Le valvole sono componenti fondamentali per la sicurezza e il funzionamento degli impianti. I test noti come FST (Full Stroke Test) e PST (Partial Stroke Test) sono capisaldi della manutenzione programmata.Esistono numerose tecniche, norme e procedure ben note a manutentori, strumentisti e ingegneri che rendono possibile l’identificazione delle apparecchiature critiche durante un'emergenza, nonché l’aumento della loro affidabilità e integrità. In particolare, quando ci si riferisce alle valvole particolarmente critiche all’interno degli impianti, quelle di blocco e di sicurezza, si pone il tema di condurre dei test funzionali periodici.
Generalmente queste valvole possono richiedere molto tempo prima di essere messe in funzione. Ed essendo soggette a condizioni atmosferiche variabili, o installate in ambienti aggressivi e corrosivi, subiscono normalmente un decadimento tanto a livello di integrità dei materiali che di adeguatezza progettuale.
FST
Nei periodi di manutenzione programmata le valvole vengono attivate, portate in stato di completa apertura e chiusura, permettendo di controllare il possibile blocco dello stelo, le perdite d’aria sull'attuatore, la tenuta stagna della chiusura, l’integrità del set di valvola/attuatore e quella del segnale trasmesso sul pannello di controllo.
Questi controlli, insieme ad altri secondari, concorrono a definire il test noto come FST (Full Stroke Test). I test di corsa completa mettono a disposizione un ampio range di parametri per valutare l’usura delle valvole. Consentono inoltre di pianificare le corrette strategie di manutenzione preventiva prima che si verifichi un’emergenza.
Purtroppo, per ovvie ragioni di produttività e redditività, gli impianti industriali non possono permettersi il lusso di molti FST che richiedono mesi o addirittura anni per essere eseguiti. Le prove FST richiedono sia l’arresto del processo dell’impianto sia quello di attrezzature aggiuntive quali valvole di blocco azionate manualmente, tubazioni bypass, elettrovalvole, dispositivi meccanici di controllo della corsa, per non parlare della logistica e del personale coinvolto. I costi sono dunque un fattore critico e spesso un vincolo importante.
PST
L’alternativa più semplice, meno costosa e più affidabile è quella di adottare i test PST (Partial Stroke Test). PST significa in prima battuta spostare parzialmente l’asse della valvola e misurare le azioni necessarie per farlo. Inoltre, è possibile misurare il tempo di risposta della valvola o anche controllare se la valvola è bloccata o se l’attuatore pneumatico è correttamente pressurizzato.
Non necessariamente questi controlli hanno bisogno di ispezioni in loco. Ci sono vari metodi di implementazione PST: sul campo, da remoto, auto-avviati e manuali. Alcuni produttori offrono pannelli con pulsanti e sistemi di illuminazione per collaudare le funzioni direttamente in campo.
Il test può anche essere eseguito a distanza da una sala di controllo attraverso un software applicativo e un sistema di controllo distribuito (DCS) o un sistema di gestione che utilizza comandi Hart, in presenza di strumentazione e dispositivo di campo intelligenti.
Il software utilizzato per i test PST deve essere basato sugli standard di sicurezza funzionale (IEC 61508, IEC 61511, ANSI/ISA-84.00.01), meglio se proposto e convalidato dagli stessi fornitori delle tecnologie coinvolte.
Secondo i documenti pubblicati dall’organizzazione OREDA (Offshore Reliability Data), i test PST sono in grado di rilevare il 70% dei problemi della valvola che statisticamente si verificano con maggiore frequenza. La durata dei test dipende dal processo, su cui l’interferenza dev’essere minima. In molti casi, il 15% delle variazioni sull’apertura della valvola permette già di individuare potenziali problemi. Il range tipico di un PST è dal 10% al 20% del movimento della valvola.
Se si considera il crescente interesse per i sistemi di sicurezza strumentati SIS, si può dire che il PST è un metodo ben consolidato che influenza i calcoli relativi al PFD (Probability of Failure on Demand), il cui valore è utilizzato per determinare il SIL (Safety Integrity Level).
In ogni caso i PST applicati alle valvole di arresto di emergenza (ESD) migliorano le prestazioni del sistema strumentato di sicurezza (SIS). In quest’ambito si parla di test di corsa parziale della valvola (PVST).
Il metodo usato dai posizionatori di valvole intelligenti per eseguire il test PST è chiamato Metodo della Rampa Dinamica.
La valvola si muove in risposta al setpoint determinato dall’utente, mentre il posizionatore legge la posizione della valvola attraverso il sensore di posizione, in genere a effetto Hall senza contatto meccanico. Allo stesso tempo, il posizionatore misura la pressione applicata necessaria per muovere l’asta della valvola. Dopo aver raggiunto il setpoint massimo, il posizionatore ritorna alla posizione originale della valvola.
PST, Pro e Contro
Un PST è necessario per raggiungere un più elevato livello di integrità di sicurezza (tipicamente SIL3), laddove i calcoli della probabilità di guasto su richiesta (PFD) non raggiungono gli obiettivi desiderati.
L’obiettivo primario del PST è quello di concludere che l’attuatore della valvola si muoverà quando la situazione lo richiede, e non si bloccherà a causa del mancato movimento per periodi più lunghi a causa dell’elevato tempo di TAR (Turn Around Time).
Lo svantaggio principale di tutti i sistemi di collaudo PST è l’aumento della probabilità di un’attivazione accidentale del sistema di sicurezza causando così un arresto dell'impianto. Diverse tecniche mitigano questo problema in modi diversi, ma tutti i sistemi presentano un rischio intrinseco.