Một băng thử thủy lực cố ý tạo ra các điều kiện có thể bao gồm áp suất cao, dòng chảy lớn, chuyển động cơ khí, năng lượng thủy lực lưu trữ, dầu nóng, các thành phần quay, và sự cố của các thành phần. Do đó, an toàn không thể được coi là một phụ kiện thêm vào sau khi mạch thủy lực và kết cấu máy móc đã được thiết kế.
Một cách tiếp cận tốt hơn là bắt đầu với các mối nguy hiểm do quy trình thử nghiệm thực tế tạo ra và sau đó xây dựng nhiều lớp bảo vệ xung quanh chúng. ISO 12100 tuân theo phương pháp đánh giá và giảm thiểu rủi ro này cho thiết kế máy móc, trong khi ISO 4413 giải quyết các mối nguy hiểm đáng kể liên quan đến hệ thống và thành phần nguồn lực thủy lực.
Đối với một băng thử thủy lực, điều này thường có nghĩa là xem xét khả năng chứa áp lực, bảo vệ cơ khí, bảo vệ áp suất thủy lực, kiểm soát năng lượng lưu trữ, điều khiển liên quan đến an toàn, dừng khẩn cấp, và truy cập bảo trì an toàn như một hệ thống tích hợp..
Bắt đầu với mối nguy hiểm thử nghiệm, không phải là bảo vệ
Một sai lầm phổ biến là quyết định rằng một băng thử “cần một nắp bảo vệ” trước khi xác định nắp đó thực sự nhằm bảo vệ điều gì. Khái niệm bảo vệ đúng phụ thuộc vào thành phần đang được thử nghiệm và cách mà sự cố có thể xảy ra.
Trong quá trình thử nghiệm xi lanh, các mối nguy chính có thể bao gồm chuyển động của xi lanh, sự cố thiết bị, lực cơ khí giải phóng, sự cố ống hoặc phụ kiện, và dầu xả. Một băng thử bơm hoặc mô-tơ thủy lực có thể giới thiệu các trục quay và khớp nối bên cạnh dầu áp suất, trong khi một băng thử van hoặc ống có thể đặt nhiều nhấn mạnh hơn vào việc giải phóng chất lỏng và sự vỡ của thành phần.
Đó là lý do tại sao nhiệm vụ thiết kế đầu tiên nên là một đánh giá rủi ro bao gồm các thử nghiệm thông thường, thiết lập, tải thành phần, kết nối, giải áp, bảo trì, sử dụng không đúng cách có thể dự đoán, và sự cố thành phần có thể xảy ra. ISO 12100 đặc biệt cung cấp một phương pháp xác định mối nguy, ước lượng và đánh giá rủi ro, và giảm bớt những rủi ro đó trong toàn bộ thiết kế và sử dụng máy móc.
Một tấm chắn nên được thiết kế xung quanh mối nguy đã xác định thay vì chỉ xung quanh kích thước bên ngoài của máy.
Cách thiết kế bảo vệ như thế nào?
Bảo vệ vật lý nhằm tách biệt người vận hành và các nhân viên khác khỏi một khu vực nguy hiểm trong quá trình thử nghiệm. Tùy thuộc vào băng thử, điều này có thể bao gồm các tấm cố định, cửa ra vào, buồng thử kín, lá chắn xung quanh các thành phần quay, hoặc sự kết hợp của các phương pháp này.
Bảo vệ cũng phải phù hợp với hướng có thể của mối nguy. Một tấm nhìn trong suốt, chẳng hạn, có thể cải thiện khả năng quan sát, nhưng vật liệu, độ dày, phương pháp lắp đặt và vị trí của nó phải phù hợp với rủi ro đang được kiểm soát. Một khu vực thử nghiệm xi lanh thủy lực lớn có thể yêu cầu một khái niệm bao bọc khác với một trạm thử van nhỏ gọn.
Tại Hoa Kỳ, yêu cầu chung về bảo vệ máy của OSHA yêu cầu một hoặc nhiều phương pháp bảo vệ để bảo vệ người vận hành và nhân viên khác khỏi các mối nguy hiểm của máy, và hướng dẫn của OSHA về máy ép thủy lực cũng nhấn mạnh rằng các tấm chắn không nên tự tạo ra các mối nguy hiểm bổ sung.
Đối với thiết bị thử nghiệm, việc bảo vệ cũng nên hỗ trợ quy trình làm việc thực tế. Các điều khiển viên vẫn cần có khả năng tiếp cận hợp lý để tải các thành phần, thay đổi đồ gá, kết nối ống, và thực hiện kiểm tra. Một thiết bị bảo vệ không thuận tiện đến mức các điều khiển viên bị cám dỗ để bỏ qua nó không phải là một giải pháp kỹ thuật tốt.
Bảo vệ và liên kết an toàn nên hoạt động cùng nhau
Cửa truy cập có thể cung cấp sự tách biệt vật lý, nhưng trên một băng thử tự động hoặc băng thử áp lực cao, nó cũng có thể cần tương tác với hệ thống điều khiển máy.
Ví dụ, thiết kế có thể ngăn cản một thử nghiệm áp lực cao bắt đầu khi cửa khu vực thử nghiệm đang mở. Nếu cửa được mở trong giai đoạn thử nghiệm nguy hiểm, hệ thống an toàn có thể cần phải dừng hoạt động liên quan và di chuyển máy đến điều kiện an toàn đã xác định.
Điều quan trọng là phản ứng nên được xác định bởi đánh giá rủi ro. Việc chỉ kết nối một công tắc giới hạn thông thường với đầu vào PLC không tự động tạo ra một chức năng an toàn đầy đủ. ISO 13849-1:2023 cung cấp một phương pháp thiết kế và tích hợp các bộ phận liên quan đến an toàn của hệ thống điều khiển, bao gồm công nghệ điện, thủy lực, khí nén và cơ khí, nhưng không quy định một cấp độ hiệu suất toàn cầu cho mọi ứng dụng.
Sự phân biệt này đặc biệt quan trọng đối với các băng thử điều khiển bằng PLC. Chương trình điều khiển máy thông thường và các chức năng điều khiển liên quan đến an toàn không nên tự động được coi như là một.
Cách thiết kế bảo vệ áp suất thủy lực như thế nào?
Thiết kế nên xem xét cả áp lực thử nghiệm cần thiết và các điều kiện tạm thời có thể xảy ra. Các thiết bị giới hạn áp lực nên ngăn chặn hệ thống thủy lực được điều khiển một cách có chủ đích vượt quá phạm vi hoạt động đã được thiết kế, trong khi quy trình thử nghiệm nên tránh tạo ra các đỉnh áp lực không cần thiết hoặc các phần áp lực cao bị mắc kẹt.
Như một nguyên tắc kỹ thuật chung, áp lực làm việc an toàn của từng thành phần không nên vượt quá áp lực hệ thống dự kiến. OSHA (Quản lý An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp) làm rõ yêu cầu này cho thiết bị thủy lực trên các máy ép điện cơ, trong khi ISO 4413 cung cấp các yêu cầu về an toàn rộng hơn cho các hệ thống và thành phần thủy lực.
Bảo vệ áp lực cũng có thể yêu cầu nhiều hơn một cấp độ. Hệ thống điều khiển thông thường có thể điều tiết áp lực thử nghiệm cần thiết, trong khi một chức năng giới hạn áp lực độc lập cung cấp sự bảo vệ nếu hệ thống điều khiển thông thường thất bại. Kiến trúc chính xác phụ thuộc vào đánh giá rủi ro, cấp áp lực, mạch thủy lực và các yêu cầu an toàn áp dụng.
Năng lượng thủy lực lưu trữ phải được xem xét
Dừng bơm không nhất thiết có nghĩa là băng thử thủy lực an toàn để mở.
Áp lực có thể vẫn bị mắc kẹt trong một buồng xi lanh, ống dẫn, bình tích áp, khoang bộ chia, thành phần thử nghiệm, hoặc phần ống bị cô lập. Một xi lanh thủy lực được tải có thể cũng chứa năng lượng cơ học ngay cả khi đơn vị nguồn không còn chạy.
Do đó, máy nên có một phương pháp xác định để di chuyển từ điều kiện thử nghiệm đến điều kiện truy cập an toàn. Điều này có thể bao gồm việc giảm áp lực có kiểm soát, xác nhận rằng áp lực đã giảm xuống mức chấp nhận được, và ngăn chặn chuyển động không mong muốn trước khi một điều khiển viên có thể vào khu vực thử nghiệm.
Điều này đặc biệt quan trọng khi một thiết bị bảo vệ có khóa được sử dụng. Mở cửa không chỉ đơn giản là loại bỏ nguồn điện trong khi áp lực thủy lực lớn vẫn bị mắc kẹt phía sau thiết bị bảo vệ.
Đối với bảo trì và dịch vụ, việc kiểm soát năng lượng nguy hiểm cũng phải được xem xét riêng biệt với các điều khiển hoạt động bình thường. Hướng dẫn của OSHA về máy móc nhấn mạnh mối quan hệ giữa việc bảo vệ máy và kiểm soát năng lượng nguy hiểm trong các hoạt động dịch vụ.
Dừng khẩn cấp là một chức năng an toàn, không phải là nút dừng thông thường
Một băng thử thủy lực cũng nên xem xét cách thức hoạt động nguy hiểm có thể bị dừng lại khi xảy ra tình huống bất thường.
ISO 13850 thiết lập các yêu cầu chức năng và nguyên tắc thiết kế cho các chức năng dừng khẩn cấp của máy móc, trong khi IEC 60204-1 bao gồm thiết bị điện, điện tử và thiết bị điện tử lập trình được sử dụng trên máy và bao gồm các yêu cầu liên quan đến việc dừng khẩn cấp và các mạch điều khiển.
Tuy nhiên, một nút dừng khẩn cấp không nên được coi như là một sự thay thế cho bảo vệ, bảo vệ áp lực, hoặc một hệ thống an toàn được thiết kế đúng. ISO 13850 tự nó phân biệt chức năng dừng khẩn cấp với các biện pháp bảo vệ khác như che chắn hoặc hạn chế chuyển động.
Đối với một băng thử thủy lực, phản ứng cần thiết có thể liên quan đến việc ngừng năng lượng thủy lực, di chuyển các van đến trạng thái thích hợp, ngăn chặn sự tăng áp lực hơn nữa, hoặc dừng chuyển động cơ khí nguy hiểm. Phản ứng an toàn nhất là tùy thuộc vào ứng dụng vì việc loại bỏ năng lượng ngay lập tức không phải lúc nào cũng giống nhau với việc loại bỏ an toàn năng lượng thủy lực còn lại.
Giám sát an toàn nên hỗ trợ hệ thống bảo vệ áp suất
Cảm biến cũng có thể đóng vai trò quan trọng trong việc xác nhận liệu hệ thống đang hoạt động trong phạm vi thử nghiệm dự kiến hay không.
Cảm biến áp suất có thể được sử dụng để giám sát áp suất thực tế trong thử nghiệm, trong khi cảm biến nhiệt độ có thể phát hiện nhiệt độ dầu bất thường. Vị trí cửa, vị trí thiết bị, hoặc các tín hiệu trạng thái khác cũng có thể được tích hợp vào kiến trúc điều khiển khi cần thiết theo đánh giá rủi ro.
Sự phân biệt quan trọng là đo lường và an toàn không tự động là cùng một chức năng.. Một bộ chuyển đổi áp suất được sử dụng để tạo ra báo cáo thử nghiệm không nhất thiết phải cấu thành một thiết bị bảo vệ quá áp độc lập. Tương tự, cảnh báo của HMI không giống như một chức năng bảo vệ liên quan đến an toàn.
Vì vậy, thiết kế nên phân biệt giữa các thiết bị đo được sử dụng để đo lường thử nghiệm và các thiết bị hay chức năng điều khiển được sử dụng để bảo vệ con người và thiết bị.. Khi một chức năng liên quan đến an toàn, kiến trúc và độ tin cậy cần thiết nên được xác định thông qua đánh giá rủi ro máy móc và phương pháp kiểm soát an toàn áp dụng.
Thiết kế an toàn nên bao quát toàn bộ chu trình thử nghiệm
Một bàn thử nghiệm thủy lực không chỉ nguy hiểm khi nó ở áp suất tối đa. Việc nạp và tháo các thành phần nặng, thay đổi giá đỡ, kết nối ống, thực hiện lưu thông áp suất thấp, bắt đầu thử nghiệm, giải phóng áp suất và bảo trì máy có thể tạo ra những rủi ro khác nhau.
Do đó, một đánh giá an toàn hữu ích nên theo dõi toàn bộ trình tự hoạt động thay vì chỉ kiểm tra sơ đồ thủy lực áp suất cao.
| Giai đoạn thử nghiệm | Tiêu điểm an toàn điển hình |
|---|---|
| Nạp thành phần | Trọng lượng, nâng, tính ổn định của giá đỡ và điểm kẹp |
| Kết nối ống / bộ chuyển đổi | Kết nối và xếp hạng áp suất đúng |
| Thiết lập trước thử nghiệm | Vị trí bảo vệ, tình trạng giá đỡ và cấu hình mạch |
| Thử nghiệm áp suất | Kiểm soát áp suất, bảo vệ và bảo vệ quá áp |
| Thử nghiệm động | Chuyển động cơ học, các bộ phận quay và trình tự tự động |
| Hoàn thành thử nghiệm | Giảm áp kiểm soát và xác nhận trạng thái an toàn |
| Tháo rời thành phần | Áp suất dư, bề mặt nóng và hỗ trợ cơ học |
| Bảo trì | Cách ly và kiểm soát năng lượng nguy hiểm |
Việc xem xét toàn bộ chu trình cũng giúp dễ dàng xác định các tình huống mà một người vận hành có thể cần vào khu vực được bảo vệ và các điều kiện nào phải được đáp ứng trước khi cho phép truy cập.
Các tiêu chuẩn áp dụng phụ thuộc vào máy móc và thị trường
Không có tiêu chuẩn đơn lẻ nào thay thế đánh giá rủi ro hoàn chỉnh cho mọi bàn thử nghiệm thủy lực. ISO 12100 cung cấp khung đánh giá rủi ro máy móc chung, ISO 4413 giải quyết an toàn năng lượng thủy lực, ISO 13850 đề cập đến các nguyên tắc thiết kế dừng khẩn cấp, ISO 13849-1:2023 đề cập đến các hệ thống điều khiển liên quan đến an toàn, và IEC 60204-1 đề cập đến thiết bị điện của máy móc.
Các yêu cầu bổ sung có thể được áp dụng tùy thuộc vào loại bàn thử nghiệm, quốc gia, ngành công nghiệp, thiết bị áp lực liên quan, hệ thống điện hoặc thông số kỹ thuật của khách hàng. Tại Hoa Kỳ, ví dụ, các quy định chung về bảo vệ máy móc của OSHA cũng có thể có liên quan đến việc sử dụng tại nơi làm việc.
Vì lý do này, các tiêu chuẩn nên được coi là một phần của đầu vào thiết kế thay vì như một danh sách kiểm tra được thêm vào sau khi máy được xây dựng.
Kết luận
Thiết kế an toàn cho một bàn thử nghiệm thủy lực yêu cầu nhiều hơn là chỉ lắp đặt một van xả và bao quanh máy bằng một vỏ kim loại. Bàn thử nghiệm nên được thiết kế dựa trên các mối nguy hiểm do các thành phần, áp suất thử nghiệm, năng lượng thủy lực, chuyển động cơ học, trình tự hoạt động và tương tác của người vận hành tạo ra.
Một khái niệm an toàn mạnh mẽ kết hợp đánh giá rủi ro, bảo vệ thích hợp, các thành phần chịu áp lực, bảo vệ quá áp, kiểm soát giảm áp đột ngột, các điều khiển liên quan đến an toàn, dừng khẩn cấp và truy cập bảo trì an toàn.. Các biện pháp này nên hoạt động cùng nhau thay vì được coi là các tùy chọn độc lập.
Câu hỏi thiết kế hữu ích nhất do đó không phải là:
“Các phụ kiện an toàn nào nên được thêm vào bàn thử nghiệm?”
Mà là:
“Những gì có thể xảy ra trong mỗi giai đoạn của thử nghiệm này, và những lớp bảo vệ độc lập nào cần thiết để giảm thiểu rủi ro đó?”
Cách tiếp cận đó tạo ra một bàn thử nghiệm thủy lực không chỉ có khả năng đạt được áp suất và lưu lượng yêu cầu, mà còn được thiết kế xung quanh việc thử nghiệm an toàn và được kiểm soát.
