessä on otettava huomioon seuraavat kolme riskitasoa tässä järjestyksessä. Älä siirry seuraavaan tarkasteluun, ennen kuin taso on täysin tyydyttävä.
Tärkein näkökohta 1: Turvallisuus (henkilöstö ja ympäristö)
Ihmishenki ja ympäristö ovat ehdoton prioriteetti kaikissa teollisuusjärjestelmissä. Tämän logiikka on helppo ymmärtää: laitteisto on korvattavissa, mutta ihmishenkiä ei. Jos venttiilin toimintahäiriö voi johtaa loukkaantumiseen, kuolemaan tai myrkkypäästöön, tämä turvallisuusnäkökohta ratkaisee päätöksen kustannuksista huolimatta.
Esimerkkinä voidaan pitää venttiiliä, joka säätelee helposti syttyvän vetykaasun tai myrkyllisen kloorin virtausta. Tätä venttiilin Fail Closed -tilaa edellytetään teknisessä logiikassa. Syynä on eristäminen: jos sähköt katkeavat, myös valvontajärjestelmät ovat todennäköisesti poissa käytöstä, joten mahdolliset vuodot jäävät huomaamatta. Vaaralähteestä päästään eroon, kun venttiili oletusarvoisesti suljetaan. Toisaalta palonsammutusjärjestelmien tapauksessa venttiilin tulisi olla Fail Open (vika auki). Syy on saavutettavuus: jos tulipalo polttaa sähköjohtoja, järjestelmän pitäisi pudota tilaan, jossa vesi virtaa mekaanisesti, jotta tulipalo ei pääse leviämään pelkästään sen vuoksi, että jokin johto on sulanut.
Tärkein näkökohta 2: Omaisuuden suojaaminen (laitteet)
Kun henkilöstön turvallisuus on taattu, seuraava askel on kalliin infrastruktuurin turvallisuus. Tässä pyritään valitsemaan sellainen sijainti, joka vähentää koneiden fyysisiä vahinkoja sähkökatkon sattuessa.
Tyypillisin on jäähdytysvesilinja, joka syöttää korkean lämpötilan kemiallisen reaktorin vaippaa. Tässä tapauksessa venttiilin on oltava Fail Open. Tämä valinta selittyy termisellä inertialla: reaktorisydän on erittäin kuuma virran katkaisusta huolimatta. Jos venttiili sulkeutuisi, jäähdytysnesteen menetys johtaisi jäljellä olevan lämmön nopeaan kertymiseen, mikä sulattaisi reaktorin tai muodonmuutos johtaisi säiliön pysyvään muodonmuutokseen. Järjestelmä vaarantaa veden, kun se ei avaudu suojatakseen monimiljoonaisen omaisuuden lämpötuholta.
Keskeinen näkökohta 3: Prosessi (materiaalin jatkuvuus)
Kun henkilöstö ja laitteet ovat turvassa, pääpaino on taloudellisessa tehokkuudessa ja prosessin jatkuvuudessa. Tämän vaiheen tavoitteena on välttää raaka-aineiden tuhlaus tai tuote-erien pilaantuminen.
Mieti venttiiliä, joka annostelee kalliin katalysaattorin sekoitussäiliöön. Rationaalinen päätös tässä tapauksessa on Fail Closed. Tämä johtuu taloudellisesta säilyttämisestä: jos venttiili ei sulkeutuisi sähkökatkoksen aikana, koko kalliiden kemikaalien sisältö valuisi hallitsemattomasti säiliöön. Tämä ei olisi ainoastaan kalliin raaka-aineen tuhlausta, vaan se myös tuhoaisi erän kemiallisen koostumuksen, jolloin lopputuote olisi myyntikelvoton. Järjestelmä ei pysäytä prosessia, vaan se vain pysähtyy, kunnes operaattorit käynnistävät erän uudelleen ilman taloudellisia tappioita yksinkertaisesti käynnistämällä virran uudelleen.
Yhteenveto päätösmatriisista
|
Prioriteettitaso |
Painopistealue |
Kriittinen kysymys |
Tyypillinen valinta |
|
1 (korkein) |
Turvallisuus |
Aiheuttaako väärä liike loukkaantumisen, tulipalon tai myrkkyvuodon? |
Fail Suljettu (yleensä) |
|
2 (keskikokoinen) |
Laitteet |
Tuhoaako virtauksen pysäyttäminen pumput, putket tai reaktorit? |
Fail Open (yleensä) |
|
3 (alhaisin) |
Prosessi |
Pilaako epäonnistuminen tuote-erän tai jätemateriaalin? |
Fail Suljettu (yleensä) |
FO vs. FC: vikasietoisen ratkaisun valinta väliaineen ja sovelluksen mukaan
Vikasietoisuuden logiikka määräytyy usein väliaineen fyysisten ominaisuuksien perusteella. Vaaratonta vettä säätelevään venttiiliin ei sovelleta samoja turvallisuussääntöjä kuin räjähdysherkkää vetyä säätelevään venttiiliin.
Seuraavassa on yksityiskohtainen opas oikean toimintatavan valintaan. Olemme luokitelleet sovellukset väliaineen tyypin mukaan ja jakaneet ne tiettyihin käyttötilanteisiin, jotta jokaiselle valinnalle voidaan antaa selkeät tekniset perustelut.
|
Keskikokoinen luokka |
Erityinen sovellusskenaario |
Suositeltu tila |
Tekniset perustelut ja logiikka |
|
Neste (vesi) |
Jäähdytysvesi (lämmönvaihtimen tulo) |
Fail Open (FO) |
Terminen turvallisuus: Jäähdytysnesteen menetys on katastrofaalinen. Venttiilin on asetettava oletusarvo "Maksimijäähdytys", jotta reaktori tai laitteet eivät ylikuumenisi, sulaisi tai räjähtäisi. |
|
Palontorjunta (sprinklerijärjestelmä) |
Fail Open (FO) |
Henkinen turvallisuus: Tulipalo vahingoittaa usein sähköjärjestelmiä. Venttiilin on avauduttava mekaanisesti, jotta vesi virtaa sprinkleriin, vaikka ohjaussignaali olisi palanut. |
|
|
Yleishyödylliset palvelut / talousvesi |
Vika suljettu (FC) |
Tulvien ehkäisy: Jos putki rikkoutuu tai sähköt katkeavat yöllä, venttiilin pitäisi sulkeutua, jotta estetään laitoksen tulviminen ja vesivarojen tuhlaaminen. |
|
|
Jäteveden/jätevesien johtaminen |
Vika suljettu (FC) |
Ympäristönsuojelu: Käsittelemätöntä jätevettä tai kemiallista jätettä ei saa päästää ympäristöön. Jos puhdistamon sähköt katkeavat, poistoviemäri on suljettava. |
|
|
Höyry |
Lämmityskierukat / prosessilämmitys |
Vika suljettu (FC) |
Ylikuumenemisen esto: Se voi aiheuttaa paineastioiden ylipaineistumisen tai herkkien tuotteiden (kuten elintarvikkeiden tai lääkkeiden) palamisen ja hajoamisen. |
|
Turbiinin ohitus / tuuletusputki |
Fail Open (FO) |
Paineenalennus: Jos turbiini laukeaa, höyryllä on oltava poistumistie. Venttiili avautuu ylimääräisen höyryn poistamiseksi ja suojaa putkia ja siipiä ylipainevaurioilta. |
|
|
Polttoaine (öljy ja kaasu) |
Polttimen syöttö / palaminen |
Vika suljettu (FC) |
Räjähdyksen estäminen: Palamisen kultainen sääntö on "Ei liekkiä, ei polttoainetta". Jos polttimen hallintajärjestelmä menee epäkuntoon, polttoaineen syöttö on katkaistava välittömästi raakakaasun kertymisen estämiseksi. |
|
Putkiston ESD (hätäsulku) |
Vika suljettu (FC) |
Rajoittaminen: ESD-venttiilin on maastoputkissa eristettävä osa, jotta mahdollisen vuodon tai vuodon määrä voidaan minimoida. |
|
|
Flare kaasu / Vent linjat |
Fail Open (FO) |
Polku turvallisuuteen: Et saa koskaan tukkia uloskäyntiä. Jos kaasulaitoksessa muodostuu painetta, soihtupinon venttiili on avattava, jotta kaasu pääsee palamaan turvallisesti. |
|
|
Kemikaalit |
Reaktorin syöttö (katalyytti/reaktantti) |
Vika suljettu (FC) |
Reaktioiden hallinta: Estää "karkaamisreaktio". Sinun on lopetettava ainesosien lisääminen, jos menetät sekoitusprosessin hallinnan. |
|
Säiliön pohjan tyhjennys |
Vika suljettu (FC) |
Vuodon estäminen: Painovoima ei nuku koskaan. Jos virta katkeaa, venttiilin on sulkeuduttava, jotta vaaralliset kemikaalit pysyvät säiliön sisällä ja poissa viemärijärjestelmästä. |
|
|
Typen peittäminen (sisääntulo) |
Fail Open (FO) |
Tyhjiösuojaus: Kun säiliö jäähtyy, paine laskee. Venttiilin on avauduttava, jotta typpi pääsee sisään, jolloin säiliö ei pääse rypistymään sisäänpäin (implodoitumaan) tyhjiön vaikutuksesta. |
|
|
Kaasut |
Myrkylliset kaasut (kloori, ammoniakki) |
Vika suljettu (FC) |
Henkilöstön turvallisuus: Myrkkypilvien kulkeutumisen estämiseksi asutuille alueille tai valvomoihin tarvitaan välitöntä eristämistä. |
|
Paineilma (järjestelmän syöttö) |
Vika suljettu (FC) |
Energiansäästö: Jos putki rikkoutuu, päävastaanottoventtiili on suljettava, jotta jäljellä oleva paineilmamäärä voidaan säästää kriittisten pneumaattisten instrumenttien käyttöön. |
Vian uhrista riippuen päätösmatriisi muuttuu taulukossa esitetyllä tavalla:
-
Jos laite (ylikuumeneminen/räjähdys) on uhri: Suosimme Fail Openia paineen vähentämiseksi.
-
Jos uhri on ympäristö tai henkilökunta (vuoto/myrkyllinen vuoto): Haluaisimme, että Fail Closed rajoittaa vaaraa.
-
Huom: Nämä ovat alan yleisiä standardeja. Erityinen HAZOP-analyysi (Hazard and Operability Analysis, vaarojen ja käytettävyyden analyysi) on aina tehtävä, jos prosessin olosuhteet ovat ainutlaatuiset.
Varmista vikasietoinen luotettavuus VINCER-toimilaitteen ja -venttiilin avulla.
VINCERin suunnittelufilosofia perustuu näiden teknisten vaatimusten muuttamiseen luotettavaksi todellisuudeksi. Tiedämme, että venttiili on ensisijaisesti turvalaite ja toissijaisesti virtauksen säätölaite vikasietoisissa tilanteissa. Tästä syystä toimilaitteissamme on korkealaatuiset tuontitiivisteet, jotka on erityisesti valmistettu niin, että ne kestävät hyvin kulutusta ja korkeita lämpötiloja. Poistamme kitkan ja sisäisten vuotojen vaarat, jotka usein vaivaavat alempiarvoisia vaihtoehtoja, keskittymällä korkealaatuisiin tiivistemateriaaleihin.
VINCER käyttää tiukkaa protokollaa nimeltä Double Check tämän kestävyyden varmistamiseksi. Menemme normaalia tehdasnäytteenottoa pidemmälle ja teemme tuhoavia testejä toimilaitteille mekaanisen käyttöiän testaamiseksi sekä 100-prosenttisia vuototestejä kaikille venttiilirungoille. Tämä takaa, että Fail Closed -käsky tuottaa todistetusti kuplatiiviin tiivisteen, eikä pysähtynyttä toimilaitetta. Tätä fyysistä kurinalaisuutta tukevat sellaiset kriittiset sertifioinnit kuin ISO9001, CE ja SIL (Safety Integrity Level). Lisäksi suunnitteluosastollamme on yli 10 vuoden kokemus ja se käyttää omaa 8-ulotteista analyysia. Tarkastelemme muuttujia, kuten väliaineen viskositeettia, painehäviöitä jne., varmistaaksemme, että Fail Open- tai Fail Closed -valinta ei ole pelkkä arvaus, vaan suunniteltu varmuus.
Energia- ja kustannusvaikutukset vikasietoisen valinnan yhteydessä
Taloudellisuus ja toiminnallinen tehokkuus ovat avaintekijöitä venttiilien määrittelyssä. Vaikka tärkein syy valita joko Fail Open- tai Fail Closed -venttiili on turvallisuus, insinöörien on otettava huomioon myös se huomattava vaikutus, joka tällä päätöksellä on energiankulutukseen, asennusalueeseen ja hankkeen budjettiin.
Toiminnallinen vaikutus (energia ja koko): Kun päätät käyttää vikasietoista (jousipalautteista) toimilaitetta, asetat pneumaattiselle järjestelmälle fyysisen veron. Jousipalautteisen toimilaitteen on normaalista yksiköstä poiketen tuotettava riittävästi voimaa, jotta raskas turvajousi voidaan voittaa venttiiliä käännettäessä. Tätä varten toimilaitteen sylinterin on oltava fyysisesti suurempi, yleensä 30%-50% suurempi kuin ei-turvallisen yksikön. Tämä aiheuttaa sen, että sykliä kohti kuluu paljon enemmän ilmaa, laitoksen kompressorit käyttävät enemmän sähkötehoa ja insinöörien on suunniteltava tiheisiin putkihyllyihin suuremmalla fyysisellä jalanjäljellä.
Taloudellinen todellisuus (vakuutus vs. hinta): Turvallisuus on suoranaisesti palkkio. Lisäkoon ja monimutkaisten jousipatruunoiden vuoksi jousipalautteiset toimilaitteet maksavat yleensä 20-40% enemmän kuin vakioyksiköt. Tätä kustannusta on kuitenkin pidettävä vakuutusmaksuna, ei kustannuksena. Toimilaitteen kustannuksia on verrattava vikakustannuksiin. Muutaman sadan dollarin säästö halvemmalla toimilaitteella ei ole hyvä sijoitus, kun yksi sähkökatkos maksaa $50 000 erän pilalle menneet kemikaalit tai vaarallisen vuodon. Mitoitustarkkuus on siis olennaisen tärkeää luotettavuuden kannalta ilman, että laite mitoitetaan merkittävästi yli ja budjettia tuhlataan.
Vika-asennon vahvistaminen
Todellisen vika-asennon tarkistaminen on erittäin tärkeä turvallisuustarkastus. Ei ole varaa tehdä oletuksia, ja on varmistettava, että fyysinen laitteisto on yhteensopiva prosessin tarvitseman turvallisuuslogiikan kanssa. Seuraavassa esitetään tapa testata järjestelmä kolmella asteittaisella tarkistuksella.
P&ID-kaavion symbolit selitettynä
Suunnitteluvaiheessa turvallisuuslogiikka määritetään putkisto- ja instrumentointikaaviossa (P&ID). Venttiilin varsijonon yleiset indikaattorit ovat: Vaikka legendat vaihtelevat projektista riippuen, vakiomerkinnät ovat seuraavat:
FC (Fail Closed): Nuoli, joka osoittaa venttiilin runkoon, tai on merkitty yksinkertaisesti FC.
FO (Fail Open): Nuoli, joka on suunnattu ulos venttiilin rungosta tai merkitty FO.
FL (Fail Last): Kaksi samansuuntaista viivaa, jotka leikkaavat varren (symboloivat lukkoa), tai merkitty FL.
Miten tunnistaa FO vs. FC visuaalisesti?
Kun olet kentällä eikä sinulla ole piirustuksia, voit määrittää logiikan tarkastelemalla toimilaitteen lisävarusteita ja tunnistetta.
Nimikilpi: Tämä on varmin merkki. Etsi koodi "Action". SR-CW (jousipalautus myötäpäivään) tarkoittaa yleensä, että jousi sulkee venttiilin (Fail Closed). SR-CCW (vastapäivään) taas tarkoittaa yleensä sitä, että jousi avaa venttiilin (Fail Open).
Solenoidin tarkistus: Tarkista toimilaitteen ohjausventtiili. Kun kyseessä on 3/2-tie-solenoidi (toimilaitteelle on vain yksi ilmalinja), kyseessä on vikasietoinen yksikkö. Jos se on 5/2-tieventtiili, se on todennäköisesti kaksitoiminen (ei Fail-Safe).
Tutki hengitysputki: Jos tyyppikilpeä ei voi lukea, tutki ilma-aukot. Fail-Safe-toimilaitteessa on tyypillisesti yhdelle portille liitetty ilmalinja, ja toinen portti on varustettu hengitystuuletusaukolla tai äänenvaimentimella (pieni muovinen tai pronssinen suodatin), jotta jousikammio voi hengittää. Kun molempiin portteihin on liitetty ilmalinjat, kyseessä on todennäköisesti tavallinen kaksitoiminen yksikkö.
"Air Cut" -testi: Kun silmämääräinen tarkastus epäonnistuu
Fysiikka ei valehtele, etiketit voidaan painaa väärin. Toiminnallinen simulointi on ainoa tapa varmistaa vika-asento.
Menettely: Käännä venttiili normaaliin käyttöasentoonsa (esim. Auki). Irrota sitten ilmansyöttöputki fyysisesti tai sulje eristysventtiili. Älä yksinkertaisesti katkaise sähköistä signaalia, joka vain testaa magneettiventtiilin.
Tulos: Kun venttiili sulkeutuu välittömästi, se on Fail Closed. Kun se avautuu vahingossa, se on Fail Open. Kun venttiili ei liiku etkä kuule ilman poistumista, se on joko Fail Last tai tavallinen ei-vikaantumisturvallinen yksikkö.
Turvallisuusohjeet: Älä jätä käsiä tai työkaluja venttiilin niveliin tämän testin aikana. Jousipalautteiset toimilaitteet purkavat valtavan vääntömomentin välittömästi, kun ilma katoaa.
Päätelmä
Fail Open- tai Fail Closed -venttiilin valinta on hiljainen vartija teollisuusprosessissa. Se on valinta, joka tehdään hiljaisessa toimistossa ja joka voi jonain päivänä ratkaista kaoottisen laitoksen hätätilanteen kohtalon. Mikään vaihtoehto ei ole toista parempi, vaan ainoastaan se, joka sopii kyseisen järjestelmän fysiikkaan ja riskeihin. Olipa kyseessä ylikuumentunut reaktori, jossa on Fail Open -jäähdytysventtiili, tai myrkyllisen kaasun johto, jossa on Fail Closed -eristysventtiili, perustelujen on oltava hyviä ja laitteiden luotettavia. Lopputuloksena on varmistaa, että kun sähköt katkeavat ja valot sammuvat, järjestelmä vikaantuu ainoalla merkityksellisellä tavalla eli turvallisesti.
FAQS
K: Mitä eroa on fail open- ja fail shut -toimintojen välillä?
A: Vikaventtiilit avautuvat automaattisesti salliakseen virtauksen, kun virta katkeaa, ja vikasulkuventtiilit sulkeutuvat automaattisesti estääkseen virtauksen.
K: Onko fail avoin liikenne?
A: Kyllä. Vika-avausventtiili asetetaan vikatilanteessa täysin avoimeen asentoon, jolloin kaasun tai nesteen virtausta (liikennettä) ei rajoiteta.
K: Kuinka muuntaa vika-avoin venttiili vika-suljin -venttiiliksi?
A: Yleensä on tarpeen purkaa toimilaite ja kääntää sisäisen jousen ja männän suunta. On tärkeää huomata, että kaikki toimilaitemallit eivät ole käännettävissä.
K: Ovatko takaiskuventtiilit auki vai kiinni?
A: Takaiskuventtiileille ei ole määritetty vikasietotilaa. Koska ne ovat passiivisia laitteita, ne vikaantuvat mekaanisesti juuttumalla auki (roskien vuoksi) tai juuttumalla kiinni (korroosion vuoksi).
English 
French 
Spanish 
Italian 
German 
Dutch 
Portuguese 
Korean 
Russian 
Chinese 
Finnish