La prueba de carrera parcial (o PST) es una técnica utilizada en sistemas de control que permite al usuario probar un porcentaje de los posibles modos de falla de una válvula de cierre sin necesidad de cerrarla físicamente. La PST se utiliza para ayudar a determinar que la función de seguridad operará bajo demanda. La PST se utiliza con mayor frecuencia en válvulas de cierre de emergencia de alta integridad (ESDV) en aplicaciones donde el cierre de la válvula implicaría un alto costo, pero demostrar su integridad es esencial para mantener la seguridad de las instalaciones. Además de las ESDV, la PST también se utiliza en sistemas de protección de presión de alta integridad (HIPPS). La prueba de carrera parcial no reemplaza la necesidad de realizar la carrera completa de las válvulas, ya que las pruebas de verificación siguen siendo un requisito obligatorio.
Estándares
Las pruebas de carrera parcial son una técnica estándar aceptada en la industria petrolera y también son cuantificadas en detalle por organismos reguladores como la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y la Sociedad de Instrumentación para la Automatización (ISA). A continuación se presentan las normas pertinentes de estos organismos.
- IEC61508 – Seguridad funcional de sistemas eléctricos/electrónicos/electrónicos programables relacionados con la seguridad.
- IEC61511 – Seguridad funcional – Sistemas instrumentados de seguridad para el sector de la industria de procesos
- ANSI/ISA-84.00.01 – Seguridad funcional: Sistemas instrumentados de seguridad para el sector de la industria de procesos (una norma ANSI )
Estas normas definen los requisitos para los sistemas relacionados con la seguridad y describen cómo cuantificar el rendimiento de los sistemas PST.
Medición del desempeño en seguridad
La norma IEC 61508 adapta un enfoque de ciclo de vida de seguridad para la gestión de la seguridad de las plantas. Durante la fase de diseño de este ciclo de vida de un sistema de seguridad, se determina el nivel de rendimiento de seguridad requerido mediante técnicas como el análisis de Markov , el AMFE , el análisis de árbol de fallos y el análisis HAZOP . Estas técnicas permiten al usuario determinar la frecuencia y las consecuencias potenciales de las actividades peligrosas y cuantificar el nivel de riesgo. Un método común para esta cuantificación es el nivel de integridad de seguridad , que se cuantifica del uno al cuatro, siendo el nivel cuatro el más peligroso.
Una vez determinado el nivel SIL, este especifica el nivel de rendimiento requerido de los sistemas de seguridad durante la fase operativa de la planta. La métrica para medir el rendimiento de una función de seguridad se denomina probabilidad media de fallo a demanda (o PFD avg ) y se correlaciona con el nivel SIL de la siguiente manera:
Un método para calcular el PFD promedio para una función de seguridad básica sin redundancia es usar la fórmula
- Promedio de PFD = [(1-PTC)×λ D ×(TI FC /2)] + [PTC×λ D ×(TI PST /2)]
Dónde:
- PTC = Cobertura de la prueba de prueba de accidente cerebrovascular parcial.
- λ D = La tasa de fallos peligrosos de la función de seguridad.
- TI FC = El intervalo de cierre completo, es decir, con qué frecuencia debe cerrarse completamente la válvula para realizar las pruebas.
- TI PST = Intervalo de prueba de accidente cerebrovascular parcial.
La cobertura de la prueba de detección es una medida de la eficacia de la prueba de accidente cerebrovascular parcial, y cuanto mayor sea la cobertura, mayor será el efecto de la prueba.
Beneficios
Los beneficios del uso de PST no se limitan simplemente al desempeño en seguridad, sino que también se pueden obtener mejoras en el rendimiento de producción de una planta y en el costo de capital de la misma. [ 1 ] [ 2 ] Estos se resumen a continuación.
Beneficios de seguridad
El uso de PST puede reducir la probabilidad de fallos bajo demanda.
Beneficios de la producción
Existen varias áreas en las que la eficiencia de la producción puede mejorarse mediante la implementación exitosa de un sistema PST:
- Ampliación del tiempo entre paradas obligatorias de las plantas.
- Predecir posibles fallos en las válvulas facilita la reserva anticipada de piezas de repuesto.
- Priorización de las tareas de mantenimiento.
Desventajas
El principal inconveniente de todos los sistemas PST es la mayor probabilidad de provocar una activación accidental del sistema de seguridad, causando así una parada de la planta . Esta es la principal preocupación de los operadores de sistemas PST y, por esta razón, muchos sistemas PST permanecen inactivos después de su instalación. Diferentes técnicas mitigan este problema de distintas maneras, pero todos los sistemas tienen un riesgo inherente.
Además, en algunos casos, no es posible realizar una prueba de estrés presurizado (PST) debido a las limitaciones inherentes al proceso o a la válvula utilizada. Asimismo, dado que la PST introduce una perturbación en el proceso o sistema, puede no ser apropiada para ciertos procesos o sistemas sensibles a dichas perturbaciones.
Por último, un PST no siempre puede diferenciar entre diferentes fallos o averías dentro del conjunto de válvula y actuador , lo que limita su capacidad de diagnóstico.
Técnicas
Existen diversas técnicas disponibles para la prueba de accidente cerebrovascular parcial, y la selección de la técnica más apropiada depende de los principales beneficios que el operador intenta obtener.
Bloqueadores mecánicos
Los bloqueadores mecánicos son dispositivos que se insertan en el conjunto de válvula y actuador para impedir físicamente que la válvula se mueva más allá de un punto determinado. Se utilizan en casos donde el cierre accidental de la válvula tendría graves consecuencias, o en cualquier aplicación donde el usuario final prefiera un dispositivo mecánico.
Los beneficios típicos de este tipo de dispositivo son los siguientes: [ 3 ]
- Estos dispositivos garantizan la prevención de accidentes cerebrovasculares por contacto metal-metal una vez superado el punto de ajuste especificado.
- A diferencia de algunos sistemas electrónicos, no es necesario poner en marcha ni calibrar los controles ni capacitar continuamente al personal, lo que se traduce en un importante ahorro de costes adicional.
- Los dispositivos son resistentes a las vibraciones, lo que los hace altamente fiables.
- El riesgo asociado a que se produzca un evento de descarga electrostática (ESD) durante la prueba de estrés mecánica manual puede considerarse estadísticamente insignificante y permite una consideración racional de las ventajas que ofrecen los dispositivos mecánicos.
- El diseño modular permite añadir interruptores de límite, potenciómetros, control remoto, etc.
- La prueba es una prueba exhaustiva del solucionador lógico y de todos los elementos finales; solo los elementos de detección de la función de seguridad no se prueban.
- La válvula se prueba a la velocidad de funcionamiento prevista, ya que simula un evento ESD.
- Los inhibidores tienen una probabilidad muy baja de provocar un viaje erróneo.
Sin embargo, existen diferentes opiniones sobre si estos dispositivos son adecuados para sistemas de seguridad funcional, ya que la función de seguridad permanece inactiva durante la duración de la prueba.
Los dispositivos PST mecánicos modernos pueden automatizarse .
Ejemplos de este tipo de dispositivo incluyen productos de interfaz directa que se montan entre la válvula y el actuador y pueden usar levas instaladas en el vástago de la válvula. Un ejemplo de un sistema PST mecánico de este tipo: [ 4 ]
Otros métodos incluyen topes finales de actuador ajustables.
Posicionadores de válvulas neumáticas
El principio básico de las pruebas de carrera parcial consiste en mover la válvula a una posición predeterminada para determinar su funcionamiento. Esto llevó a la adaptación de los posicionadores neumáticos utilizados en las válvulas de control de caudal para su uso en pruebas de carrera parcial. Estos sistemas suelen ser adecuados para su uso en válvulas de cierre hasta SIL3 inclusive. Las principales ventajas son :
- Eliminación del coste de las pruebas manuales
- Seguimiento y registro de las pruebas PST para una monitorización de seguridad óptima. Cuando el posicionador se conecta al sistema de seguridad, la fecha y el resultado de la prueba se registran en la secuencia de eventos, a efectos de seguro.
- Acceso remoto al diagnóstico de válvulas desde la sala de control, con informes orientados a la acción para el mantenimiento predictivo .
La principal ventaja de estos sistemas es que los posicionadores son equipos comunes en las plantas, por lo que los operarios están familiarizados con su funcionamiento. Sin embargo, su principal inconveniente radica en el mayor riesgo de disparos intempestivos debido a la introducción de componentes de control adicionales que no se utilizan habitualmente en válvulas de encendido/apagado. No obstante, el uso de estos sistemas se limita a válvulas de accionamiento neumático.
Sistemas de relés eléctricos
Estos sistemas utilizan un interruptor eléctrico para desenergizar la electroválvula y un relé eléctrico conectado al actuador para volver a energizar la bobina del solenoide cuando se alcanza el punto PST deseado.
Sistemas de control electrónico
Los sistemas de control electrónico utilizan un módulo electrónico configurable que conecta la alimentación del sistema ESD con la electroválvula . Para realizar una prueba, el temporizador desenergiza la electroválvula para simular una parada y la vuelve a energizar cuando se alcanza el grado de recorrido parcial requerido. Estos sistemas son, fundamentalmente, un PLC en miniatura dedicado a la prueba de la válvula.
Debido a su naturaleza, estos dispositivos no forman parte de la función de seguridad y, por lo tanto, son completamente a prueba de fallos. Con la adición de un sensor de presión y/o un sensor de posición para sistemas de temporizador de retroalimentación, también son capaces de proporcionar diagnósticos inteligentes para evaluar el rendimiento de todos los componentes, incluyendo la válvula, el actuador y las electroválvulas.
Además, los temporizadores son capaces de funcionar con cualquier tipo de actuador hidráulico y también pueden utilizarse con válvulas submarinas donde la electroválvula se encuentra en la superficie.
Sistemas integrados de válvulas solenoides
Otra técnica consiste en integrar la electrónica de control en la carcasa de la electroválvula, eliminando la necesidad de cajas de control adicionales. Además, no es necesario modificar el esquema de control, ya que no se requieren componentes específicos.
Referencias
- ↑ Exclusivo web: Fallo de válvula no es una opción . Archivado el 18/07/2011 en Wayback Machine . ISA (01/01/2009). Recuperado el 30/05/2011.
- ↑ Acariciamiento parcial . Focus-nuclear.com. Consultado el 30 de mayo de 2011.
- ↑ Dispositivo de prueba de carrera parcial D-Stop. Prueba de válvula mecánica de carrera parcial de operación manual/local y remota . Cameron. Docs.google.com. Consultado el 30 de mayo de 2011.
- ↑ Sistema mecánico PST FAITH de Netherlocks: reconocido como el estándar de la industria. Consultado el 14 de julio de 2013.
Enlaces externos
- Comisión Electrotécnica Internacional
- Sociedad de Instrumentos de América
- productos/sistemas de automatización/prueba de carrera parcial de actuadores
- Controlador PST de Paladon Systems
- Monitor de válvula inteligente Rotork
- Dispositivo de prueba de carrera parcial mecánica Dynatorque D-Stop
- Posicionador Foxboro PST
- IMI Precision Engineering - Maxseal ICO4-PST
- Val Controls A/S
- Solenoide inteligente Neles ValvGuard para válvulas ESD y válvulas críticas de encendido/apagado.
- Ingeniería de seguridad
- Equipos de seguridad
- Válvulas