智能测量技术助力安全装置的预防性维护

火焰捕集器和呼吸阀在行业中的多种场合都有应用，例如罐区、工艺装置、蒸汽燃烧系统、火炬、焚烧系统。此外还应用于装、卸设施、蒸汽回收装置，或是作为组件集成到一体化设备中。所有相关行业现在都享受到了数字化和工业4.0带来的成果，并且深入应用到了安全设备。作为上述各种装置和系统的安全保障，火焰捕集器和呼吸阀必须始终保持正常工作状态，而且不可以中断。换言之，就是始终保持100%的可用性。此类安全设备一旦故障，造成的后果可能是灾难性的。

一般情况下，设备的维护间隔是运营商根据经验决定的。《德国工业安全法案》（BetrSiVO）第15章规定，火焰捕集器和带有一体化火焰捕集器的呼吸阀等所有保护装置在正式启用前，以及在完成强制性改造并再次启用前，必须由核准检验机构进行检验。检验内容中有一项是根据《德国工业安全法案》第3章第6条的规定进行的风险评估。具体的检验项目、范围和最后期限由运营商决定。

对于新建装置，通常建议采用保守一些的维护周期。具体可由以下因素决定：
– 装置的设计
– 结构材质发生腐蚀和结垢的潜在可能性
– 工艺压力和温度
– 工艺流体是否可能含有杂质、固体颗粒物、聚合物，或是具有较高粘滞性
– 工厂运行时，工艺条件变化的周期性、恒定性，或是无规律的变化。

关于《德国工业安全法案》第16章规定进行的再次检验，具体需要遵循制造商的指导。如果咨询了核准检验机构的意见，并根据“法案”第16章第4.1条制定了有效的维护策略，可以适当延长检验间隔。具体而言，可以从3年延长到6年。

用户必须遵循既定的维护间隔，并做好维护记录。但是如果运营商咨询了具备防爆专业知识的合格人员或核准检验机构，就可以结合自身经验缩短或延长维护周期。尽管有上述建议，但实际上关于阀门的使用寿命，目前既无确切的计算方法，也没有能准确计算和（或）确保阀门功能完好的行业标准。为了优化这种迭代的过程，数字化技术被用来助一臂之力。特别是对于经验有限的运营商而言，数字技术能辅助他们做出关于维护周期的决策。按照传统方法制定的维护周期往往很保守，因此会大幅度降低工场设施的可用性。

除了弥补运营商经验的不足，发展成熟的技术还能帮助运营商将同一装置的不同应用，以及各种不同的工况全盘考虑在内。如果采用了智能测量技术，运营商就可以实时监控安全装置的工作状态，还可以有针对性地规划预防性维护，或是在设备故障之前发现隐患并进行维修。这样做不仅能预防装置发生故障，确保系统保持最大限度的可用性，还能优化维护计划。

监控呼吸阀面临的难点

有多种因素都会导致呼吸阀故障，例如某个零件的机械故障、阀瓣泄漏或破损、阀座因震颤而损坏等。呼吸阀的震颤是指快速、反复不停地启、闭。当系统内的流体压力或流动条件发生波动，阀瓣就会在开启和关闭阀位之间反复摆动，即所谓的震颤。因此呼吸阀的设计、尺寸计算和控制性能，对于防止阀门震颤和确保系统保持顺畅、可靠运行，都有着决定性影响力。

呼吸阀的另一个常见问题是阀瓣卡死在开启阀位。其原因可能是压力激波，也可能是开车调试工作没有做到位，忘记拆除运输锁。此外，介质如果含有大量杂质，也会妨碍阀门正常关闭。如果工艺介质具有积聚性，就可能在阀瓣上结垢或黏在阀瓣上。这会进一步导致荷重（杠杆式）阀门的设定压力升高，开启时机被延迟，并给系统运行带来安全隐患。

为了应对这些技术问题，我们建议给阀门加装接近开关。这种开关可以在阀门运行过程中实时监控阀门的状态，能针对阀门的性能和状况提供有价值的信息。

一般情况下，每台阀门都需要在工艺介质压力高于设定压力的情况下，才能实现完全开启。阀门开启的过程中，阀瓣始终得到导向装置的引导，并且阀瓣和转轴向上移动。一旦转轴的最高点接触到了位置监控系统（如果是荷重式阀门，位置监控系统位于阀体外部），接近开关就会发出信号，告知系统阀门已开启并保持在开启阀位。

如果压力下降到了设定的关闭压力，阀门就会关闭。阀瓣下降并落座，同时转轴离开接近开关。与此同时，接近开关会发出信号，告知系统阀门已经关闭。荷重（杠杆式）阀门和弹簧荷载阀门都可以配置接近开关，此外它也可以应用在需要防爆认证（ATEX）的区域。就荷重（杠杆式）阀门和弹簧荷载阀门的阀位监控而言，两者间的区别在于接近开关的安装位置。弹簧荷载阀门的接近开关不是安装在转轴顶端，而是位于弹簧护套的底部。如果阻火器被污染并造成堵塞，就会导致压降变大，这就会给设备带来故障隐患。如果希望掌握阻火器内部的实时堵塞程度，我们建议加装一套压差测量装置。装置的两个部分各有一个压力传感器，分别位于阻火器的上游和下游。安装了压差测量装置后，就能清楚地了解压降的数值。如果由于堵塞而导致压降变大，压差测量装置就可以感知到，并将相关数据记录在案。运营商可以设定一个最大压差允许值。一旦达到该极限值，就必须清洁相关阻火器，以便确保其能安全、正常地发挥功能。

有些装置系统（例如蒸气燃烧器、火炬、焚烧系统和燃烧器）可能需要短期燃烧（特定时间段内的稳定燃烧）或耐久燃烧（无限期地持续、稳定燃烧），这也具有一定的危险性。对于第4类（基于EN ISO 16852标准）管道式阻爆燃爆轰阻火器而言，常规爆燃认证意味着相关设备可以承受一分钟时限的稳定燃烧。如果超过这一时限，阻火器就无法继续提供保护。进入阻火器的热能过多，导致温度升高并达到受阻火器保护物质的自燃点。这意味着工艺介质会在没有外部火花的情况下自燃。进行安全评估时，如果认为可能会发生超过一分钟的短期燃烧，或者耐久燃烧，就必须加装温度传感器以便侦测火情。温度传感器必须安装在不被阻火器保护的一端，即火焰可能会最先出现的一端，或者说引燃因素可能会出现的一端。此外，铭牌的作用也很重要，它能确保阻火器正确安装在管道上，包括避免反向安装。反向安装会导致温度传感器被安装在受阻火器保护的一端。这种差错会耽误温度传感器及时发现火情，意味着可能导致阻火器承受燃烧的时长超过一分钟，导致阻火器的功能失效。

即使是具有双向阻火功能的阻火器，如果某一端出现了短期燃烧现象，或者在进行风险评估时，在温度传感器的监控下在某一端安排了短期燃烧，该双向阻火器都不可以继续对称使用。

温度传感器的响应时间也是需要关注的因素。温度传感器必须集成到工厂的工艺控制系统中，以便在传感器察觉到明显的温度上升时，系统自动采取应对措施。根据行业标准，温度传感器从察觉温度上升到发出信号，期间会有一段相当于0.5 x最大燃烧时限的窗口期，即30秒钟。但在实际应用中，传感器会在更短时间内发出信号。系统必须在剩余的燃烧时间耗尽之前，自动触发应对措施，例如切断燃料供应、喷射空气、蒸汽、氮气或其它物质，或在彻底切断管道流通的同时，改变介质的流动路径。

对于工况苛刻的应用场合，针对安全装置的智能测量技术有助于最大限度地延长维护周期，提高系统的可用性，还有助于预防计划外停车。在此基础上，运营商就可以制定长期的维护计划，并在成本效益较高的基础上实施维护。