氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥安全要求和設(shè)置

控制閥是過(guò)程控制工業(yè)里最常用的終端控制元件，在安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)中除機(jī)泵等動(dòng)設(shè)備外控制閥往往都是作為聯(lián)鎖動(dòng)作的最終執(zhí)行者，是整個(gè)控制回路的核心和失效占比較高的環(huán)節(jié)。控制閥除了用作正常調(diào)節(jié)外，在安全領(lǐng)域有時(shí)需要承擔(dān)切斷、放空等功能?？刂崎y承擔(dān)安全功能時(shí)，具有嚴(yán)格的功能要求。昌暉儀表在本文主要講解的控制閥主要指氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥。

控制閥聯(lián)鎖安全要求

控制閥除了泄漏等指標(biāo)外，聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)一般還需具備三個(gè)基本要求：故障安全位置；執(zhí)行的可靠性；全行程響應(yīng)時(shí)間。

1、故障安全位置

在工程實(shí)踐中，當(dāng)遇到氣源、電源、信號(hào)故障時(shí)，不同的場(chǎng)合對(duì)閥門的狀態(tài)有不同的要求，故障位置基本類型有故障開(kāi)（FO）、故障關(guān)（FC）和故障保持（FL）三種，主要基于以下三方面：

①事故條件下，工藝裝置盡量處于安全狀態(tài)。

②事故狀態(tài)下，減少原料或動(dòng)力消耗，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

③考慮介質(zhì)的特性。如氣化爐燒嘴冷卻水進(jìn)口切斷閥要求為FO，氣化爐鎖渣閥要求為FC等。

2、可靠性

功能安全是安全功能設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，是評(píng)價(jià)安全功能實(shí)現(xiàn)的有效性和可靠性。根據(jù)海上和陸地可靠性數(shù)據(jù)（OREAD）表明，安全儀表功能中多達(dá)50%的失效可歸因于控制閥，因此控制閥在承擔(dān)安全功能時(shí)要求電磁閥冗余配置、滿足一定的SIL目標(biāo)要求，如氣化爐氧氣切斷閥要求雙電磁閥、SIL3等。

3、相應(yīng)時(shí)間

控制閥在聯(lián)鎖時(shí)的全行程動(dòng)作時(shí)間對(duì)安全生產(chǎn)具有重要影響，如氧氣切斷閥不能及時(shí)切斷氧氣會(huì)導(dǎo)致氣化爐氧氣過(guò)剩，造成局部溫度過(guò)高或者爆炸的可能。因此在一些重要場(chǎng)合控制閥聯(lián)鎖時(shí)對(duì)閥門的全行程動(dòng)作時(shí)間都有明確的要求，即緊急切斷閥的最大行程時(shí)間不應(yīng)超過(guò)10s。如氣化爐氧氣上游切斷閥全行程時(shí)間由開(kāi)到關(guān)小于3s，由關(guān)到開(kāi)小于3s；鎖渣閥全行程時(shí)間由開(kāi)到關(guān)小于6s；由關(guān)到開(kāi)小于6s；壓力為9.8MPa的高壓蒸汽遙控閥要求全行程時(shí)間由關(guān)到開(kāi)小于1s。

安全功能設(shè)計(jì)方案

1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇

控制閥安全位置本質(zhì)上是由采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分單作用和雙作用，單作用主要依靠彈簧的作用力和氣路配置保障氣源故障時(shí)處于FC或FO。雙作用主要依靠?jī)?chǔ)氣罐和氣路配置保障氣源故障時(shí)處于FC，F(xiàn)O或FL。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際更多的是采用彈簧返回型單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2、電磁閥配置

控制閥承擔(dān)安全功能時(shí)基本都會(huì)采用電磁閥來(lái)設(shè)計(jì)氣路，氣路附件包含過(guò)濾減壓閥、電磁閥、氣控閥、放大器等，而電磁閥是電氣轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。為保障裝置安全電磁閥一般按故障安全型設(shè)計(jì)，即電磁閥設(shè)計(jì)成正常得電勵(lì)磁、失電聯(lián)鎖的方式。電磁閥ASCO 327B1 SIL認(rèn)證參數(shù)見(jiàn)表1所列，按斷電跳閘來(lái)說(shuō)安全失效分?jǐn)?shù)（SFF）為53.46%，按通電跳閘來(lái)說(shuō)SFF為28.28%，SFF數(shù)值越大安全性越高。

表1中：λSD為檢測(cè)出的安全失效，λSU為未檢測(cè)出的安全失效，λDD為檢測(cè)出的危險(xiǎn)失效，λDU為未檢測(cè)出的危險(xiǎn)失效。電磁閥配置常見(jiàn)有單配置和串（并）聯(lián)配置兩種。

①單配置

單配置電磁閥類型較為常見(jiàn)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該類型氣路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用少，一般場(chǎng)合應(yīng)用較多，隨著電磁閥可靠性的提高，在安全風(fēng)險(xiǎn)不高的SIL2回路上也可應(yīng)用。

②串（并）聯(lián)配置

串（并）聯(lián)配置是指雙電磁閥的配置結(jié)構(gòu)形式，閥門聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)需要2臺(tái)電磁閥都失電的稱串聯(lián)，只需要其中任何1臺(tái)電磁閥失電就聯(lián)鎖動(dòng)作的稱為并聯(lián)，串（并）聯(lián)電磁閥兩種類型配置結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

由圖2可看出，若采用并聯(lián)方式，任何1臺(tái)電磁閥的誤排氣都會(huì)導(dǎo)致聯(lián)鎖閥的誤動(dòng)作，因而誤動(dòng)作率是單電磁閥配置的2倍。采用串聯(lián)方式，只有2臺(tái)電磁閥同時(shí)動(dòng)作時(shí)，才能聯(lián)鎖閥門，因而可用性較高誤動(dòng)作率低。串（并）聯(lián)配置各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)后果選擇，對(duì)安全要求高的建議采用并聯(lián)方式如壓縮機(jī)放空閥等，要求現(xiàn)場(chǎng)可靠運(yùn)行無(wú)特別風(fēng)險(xiǎn)的可采用串聯(lián)方式如水煤漿氣化爐鎖渣閥，要求30min動(dòng)作一次，強(qiáng)調(diào)可靠性。另外串（并）聯(lián)配置需正確選擇電磁閥常開(kāi)、常閉形式。