Introdução
Os Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS – Safety Instrumented System) desempenham um papel fundamental na mitigação de riscos em processos industriais. Esses sistemas são projetados para atuar em situações de falha ou emergência, garantindo a segurança de pessoas, equipamentos e do meio ambiente. Dentro do SIS, instrumentos e válvulas desempenham funções críticas e precisam ser periodicamente testados para assegurar sua confiabilidade.
Os testes inline representam uma abordagem eficiente para verificar o funcionamento de componentes do SIS sem necessidade de remoção ou desmontagem, minimizando o impacto nas operações e garantindo conformidade com normas de segurança como a IEC 61511 e IEC 61508.
Testes Inline em Instrumentos e Válvulas do SIS
Os testes inline são processos realizados sem desmontar os equipamentos do local de operação, garantindo que os instrumentos e válvulas continuem funcionando corretamente dentro dos parâmetros estabelecidos. Esses testes permitem a detecção de falhas potenciais antes que causem impactos negativos na segurança operacional.
Benefícios dos Testes Inline
- Redução do tempo de parada – Evita a necessidade de desinstalação de componentes.
- Aumento da disponibilidade do SIS – Mantém a operação contínua do sistema.
- Verificação da conformidade – Garante que os dispositivos atendam aos requisitos normativos.
- Detecção precoce de falhas – Permite ações corretivas antes da degradação do desempenho.
SIS Inline Testing
O teste inline implica que os testes podem ser realizados sem a necessidade de interrupção do processo. Para que isso seja possível, diversos requisitos devem ser considerados:
- A redundância é amplamente utilizada para componentes do SIS (especialmente sensores), permitindo que um sensor seja testado enquanto os outros continuam operando normalmente.
- Bypasses podem ser instalados ao redor dos elementos finais do SIS (válvulas), possibilitando que a manutenção e os testes ocorram sem interromper o funcionamento do processo.
- Em plantas batch, os testes inline podem ser realizados desligando um trem de equipamentos enquanto o restante da planta continua operando, reduzindo ou eliminando perdas na produção.
- Documentação de ocorrências onde ações automáticas necessárias ocorreram durante a operação da planta (como o desligamento de uma bomba baseado nas mesmas condições de processo exigidas pela função LOPA).
- Testes automatizados e registro de dados podem ser implementados em algumas plantas para atender parte dos requisitos de teste, embora todos os aspectos, incluindo inspeção visual, testes de vazamento, etc., devam cumprir os intervalos de testes exigidos e calculados.
Benefícios dos Testes Inline
Os benefícios comuns a todas as opções acima incluem a minimização do tempo de inatividade e a redução dos custos de manutenção para a realização do proof testing do SIS.
Os testes inline automatizados (como pequenos movimentos de válvula de 2-3% utilizando posicionadores digitais inteligentes) podem trazer valor ao estender ou eliminar testes offline, mas podem exigir instrumentos adicionais para comparação, como transmissores secundários de fluxo/pressão ou medidores de fluxo mestre.
Normas e Regulamentações
Os testes inline devem seguir diretrizes estabelecidas por normas internacionais, garantindo a segurança e conformidade do SIS. As principais normas aplicáveis incluem:
- IEC 61511 – Especifica os requisitos de segurança funcional para sistemas de segurança em processos industriais.
- IEC 61508 – Define requisitos gerais para confiabilidade e integridade de sistemas elétricos, eletrônicos e programáveis de segurança.
- API 2350 – Recomendações para testes e manutenção de equipamentos de segurança.
Teste Inline de Medidores de Vazão
Os medidores de vazão baseados em pressão diferencial (DP), como aqueles que utilizam placas de orifício, são frequentemente testados por meio da injeção de um sinal de pressão diferencial diretamente na célula de medição, simulando condições reais de fluxo. Embora esse método avalie o desempenho do transmissor de DP, ele não testa a integridade das linhas de impulso nem a funcionalidade das válvulas de isolamento e equalização, elementos críticos para garantir medições precisas e confiáveis.
Para mitigar esse problema, é essencial adotar práticas de manutenção periódica, como a lavagem e drenagem das linhas de impulso, especialmente em sensores redundantes, além da calibração regular dos instrumentos de medição. Essas ações garantem que as leituras obtidas pelo medidor representem com exatidão as condições reais de processo, reduzindo o risco de erros decorrentes de obstruções, acúmulo de contaminantes ou variações na resposta do sensor.
Além disso, a instalação dos medidores de vazão deve ser projetada levando em consideração a necessidade de realização de testes de comprovação de desempenho dentro dos intervalos de inspeção definidos para o sistema. A configuração ideal dependerá de fatores como a criticidade do processo, o tempo de resposta necessário para detecção de falhas e o intervalo de desligamento programado para manutenção da planta.
Implementar uma abordagem estruturada para testes inline não apenas melhora a confiabilidade das medições, mas também contribui para a segurança operacional e a conformidade com normas regulatórias, garantindo que os medidores de vazão operem dentro de seus parâmetros especificados ao longo do tempo.
Teste Inline de Elementos de Temperatura
Os elementos de temperatura instalados em poços térmicos de aquecedores ou fornos de processo são frequentemente testados online, pois, na maioria das aplicações, fazem parte de sistemas redundantes triplos, operando sob lógica de votação 2 de 3 (2oo3). Esse arranjo aumenta a confiabilidade das medições e a segurança operacional, garantindo que falhas individuais não comprometam o funcionamento do sistema.
O teste inline desses sensores é realizado utilizando um simulador de termopar ou PT100, conectado diretamente no cabeçote do sensor. Esse procedimento permite verificar a integridade do cabeamento, a presença de umidade ou contaminação nos contatos e a segurança da conexão elétrica.
Além disso, o técnico responsável pela inspeção compara as leituras dos três sensores redundantes para identificar possíveis desvios ao longo do tempo (drift). Diferenças significativas entre as medições podem indicar degradação dos sensores, mau contato ou problemas na instalação, exigindo correções para manter a precisão do sistema.
Para garantir maior confiabilidade e precisão nas medições, é recomendável que a equipe de manutenção adote uma abordagem proativa, planejando a substituição periódica dos termopares, além da simulação de sinais e da verificação do contato adequado com o fundo do poço térmico. Sensores que não estão corretamente assentados podem fornecer leituras imprecisas devido à baixa transferência térmica.
Outro método de teste inline consiste na injeção de um sinal elétrico – corrente, tensão ou resistência – para simular uma leitura de temperatura e avaliar a resposta do sistema de segurança.
- Em alguns tipos de sensores, esse sinal pode ser aplicado na própria sonda, testando tanto a parte eletrônica quanto o cabeamento, deixando apenas o elemento sensor de temperatura fora da avaliação.
- Em instalações de difícil acesso, como aquelas localizadas em grandes elevações ou em áreas restritas, o sinal de teste pode ser injetado após a eletrônica do sistema, permitindo verificar a resposta da instrumentação sem necessidade de intervenção física nos sensores.
Teste Inline de Válvulas do SIS
Testar válvulas do Sistema Instrumentado de Segurança (SIS) enquanto estão em operação representa um grande desafio, pois essas válvulas desempenham um papel crítico no isolamento de equipamentos, processos e interligações entre unidades industriais. A execução eficaz desses testes é fundamental para garantir a funcionalidade do sistema de segurança em situações de emergência.
Por que o teste inline é importante?
Com a ampliação dos intervalos entre paradas programadas para manutenção, muitas válvulas de desligamento de emergência (ESDV – Emergency Shutdown Valves) permanecem na posição aberta por longos períodos, sem qualquer movimento operacional.
A experiência demonstra que, após extensos períodos sem acionamento, essas válvulas podem desenvolver problemas como aderência (stiction), depósito de contaminantes nas sedes ou falhas nos atuadores, aumentando o risco de mau funcionamento no momento em que o fechamento for necessário.
Mesmo que outros componentes do sistema de desligamento tenham sido testados e aprovados durante inspeções regulares, uma válvula presa pode impedir o correto funcionamento do sistema em uma demanda real de segurança. Isso compromete a proteção do processo, podendo resultar em falhas operacionais severas, impactos ambientais e riscos à segurança dos operadores.
Para mitigar esse risco, é essencial implementar testes inline periódicos que verifiquem não apenas o acionamento da válvula, mas também a integridade de seus componentes mecânicos e pneumáticos. Técnicas como testes de curso parcial (Partial Stroke Testing – PST) podem ser empregadas para garantir a funcionalidade das válvulas sem a necessidade de interromper a operação do processo.
A adoção de uma estratégia robusta de testes inline melhora a confiabilidade do SIS, reduzindo a probabilidade de falhas no momento crítico em que a válvula precisar operar.
Procedimentos para Teste de Válvulas do SIS
As válvulas do Sistema Instrumentado de Segurança (SIS) desempenham um papel crítico na proteção de processos industriais, garantindo o isolamento seguro de equipamentos e evitando eventos indesejados. Para assegurar a confiabilidade e operação adequada dessas válvulas, é essencial a implementação de testes periódicos, tanto em operação (inline) quanto durante paradas programadas.
Uma abordagem eficaz para a verificação da integridade dos elementos finais de controle do SIS envolve A instalação de válvulas de drenagem e pontos de teste estratégicos permite a realização de testes de vedação e operação das válvulas de fechamento de emergência (ESDV – Emergency Shutdown Valve) sem a necessidade de interromper a operação normal da planta. Isso permite diagnósticos mais eficientes e a execução de verificações sem comprometer a operação normal da planta.
Esse método possibilita a detecção de vazamentos internos e falhas operacionais antes de um evento real de demanda no SIS, aumentando a confiabilidade do sistema e reduzindo riscos operacionais.
1. Configuração do Sistema de Teste
A instalação para esse teste geralmente inclui:
✅ Válvula de drenagem a jusante da ESDV – Utilizada para verificar a vedação da válvula ao injetar fluido de teste no lado a montante e observar se há vazamento.
✅ Ponto de teste com conexão para ar comprimido, gás inerte ou fluido hidráulico – Permite pressurizar a válvula fechada e monitorar a queda de pressão.
✅ Manômetro instalado na linha de teste – Usado para medir a variação de pressão e identificar possíveis perdas.
✅ Válvula de bloqueio na linha de teste – Controla a injeção de fluido no sistema e isola o circuito de teste após a pressurização.
2. Procedimentos de Teste
2.1 Teste Pneumático para Pressões Baixas e Médias
O teste pneumático é indicado para sistemas que operam com pressões moderadas e onde se deseja evitar o risco de contaminação por fluido hidráulico.
Passo 1: Preparação e Segurança
🔹 Certificar-se de que o sistema de teste foi corretamente instalado e inspecionado quanto a vazamentos antes de iniciar o ensaio.
🔹 Confirmar que a ESDV está na posição fechada para o início do teste.
🔹 Garantir que a pressão do fluido de teste (ar comprimido ou gás inerte) está dentro dos limites recomendados pelo fabricante da válvula.
🔹 Utilizar equipamentos de proteção individual (EPIs) apropriados para manipulação de gases sob pressão.
Passo 2: Injeção do Fluido de Teste
🔹 Abrir a válvula de bloqueio e injetar ar comprimido ou gás inerte na linha a montante da ESDV até atingir a pressão de teste especificada (geralmente um valor próximo à pressão operacional da válvula).
🔹 Fechar a válvula de bloqueio para isolar o sistema e iniciar o monitoramento da pressão.
Passo 3: Monitoramento da Vedação da Válvula
🔹 Observar a leitura do manômetro conectado à válvula de drenagem a jusante da ESDV.
🔹 Caso NÃO haja variação na pressão e nenhum vazamento detectável na drenagem, a válvula está vedando corretamente.
🔹 Se houver uma queda na pressão ou vazamento na drenagem, a ESDV pode estar apresentando falha na vedação, indicando possíveis problemas como:
- Desgaste na sede da válvula
- Acúmulo de detritos na vedação
- Falha no atuador da válvula
- Fuga pelo eixo da válvula
Passo 4: Finalização do Teste
🔹 Após o período de monitoramento, liberar cuidadosamente a pressão da linha abrindo a válvula de drenagem.
🔹 Fechar a válvula de bloqueio da linha de teste e remover a conexão de ar comprimido/gás inerte.
🔹 Registrar os resultados do teste, incluindo tempo de estabilidade da pressão, taxa de vazamento (se houver) e comportamento da válvula.
2.2 Teste Hidráulico para Pressões Elevadas
O teste hidráulico é indicado para válvulas que operam em pressões elevadas, geralmente acima de 50 bar (725 psi), onde testes pneumáticos podem ser perigosos devido à compressibilidade do gás e ao risco de falhas catastróficas.
Passo 1: Preparação e Segurança
🔹 Garantir que todas as conexões estão devidamente apertadas e que a área de teste está isolada.
🔹 Confirmar a disponibilidade de uma bomba hidráulica manual ou motorizada para aplicação da pressão necessária.
🔹 Utilizar fluido hidráulico compatível com o processo da planta (água desmineralizada, óleo hidráulico ou outro fluido especificado).
🔹 Equipar os operadores com EPIs resistentes a alta pressão, incluindo protetores faciais e luvas reforçadas.
Passo 2: Pressurização do Sistema
🔹 Conectar a bomba hidráulica à linha de teste.
🔹 Pressurizar gradualmente a válvula até o valor de teste especificado, geralmente 1,5 vezes a pressão operacional máxima da válvula.
🔹 Fechar a válvula de bloqueio e manter a pressão por um período determinado (normalmente 10 a 30 minutos).
Passo 3: Monitoramento da Vedação e Estrutural
🔹 Verificar o manômetro para monitorar a estabilidade da pressão. Qualquer queda de pressão pode indicar vazamento interno ou externo.
🔹 Inspecionar visualmente a válvula e conexões para detectar vazamentos externos. Pequenas bolhas de fluido podem indicar microvazamentos.
🔹 Observar se há deformações estruturais na válvula devido à alta pressão aplicada.
Passo 4: Despressurização Segura e Registro dos Resultados
🔹 Reduzir gradualmente a pressão do sistema para evitar choques hidráulicos.
🔹 Abrir a válvula de drenagem para escoamento completo do fluido de teste.
🔹 Registrar os resultados do teste, incluindo tempo de estabilização, queda de pressão observada e quaisquer anomalias.
3. Considerações Finais
✅ O teste pneumático é recomendado para pressões moderadas e quando a presença de líquidos na linha pode ser prejudicial.
✅ O teste hidráulico é mais seguro para pressões elevadas e fornece uma avaliação mais robusta da integridade estrutural da válvula.
✅ A escolha do método depende da criticidade da válvula no SIS e das condições operacionais da planta.
✅ Métodos como Partial Stroke Testing (PST) podem ser usados para monitoramento periódico sem comprometer a operação do processo.
✅ A frequência do teste deve seguir normas como IEC 61508, IEC 61511, API 598, API 6D e ASME B16.34.
Controladores Digitais de Válvulas (DVCs)
A forma mais eficiente de realizar testes em linha de válvulas de um Sistema Instrumentado de Segurança (SIS) é por meio da instalação de Controladores Digitais de Válvulas (DVCs).
Os DVCs permitem a execução do Partial Stroke Test (PST), um teste funcional que movimenta a válvula dentro de uma faixa controlada para verificar sua operabilidade sem comprometer a continuidade do processo. A variação típica de curso utilizada nesse teste pode variar entre 1% e 15%, conforme especificado em normas como a IEC 61508 e a IEC 61511, garantindo que a válvula continue apta para atuação em uma emergência. Em alguns casos, dependendo da aplicação e do fabricante, essa variação pode chegar a 30%, desde que não afete a estabilidade do processo e atenda aos requisitos de segurança.
Os parâmetros do teste são armazenados na memória não volátil do microprocessador, reduzindo o risco de erros operacionais e assegurando repetibilidade nos resultados.
Além de melhorar a segurança operacional e a confiabilidade da válvula, os Controladores Digitais de Válvulas oferecem benefícios adicionais, como diagnósticos contínuos, maior flexibilidade, monitoramento remoto, melhoria na confiabilidade da Função Instrumentada de Segurança (SIF) e facilidade de operação.
A substituição de mecanismos convencionais de teste local—geralmente custosos, trabalhosos e demorados—por DVCs simplifica o processo, reduz a necessidade de mão de obra especializada e otimiza a manutenção da planta.
Além disso, os DVCs possuem recursos avançados de manutenção preditiva, permitindo uma análise detalhada da integridade do elemento final de controle. Isso resulta na extensão dos intervalos de manutenção, reduzindo paradas não programadas e aumentando a disponibilidade do sistema.
A figura abaixo ilustra um Controlador Digital de Válvula instalado em um loop SIF. Nesse sistema, o Logic Solver envia um sinal de saída analógica (AO) de 0-20mA ou 4-20mA DC para o DVC, com base em entradas de sensores e no processamento lógico interno. O DVC desempenha um papel fundamental tanto na segurança quanto no diagnóstico do sistema.
A figura abaixo também apresenta um esquema de teste de válvula SIS utilizando um Controlador Digital de Válvula com um sinal AO (4-20mA).
Desafios e Melhores Práticas
A implementação dos testes inline apresenta alguns desafios, como a necessidade de ferramentas especializadas e a capacitação de operadores. Algumas melhores práticas para garantir eficácia incluem:
- Utilização de tecnologias avançadas – Como sensores inteligentes e análise preditiva para antecipação de falhas.
- Treinamento contínuo de equipe – Para garantir que os testes sejam realizados corretamente.
- Registro e rastreabilidade dos testes – Manutenção de históricos para auditorias e melhoria contínua.
- Integração com sistemas de manutenção preditiva – Permite a otimização de recursos e planejamento de intervenções.
Conclusão
Os testes inline de instrumentos e válvulas em Sistemas Instrumentados de Segurança são essenciais para garantir a confiabilidade e a eficácia desses sistemas críticos. Com a aplicação correta dessas técnicas, é possível reduzir tempos de parada, aumentar a segurança operacional e assegurar conformidade com normas internacionais. A adoção de tecnologias inovadoras e melhores práticas na realização desses testes contribui para um ambiente industrial mais seguro e eficiente.
A implementação desses testes inline de forma sistemática contribui para a confiabilidade da instrumentação, garantindo que os sensores de temperatura operem dentro das especificações e forneçam dados precisos para o controle do processo e a segurança operacional.
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