Las pruebas de verificación son parte integral del mantenimiento de la integridad de seguridad de nuestros sistemas instrumentados de seguridad (SIS) y sistemas relacionados con la seguridad (por ejemplo, alarmas críticas, sistemas de detección de incendios y gases, sistemas de enclavamiento instrumentados, etc.). Una prueba de verificación es una prueba periódica para detectar fallas peligrosas, verificar la funcionalidad relacionada con la seguridad (por ejemplo, reinicio, derivaciones, alarmas, diagnósticos, apagado manual, etc.) y garantizar que el sistema cumpla con los estándares de la empresa y externos. Los resultados de las pruebas de verificación también miden la eficacia del programa de integridad mecánica del SIS y la confiabilidad del sistema en campo.
Los procedimientos de prueba abarcan todos los pasos, desde la obtención de permisos, la realización de notificaciones y la puesta fuera de servicio del sistema para su prueba, hasta garantizar una prueba exhaustiva, documentar la prueba y sus resultados, volver a poner el sistema en servicio y evaluar los resultados de las pruebas actuales y los resultados de las pruebas anteriores.
La norma ANSI/ISA/IEC 61511-1, cláusula 16, abarca las pruebas de verificación de los sistemas instrumentados de seguridad (SIS). El informe técnico TR84.00.03 de ISA, «Integridad mecánica de los sistemas instrumentados de seguridad (SIS)», trata sobre las pruebas de verificación y actualmente se encuentra en revisión; se espera una nueva versión próximamente. El informe técnico TR96.05.02 de ISA, «Pruebas de verificación in situ de válvulas automatizadas», se encuentra actualmente en desarrollo.
El informe CRR 428/2002 de la HSE del Reino Unido, titulado «Principios para las pruebas de verificación de sistemas instrumentados de seguridad en la industria química», proporciona información sobre las pruebas de verificación y las prácticas que están llevando a cabo las empresas en el Reino Unido.
Un procedimiento de prueba de verificación se basa en un análisis de los modos de falla peligrosos conocidos para cada uno de los componentes en la ruta de disparo de la función instrumentada de seguridad (SIF), la funcionalidad de la SIF como sistema y cómo (y si) probar el modo de falla peligroso. El desarrollo del procedimiento debe comenzar en la fase de diseño de la SIF con el diseño del sistema, la selección de componentes y la determinación de cuándo y cómo realizar la prueba de verificación. Los instrumentos SIS tienen diferentes grados de dificultad de prueba de verificación que deben considerarse en el diseño, operación y mantenimiento de la SIF. Por ejemplo, los medidores de orificio y los transmisores de presión son más fáciles de probar que los caudalímetros másicos Coriolis, los medidores magnéticos o los sensores de nivel de radar a través del aire. La aplicación y el diseño de la válvula también pueden afectar la exhaustividad de la prueba de verificación de la válvula para garantizar que las fallas peligrosas e incipientes debido a la degradación, la obstrucción o las fallas dependientes del tiempo no conduzcan a una falla crítica dentro del intervalo de prueba seleccionado.
Si bien los procedimientos de prueba de verificación generalmente se desarrollan durante la fase de ingeniería SIF, también deben ser revisados por la Autoridad Técnica SIS del sitio, Operaciones y los técnicos de instrumentación que realizarán las pruebas. Asimismo, se debe realizar un análisis de seguridad del trabajo (JSA). Es importante obtener la aprobación de la planta sobre qué pruebas se realizarán y cuándo, así como su viabilidad física y de seguridad. Por ejemplo, no sirve de nada especificar pruebas de carrera parcial si el grupo de Operaciones no está de acuerdo en realizarlas. También se recomienda que los procedimientos de prueba de verificación sean revisados por un experto independiente en la materia (SME). Las pruebas típicas requeridas para una prueba de verificación de funcionamiento completo se ilustran en la Figura 1.
Requisitos de prueba de funcionamiento completo Figura 1: Una especificación de prueba de funcionamiento completo para una función instrumentada de seguridad (SIF) y su sistema instrumentado de seguridad (SIS) debe detallar o hacer referencia a los pasos en secuencia desde los preparativos de prueba y los procedimientos de prueba hasta las notificaciones y la documentación.
Figura 1: Una especificación de prueba de funcionamiento completo para una función instrumentada de seguridad (SIF) y su sistema instrumentado de seguridad (SIS) debe detallar o hacer referencia a los pasos en secuencia, desde la preparación de las pruebas y los procedimientos de prueba hasta las notificaciones y la documentación.
Las pruebas de verificación son una acción de mantenimiento planificada que debe ser realizada por personal competente capacitado en pruebas de SIS, el procedimiento de verificación y los bucles SIS que se probarán. Se debe realizar una revisión del procedimiento antes de la prueba de verificación inicial y, posteriormente, se debe informar a la Autoridad Técnica de SIS del sitio para realizar mejoras o correcciones.
Existen dos modos de fallo principales (seguro o peligroso), que se subdividen en cuatro: peligroso no detectado, peligroso detectado (mediante diagnóstico), seguro no detectado y seguro detectado. En este artículo, los términos fallo peligroso y peligroso no detectado se utilizan indistintamente.
En las pruebas de verificación SIF, nos interesan principalmente los modos de fallo peligrosos no detectados, pero si existen diagnósticos de usuario que detectan fallos peligrosos, estos diagnósticos deben someterse a pruebas de verificación. Cabe destacar que, a diferencia de los diagnósticos de usuario, los diagnósticos internos del dispositivo normalmente no pueden ser validados como funcionales por el usuario, lo que puede influir en la filosofía de las pruebas de verificación. Cuando se tienen en cuenta los diagnósticos en los cálculos SIL, las alarmas de diagnóstico (por ejemplo, las alarmas fuera de rango) deben probarse como parte de la prueba de verificación.
Los modos de fallo pueden subdividirse en aquellos que se prueban durante una prueba de verificación, aquellos que no se prueban y fallos incipientes o dependientes del tiempo. Algunos modos de fallo peligrosos pueden no probarse directamente por diversas razones (por ejemplo, dificultad, decisión de ingeniería u operativa, desconocimiento, incompetencia, errores sistemáticos por omisión o comisión, baja probabilidad de ocurrencia, etc.). Si existen modos de fallo conocidos que no se probarán, se debe compensar mediante el diseño del dispositivo, el procedimiento de prueba, la sustitución o reconstrucción periódica del dispositivo y/o la realización de pruebas inferenciales para minimizar el impacto de la falta de prueba en la integridad del SIF.
Una falla incipiente es un estado o condición de degradación tal que se puede prever razonablemente una falla crítica y peligrosa si no se toman medidas correctivas de manera oportuna. Generalmente se detectan mediante la comparación del rendimiento con pruebas de referencia recientes o iniciales (por ejemplo, firmas de válvulas o tiempos de respuesta de válvulas) o mediante inspección (por ejemplo, un puerto de proceso obstruido). Las fallas incipientes suelen depender del tiempo: cuanto más tiempo esté en servicio el dispositivo o conjunto, más se degrada; aumentan las probabilidades de una falla aleatoria (obstrucción del puerto de proceso o acumulación de residuos en el sensor con el tiempo, agotamiento de la vida útil, etc.). Por lo tanto, cuanto mayor sea el intervalo de prueba, mayor será la probabilidad de una falla incipiente o dependiente del tiempo. Cualquier protección contra fallas incipientes también debe someterse a pruebas (purga de puertos, calentamiento por resistencia, etc.).
Es necesario redactar procedimientos para realizar pruebas de detección de fallos peligrosos (no detectados). Las técnicas de análisis de modos y efectos de fallos (AMFE) o de análisis de modos, efectos y diagnóstico de fallos (FMEDA) pueden ayudar a identificar fallos peligrosos no detectados y a determinar dónde se debe mejorar la cobertura de las pruebas de detección.
Muchos procedimientos de prueba se basan en la experiencia y en plantillas de procedimientos existentes. Los procedimientos nuevos y los SIF más complejos requieren un enfoque más ingenieril, utilizando FMEA/FMEDA para analizar las fallas peligrosas, determinar si el procedimiento de prueba las detectará o no, y la cobertura de las pruebas. En la Figura 2 se muestra un diagrama de bloques de análisis de modos de falla a nivel macro para un sensor. El FMEA generalmente solo necesita realizarse una vez para un tipo de dispositivo específico y reutilizarse para dispositivos similares, considerando sus capacidades de servicio, instalación y pruebas en el sitio.
Análisis de fallas a nivel macro Figura 2: Este diagrama de bloques de análisis de modos de falla a nivel macro para un sensor y transmisor de presión (PT) muestra las funciones principales que normalmente se dividirán en múltiples análisis de micro fallas para definir completamente las fallas potenciales que se abordarán en las pruebas de función.
Figura 2: Este diagrama de bloques de análisis de modos de falla a nivel macro para un sensor y transmisor de presión (PT) muestra las funciones principales que normalmente se desglosarán en múltiples análisis de micro fallas para definir completamente las fallas potenciales que se abordarán en las pruebas de función.
El porcentaje de fallos conocidos, peligrosos y no detectados que se someten a pruebas de verificación se denomina cobertura de pruebas de verificación (PTC). La PTC se utiliza habitualmente en los cálculos de SIL para «compensar» la falta de pruebas más exhaustivas del SIF. Existe la creencia errónea de que, al haber considerado la falta de cobertura de pruebas en el cálculo de SIL, se ha diseñado un SIF fiable. La realidad es que, si la cobertura de pruebas es del 75 %, y se tiene en cuenta este porcentaje en el cálculo de SIL, además de probar con mayor frecuencia los elementos que ya se prueban, estadísticamente aún puede producirse un 25 % de fallos peligrosos. Desde luego, no quiero estar en ese 25 %.
Los informes de aprobación de la FMEDA y los manuales de seguridad para dispositivos suelen proporcionar un procedimiento mínimo de prueba y una cobertura de prueba. Estos solo ofrecen orientación, no todos los pasos de prueba necesarios para un procedimiento de prueba completo. Otros tipos de análisis de fallas, como el análisis de árbol de fallas y el mantenimiento centrado en la confiabilidad, también se utilizan para analizar fallas peligrosas.
Las pruebas de verificación se pueden dividir en pruebas funcionales completas (de extremo a extremo) o pruebas funcionales parciales (Figura 3). Las pruebas funcionales parciales se realizan comúnmente cuando los componentes del SIF tienen intervalos de prueba diferentes en los cálculos SIL que no coinciden con las paradas o revisiones planificadas. Es importante que los procedimientos de las pruebas de verificación funcionales parciales se superpongan de manera que, en conjunto, prueben toda la funcionalidad de seguridad del SIF. Con las pruebas funcionales parciales, se recomienda que el SIF tenga una prueba de verificación inicial de extremo a extremo y pruebas posteriores durante las revisiones.
Las pruebas de prueba parciales deben sumar Figura 3: Las pruebas de prueba parciales combinadas (abajo) deben cubrir todas las funcionalidades de una prueba de prueba funcional completa (arriba).
Figura 3: Las pruebas de verificación parciales combinadas (abajo) deben cubrir todas las funcionalidades de una prueba de verificación funcional completa (arriba).
Una prueba de verificación parcial solo evalúa un porcentaje de los modos de falla de un dispositivo. Un ejemplo común es la prueba de válvula de carrera parcial, donde la válvula se mueve ligeramente (entre un 10 % y un 20 %) para verificar que no esté atascada. Esta prueba ofrece una cobertura menor que la prueba realizada en el intervalo de prueba principal.
Los procedimientos de prueba de verificación pueden variar en complejidad según la complejidad del SIF y la filosofía de procedimientos de prueba de la empresa. Algunas empresas redactan procedimientos de prueba detallados paso a paso, mientras que otras utilizan procedimientos más breves. En ocasiones, se recurre a otros procedimientos, como una calibración estándar, para reducir la extensión del procedimiento de prueba de verificación y garantizar la coherencia en las pruebas. Un buen procedimiento de prueba de verificación debe proporcionar suficiente detalle para asegurar que todas las pruebas se realicen y documenten correctamente, pero no tanto como para que los técnicos quieran omitir pasos. Que el técnico responsable de realizar el paso de prueba firme el paso completado puede ayudar a garantizar que la prueba se realice correctamente. La firma de la prueba de verificación completada por parte del Supervisor de Instrumentos y los representantes de Operaciones también enfatizará la importancia y garantizará que la prueba de verificación se haya realizado correctamente.
Siempre se debe solicitar la opinión de los técnicos para mejorar el procedimiento. El éxito de una prueba de verificación depende en gran medida de la habilidad de los técnicos, por lo que se recomienda encarecidamente la colaboración.
La mayoría de las pruebas de verificación se realizan normalmente fuera de línea durante una parada o mantenimiento. En algunos casos, puede ser necesario realizar pruebas de verificación en línea mientras la planta está en funcionamiento para cumplir con los cálculos SIL u otros requisitos. Las pruebas en línea requieren planificación y coordinación con Operaciones para permitir que la prueba de verificación se realice de forma segura, sin perturbar el proceso y sin causar una parada falsa. Basta con una sola parada falsa para agotar todas las oportunidades de reconocimiento. Durante este tipo de prueba, cuando el SIF no está completamente disponible para realizar su tarea de seguridad, la norma 61511-1, cláusula 11.8.5, establece que “Se proporcionarán medidas compensatorias que garanticen la operación segura continua de acuerdo con la cláusula 11.3 cuando el SIS esté en modo de derivación (reparación o prueba)”. Un procedimiento de gestión de situaciones anormales debe acompañar al procedimiento de prueba de verificación para ayudar a garantizar que esto se realice correctamente.
Un SIF se divide típicamente en tres partes principales: sensores, solucionadores lógicos y elementos finales. Generalmente, también existen dispositivos auxiliares que pueden asociarse a cada una de estas tres partes (por ejemplo, barreras IS, amplificadores de disparo, relés de interposición, solenoides, etc.) que también deben someterse a prueba. Los aspectos críticos de las pruebas de cada una de estas tecnologías se pueden encontrar en el recuadro lateral «Pruebas de sensores, solucionadores lógicos y elementos finales» (a continuación).
Algunas cosas son más fáciles de probar que otras. Muchas tecnologías modernas y algunas más antiguas de medición de caudal y nivel se encuentran en la categoría de más difíciles. Entre ellas se incluyen los caudalímetros Coriolis, los medidores de vórtice, los medidores magnéticos, el radar de transmisión aérea, los medidores de nivel ultrasónicos y los interruptores de proceso in situ, por mencionar algunos. Afortunadamente, muchas de estas tecnologías ahora cuentan con diagnósticos mejorados que permiten realizar pruebas más precisas.
La dificultad de realizar pruebas de funcionamiento de un dispositivo de este tipo en condiciones reales debe tenerse en cuenta en el diseño del SIF. Es fácil que el departamento de ingeniería seleccione dispositivos SIF sin considerar seriamente los requisitos para dichas pruebas, ya que no serán ellos quienes las realicen. Esto también se aplica a las pruebas de carrera parcial, un método común para mejorar la probabilidad media de fallo bajo demanda (PFDavg) de un SIF, pero que posteriormente el departamento de operaciones de la planta no desea llevar a cabo, y en muchos casos no lo hará. Siempre se debe supervisar en planta el diseño de los SIF en lo que respecta a las pruebas de funcionamiento.
La prueba de verificación debe incluir una inspección de la instalación del SIF y las reparaciones necesarias para cumplir con la cláusula 16.3.2 de la norma 61511-1. Se debe realizar una inspección final para asegurar que todo esté correctamente instalado y una doble verificación de que el SIF se haya vuelto a poner en servicio de manera adecuada.
Redactar e implementar un buen procedimiento de prueba es fundamental para garantizar la integridad del SIF durante toda su vida útil. El procedimiento debe proporcionar detalles suficientes para asegurar que las pruebas requeridas se realicen y documenten de forma consistente y segura. Las fallas peligrosas no detectadas mediante pruebas de verificación deben compensarse para garantizar que la integridad de seguridad del SIF se mantenga adecuadamente durante su vida útil.
Para redactar un buen procedimiento de prueba de verificación, se requiere un enfoque lógico para el análisis de ingeniería de las posibles fallas peligrosas, la selección de los medios y la redacción de los pasos de la prueba que estén dentro de las capacidades de prueba de la planta. Durante el proceso, obtenga el respaldo de la planta en todos los niveles para la realización de la prueba y capacite a los técnicos para que la lleven a cabo y la documenten, además de que comprendan su importancia. Redacte las instrucciones como si usted fuera el técnico de instrumentación que tendrá que realizar el trabajo, y tenga en cuenta que de que la prueba se realice correctamente dependen vidas humanas, porque así es.
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
Un SIF se divide típicamente en tres partes principales: sensores, solucionadores lógicos y elementos finales. Además, generalmente existen dispositivos auxiliares que pueden asociarse dentro de cada una de estas tres partes (por ejemplo, barreras IS, amplificadores de disparo, relés de interposición, solenoides, etc.) que también deben probarse.
Pruebas de validación del sensor: La prueba de validación del sensor debe garantizar que este pueda detectar la variable de proceso en todo su rango y transmitir la señal adecuada al solucionador lógico del SIS para su evaluación. Si bien no es exhaustiva, en la Tabla 1 se presentan algunos aspectos a considerar al crear la parte del sensor del procedimiento de prueba de validación.
Prueba de funcionamiento del solucionador lógico: Durante la prueba de funcionamiento completa, se comprueba la función del solucionador lógico en la ejecución de la acción de seguridad del SIF y las acciones relacionadas (p. ej., alarmas, reinicio, derivaciones, diagnósticos de usuario, redundancias, HMI, etc.). Las pruebas de funcionamiento parciales o por partes deben incluir todas estas comprobaciones como parte de las pruebas individuales superpuestas. El fabricante del solucionador lógico debe incluir un procedimiento de prueba recomendado en el manual de seguridad del dispositivo. De no ser así, como mínimo, se debe reiniciar el dispositivo y comprobar sus registros de diagnóstico, indicadores luminosos de estado, voltajes de alimentación, enlaces de comunicación y redundancia. Estas comprobaciones deben realizarse antes de la prueba de funcionamiento completa.
No dé por sentado que el software es infalible y que la lógica no necesita ser probada tras la prueba inicial, ya que con el tiempo pueden introducirse cambios y actualizaciones de software y hardware no documentados, no autorizados ni probados, que deben considerarse en su metodología general de pruebas. Se debe revisar la gestión de los registros de cambios, mantenimiento y revisiones para asegurar que estén actualizados y correctamente conservados, y, si es posible, se debe comparar el programa de aplicación con la última copia de seguridad.
También se debe tener cuidado al probar todas las funciones auxiliares y de diagnóstico del solucionador de lógica de usuario (por ejemplo, sistemas de vigilancia, enlaces de comunicación, dispositivos de ciberseguridad, etc.).
Prueba de funcionamiento del elemento final: La mayoría de los elementos finales son válvulas; sin embargo, los arrancadores de motores de equipos rotativos, los variadores de velocidad y otros componentes eléctricos, como contactores e interruptores automáticos, también se utilizan como elementos finales, y sus modos de fallo deben analizarse y someterse a pruebas de funcionamiento.
Los principales modos de fallo de las válvulas son el atascamiento, un tiempo de respuesta demasiado lento o demasiado rápido y las fugas, todos ellos afectados por la interfaz del proceso operativo de la válvula en el momento de la activación. Si bien probar la válvula en condiciones de funcionamiento es lo ideal, el departamento de Operaciones generalmente se opondría a activar el SIF mientras la planta está en funcionamiento. La mayoría de las válvulas SIS se prueban normalmente con la planta parada y a presión diferencial cero, que es la condición de funcionamiento menos exigente. El usuario debe tener en cuenta la presión diferencial operativa en el peor de los casos y los efectos de degradación de la válvula y del proceso, factores que deben considerarse en el diseño y dimensionamiento de la válvula y el actuador.
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).
La temperatura ambiente también puede afectar las cargas de fricción de las válvulas, por lo que, en general, las pruebas realizadas en climas cálidos implican la menor carga de fricción en comparación con las realizadas en climas fríos. Por consiguiente, se recomienda realizar pruebas de resistencia de las válvulas a una temperatura constante para obtener datos consistentes que permitan realizar pruebas inferenciales y determinar la degradación del rendimiento de las válvulas.
Las válvulas con posicionadores inteligentes o controladores digitales suelen tener la capacidad de generar una firma de válvula que permite monitorizar la degradación de su rendimiento. Puede solicitar una firma de referencia como parte de su pedido o crearla durante la prueba inicial. La firma de válvula debe generarse tanto para la apertura como para el cierre de la válvula. Si está disponible, también se recomienda utilizar un sistema avanzado de diagnóstico de válvulas. Esto le ayudará a determinar si el rendimiento de su válvula se está deteriorando, comparando las firmas y los diagnósticos de las pruebas posteriores con su referencia. Este tipo de prueba puede compensar la falta de pruebas de la válvula a las presiones de funcionamiento más desfavorables.
Durante una prueba de funcionamiento, la firma de la válvula también puede registrar el tiempo de respuesta con marcas de tiempo, eliminando la necesidad de un cronómetro. Un tiempo de respuesta prolongado indica deterioro de la válvula y un aumento de la fricción necesaria para su movimiento. Si bien no existen estándares para los cambios en el tiempo de respuesta de la válvula, una variación negativa entre pruebas de funcionamiento sugiere una posible pérdida del margen de seguridad y del rendimiento de la válvula. Las pruebas de funcionamiento de válvulas en sistemas instrumentados de seguridad (SIS) modernos deben incluir la firma de la válvula como buena práctica de ingeniería.
Durante la prueba de funcionamiento de la válvula, se debe medir la presión de suministro de aire del instrumento. Si bien el resorte de la válvula de retorno por resorte es el que la cierra, la fuerza o el par involucrados se determina por la compresión que ejerce la presión de suministro de la válvula sobre dicho resorte (según la ley de Hooke, F = kX). Si la presión de suministro es baja, el resorte se comprimirá menos, por lo que habrá menos fuerza disponible para mover la válvula cuando sea necesario. En la Tabla 2 se presentan algunos aspectos a considerar para la configuración de la válvula en el procedimiento de prueba de funcionamiento.
Fecha de publicación: 13 de noviembre de 2019