PST- PARTIAL STROKE TEST (Emergency Shut Down)

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ESD – Emergency Shut Down

(Sistema di Arresto di Emergenza)

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L’automazio•ne di processo richiede sempre più spesso la disponibilità di sistemi automatici in grado di gestire arresti di emergenza, detti anche sistemi ESD (Emergency Shut Down). Si tratta di sistemi di controllo che si basano su:

• PLC, (Programmable Logic Controller) ovvero Controllori Logici Programmabili. In pratica è un computer per l’industria, specializzato in origine nella gestione o controllo dei processi industriali.

• DCS, (Distributed Control System) ovvero Sistema di Controllo Distribuito, costituito da diversi sottosistemi, tra cui quello di acquisizione e di elaborazione dei dati, in grado di scambiare autonomamente informazioni con il campo (processo o impianto) in architettura distribuita, ovvero non centralizzata.
• BMS, (Burner Management System) ovvero un sistema basato su PLC utilizzato per la gestione dei bruciatori, e nello specifico le sequenze di avviamento, pulizia, normale marcia produttiva e shutdown.     

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Shut Down Valve (SDV)

Per realizzare sistemi ESD, oltre ai sistemi menzionati, sono necessari componenti come le valvole di intercettazione on-off, altrimenti definite come Shut Down Valve (SDV), oppure Emergency Shut Down Valve, (ESV)

Una valvola di intercettazione (o di Shut Down) è una valvola attuata progettata per arrestare il flusso di un fluido pericoloso, allorché si verifica un evento critico, garantendo protezione da possibili danni a persone, attrezzature o ambiente.

Norme, procedure e know-how, consentono oggi di identificare le apparecchiature critiche durante un’emergenza, al fine di aumentarne l’affidabilità.

Ma come possiamo essere sicuri che le valvole di Shut Down funzioneranno quando richiesto?

Queste valvole possono rimanere inattive, ovvero senza alcun movimento meccanico per lunghi periodi, prima che sia richiesto il loro intervento.

Inoltre va considerato che sono generalmente installate in ambienti gravosi e corrosivi, e pertanto soggette ad un decadimento delle loro prestazioni che non garantisce il funzionamento in caso di necessità

Appare evidente che queste valvole abbiano la tendenza a rimanere bloccate nel momento in cui devono assolutamente intervenire per mettere in sicurezza l’impianto.

Una buona norma è quella di testare le valvole in questione periodicamente, per verificare la loro corretta funzionalità.

Ma nella realtà è possibile farlo solo quando il processo produttivo viene interrotto, ovvero durante le fermate previste per manutenzione, nuove installazioni e migliorie del processo.

In queste occasioni le valvole vengono attivate per testare il loro funzionamento, e in particolare:

• Possibile blocco dello stelo
• Perdita di alimentazione dell’aria all’attuatore
• Tenute
• Integrità del gruppo valvola / attuatore
• Integrità del segnale sul pannello di controllo

Questo tipo di test è noto come Full Stroke Test (FST)

Sappiamo che un impianto di processo non può essere arrestato frequentemente per motivi di produttività e redditività, e talvolta i test necessari richiedono settimane o addirittura mesi per essere eseguiti.

In caso di dubbi sul funzionamento della valvola, e disponendo di un bypass, si simula un arresto di emergenza per poi eseguire il Full Stroke Test (FST)

In ogni caso i costi sono elevati perché richiedono attrezzature aggiuntive come valvole di blocco manuali, bypass delle tubazioni, elettrovalvole, oltre che personale tecnico adeguato.

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Partial Stroke Testing

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La soluzione più semplice, affidabile e meno costosa per il controllo delle valvole, è quella di adottare il Partial Stroke Test (PST)

Il PST garantisce la Sicurezza Funzionale secondo IEC 61508 / IEC 61511.

Il posizionatore deve essere adatto per utilizzo con sistemi e strumentazione di sicurezza ,in accordo a  IEC 61511-1, ed essere conforme a SIL 2.
Il PST aumenta la disponibilità riducendo il fattore PFD (Probability of Failure on Demand).

La funzione di diagnostica della valvola, fornita dal PST, deve essere effettuata periodicamente per accertarne la funzionalità.

Attivare il PST significa muovere parzialmente la valvola e controllare la risposta del sistema; ad esempio verificare se la valvola è bloccate, se l’attuatore pneumatico è correttamente pressurizzato e controllare il tempo di risposta. Il tutto senza bisogno di ispezioni in loco.
Il PST è in grado di rilevare circa il 70% dei problemi che statisticamente si verificano più frequentemente sulle valvole.

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PST – Benefici

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Riduce la frequenza di fermo impianto garantendo il massimo tempo di attività

Aumenta la sicurezza dell’impianto riducendo il PFD (Probability of Failure on Demand)

Ma per quale percentuale della corsa totale è possibile chiudere la valvola ? Questo dipende dal processo e comunque non deve interferire con il normale lavoro dell’impianto, o causare oscillazioni sul processo.

In molti casi, il 15 percento di variazioni sull’apertura della valvola consente di identificare potenziali problemi.
Il PST automatico, a costi ragionevoli, si è reso disponibile solo dopo lo sviluppo di posizionatori intelligenti da applicare alla valvola, in grado di fornire molteplici parametri che, se monitorati e configurati, generano un’ampia varietà di diagnostica.

Lo strumento di riferimento, considerato nel presente articolo, fa parte della famiglia di posizionatori SMART di FOXBORO ECKARDT (by Schneider-electric) e ha le seguenti caratteristiche funzionali:

Attivazione PST:

    •  Manualmente sullo strumento  (LCD + pulsanti)
    •  Automatica a intervalli programmati
    •  Tramite un ingresso binario separato per SIS (Logic Solver)
    •  Locale tramite Local Control Panel (LCP960)

Configurazione PST:

• Intervallo test
• Modifica set-point
• Tempo di attesa massimo
• Pressione minima
• Test dello stato tramite comunicazione, LCD e uscita binaria•
• Manutenzione predittiva mediante pressione minima di apertura
• Tendenza ridando pressione alla valvola
• Valve Signatur
• Stampa report PST
• PST non andato a buon fine
• PST per attuatore a semplice o doppio effetto
• PST via HART / Profibus PA e Foundation Fieldbus
• Monitoraggio attivo di SOV (rilevamento dip)
• Capacità di trigger (monitoraggio dell’FST in caso di chiusura
• Feedback PST su HART usando variabili cicliche

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Configurazione Rampa PST

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La configurazione dei parametri principali, inizia con la definizione dei parametri della Rampa PST, in alto a sinistra nella pagina di configurazione del SW, sopra esposta.

Potremo poi definire un Intervallo di Tempo PST ovvero il tempo che trascorrerà fra un PST e l’altro, sempre ché si sia scelta la funzione di PST Automatico.

Nella sezione di destra invece, specificheremo i parametri operativi:

% di Variazione Set-Point, ovvero la chiusura massima ammessa della valvola, che non causi anomalie o pendolazioni del sistema;

Definita la Banda Morta, fissiamo un Tempo di Rampa del Set-Point e passiamo poi al Tempo di Permanenza in Posizione.

Sarà altresì utile definire un Tempo Massimo di Attesa, trascorso il quale, se nulla accade, viene segnalata un’anomalia.

Infine, il Limite Minimo di Pressione sotto il quale sistema non deve scendere per non compromettere il funzionamento del sistema.

 

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Manutenzione Predittiva

Monitoraggio della Pressione di Apertura

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Il PST è un metodo in cui la valvola ESD viene in genere spostata del 10-20% e riportata alla sua posizione originale in un breve periodo di tempo 

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Overview – Diagnostica Sotto Controllo

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In Quanti Modi Possiamo Effettuare il PST?

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Partial Stroke Test con SRD960

(PST attivato da Logic Solver)

● Comunicazione diretta fra SRD960 e Logic solver

● Binary Input 1 riceve il comando “do PST”

● Binary Input 2 invia a Logic Solver lo “Status del PST”

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Architetture del Sistema PST

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Posizionatore per PST & Shutdown

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Posizionatore solo per PST

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Architetture del Sistema PST

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Eliminazione delle Chiusure Valvole Accidentali

Utilizzando un amplificatore pneumatico speciale

il posizionatore invia piena pressione all’attuatore

anche se non è alimentato !

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Posizionatore per PST, Fail in place e SOV Monitoring 

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Come Funziona il Monitoraggio della SOV

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Conclusioni

In tutte le attività, la sicurezza è un punto fondamentale da considerati.

Lo stesso vale quando ci occupiamo di processi industriali, principalmente quando l’automazione dei processi viene sempre più applicata nelle industrie, il che significa che molte decisioni e azioni, precedentemente prese dagli umani, sono ora assegnate ad apparecchiature e sistemi automatizzati.

Come possiamo essere sicuri che i sistemi di sicurezza funzioneranno all’occorrenza ?

Possiamo fidarci delle attrezzature di emergenza durante un evento imprevisto?

Norme, procedure, informazioni e know-how sono stati generati nel tempo, consentendo di identificare le apparecchiature critiche durante un’emergenza, ed aumentarne l’affidabilità da cui dipendiamo.

La manutenzione è un elemento fondamentale delle industrie, al fine di poter proseguire la produzione, ed è per questo che gli impianti sono tanto più produttivi quanto più sono manutenuti.

Non sempre in manutenzione tutti i fattori sono perfettamente controllabili, e pertanto bisogna attivare un insieme di attività che spesso non sono ripetibili, e talvolta si presentano diverse da come ci si aspettava, compromettendo la continuità di produzione, il mantenimento della qualità del prodotto e delle condizioni di sicurezza per chi opera in azienda.

Allora, se attività così importanti, sono gestite in modo empirico ed occasionale, rischieremmo di mettere in crisi l’azienda perché non ha adottato sistemi moderni ed affidabili attraverso una costante attività di  monitoraggio e controllo.

Situazioni che, nella realtà, si verifica molto più spesso di quello che si possa immaginare

Nicola Sodo