化工石油裝置中控制閥的安全保護
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| 隨著石油化工生產裝置生產規模的不斷擴大，工藝反應過程的日益復雜，事故的發生率和危害度越來越受到重視 |
[1]，安全保護系統已成為當今石油化工裝置重要的組成部分。安全保護系統是由檢測元件、各種I/O卡件、邏輯運算單元（控制單元）、最終執行元件及它們之間的信號傳輸關系構成一個完整的儀表系統
[2],最終執行元件控制閥的安全保護已成為安全保護系統各個環節中的最為關鍵的部分，亦已成為設計者和過程維護人員非常關注的問題。石油化工生產裝置中控制閥的各種構成形式和數量繁多，本文就控制閥的安全聯鎖保護和信號失效安全自鎖保護兩大方面重點詳細地進行闡述。
1 控制閥的安全聯鎖保護[1]保護系統是專用于對裝置中潛在的危險或不采取措施可能產生危險的事件發生響應，以減輕危險發生的后果或防止危險發生的系統�？刂崎y安裝在工藝設備和管道的介質流程上，對工藝介質流量的大小和打開關閉起著全過程的控制作用�？刂崎y的安全聯鎖保護是指用于操作監視裝置（或獨立單元）所屬的控制閥，如果外部條件或過程參數超出了安全操作范圍，通過對氣動控制閥的附件電磁閥或電動控制閥電源的不同控制要求，就可以使過程進入安全狀態，以確保監視裝置（或獨立單元）隨之進入安全狀態
[3]1.1 氣動控制閥的安全聯鎖保護 .
1.1.1 單作用執行機構控制閥安全聯鎖保護單作用氣動控制閥使用膜頭或活塞式彈簧執行機構，安全聯鎖動作時關閉或打開控制閥。
應用如圖1所示。
若聯鎖關閉，氣開式控制閥正常操作時，控制閥氣源正常，閥打開；聯鎖發生時，閥氣源切斷，閥關閉。若聯鎖打開，氣關式控制閥正常操作時，閥氣源正常，閥關閉；聯鎖發生時，控制閥氣源切斷，閥打開。
1.1.2雙作用執行機構控制閥安全聯鎖保護雙作用氣動控制閥使用彈簧復位或無彈簧執行機構，安全聯鎖動作時關閉或打開控制閥。
其應用如圖2所示。
若聯鎖關閉，控制閥正常操作時，控制閥氣源正常，1-3，2-4為通路，閥打開；聯鎖發生時，控制閥氣源進氣改變，1-4，2-3為通路，閥關閉。若聯鎖打開，控制閥正常操作時，控制閥氣源正常，1-4，2-3為通路，閥關閉；聯鎖發生時，控制閥氣源進氣改變，1-3，2-4為通路，閥打開。1.1.3氣動控制閥安全聯鎖保護氣動控制閥用于安全聯鎖動作時，在氣源信號線上增加電磁閥，電磁閥的配氣由I/P閥門定位器調節，安全聯鎖動作時，關閉或打開控制閥。
其應用如圖3所示。
若聯鎖關閉，氣開式控制閥正常操作時，控制閥氣源正常，1-3為通路，2關閉，閥由I/P閥門定位器調節；聯鎖發生時，控制閥氣源進氣改變，2-3為通路，1關閉，氣開式控制閥關閉。若聯鎖打開，氣關式控制閥正常操作時，控制閥氣源正常，1-3為通路，2關閉，閥由I/P閥門定位器調節；聯鎖發生時，控制閥氣源進氣改變，2-3為通路，1關閉，氣關式控制閥打開。
1.2電動控制閥的安全聯鎖保護電動控制閥的電動執行器是以220V交流單項電源作為驅動電源，接受來自調節器的毫安信號或電壓控制信號來進行工作的�，F在國內的電動控制閥大多采用進口的日本工裝電子式電動執行器，電子式控制單元常被設計成黑匣子形式，并用樹脂澆鑄，驅動電機采用交流可逆電機，可以正驅動或反驅動；驅動量的反饋檢測采用高性能的、高可靠性的電位器，以實現控制調節功能。切斷或調節電動控制閥的安全聯鎖保護歸根結底是通過安全聯鎖信號對驅動電機的驅動電源的控制，以實現驅動電機的正轉或反轉，來達到對控制閥的打開或關閉的目的。因此只要將安全聯鎖信號作為接點信號接人電動控制閥的電源控制回路中，當安全聯鎖信號動作時，也就是接點信號動作，使得正驅動電源或反驅動電源接通，實現控制閥的打開或關閉。圖4所示為電動控制閥較復雜的安全聯鎖保護接線圖，通過接入定時器聯鎖控制電動控制閥的打開和關閉。在圖4行2中，引入安全聯鎖保護接點信號，接點閉合時，繼電器4503KA線圈得電，行3中4503KA常開接點7-4閉合，定時器KA-4502A開始計時，行4中4503KA常開接點8-5閉合，繼電器4503KA1線圈得電，行6中4503KA1常開接點7-4閉合，電動控制閥4503KA3正轉，閥門打開；當定時器KA-4502A計時到設定值時，其觸點動作，行4中定時器KA-4502A常聞接點8-5打開，繼電器4503KA1線圈失電，行6中4503KA1常開接點7-4打開，電動控制閥4503KA3正轉失電，同時行5中KA-4502A觸點8-6閉合，繼電器4503KA2線圈得電，行6中4503KA2常開接點7-4閉合，電動控制閥4503KA3反轉得電，閥門關閉。
2信號失效控制閥的安全自鎖保護[4]控制閥的失效安全自鎖保護是指非安全聯鎖保護信號以外的控制閥本身的控制信號過低或沒有時，執行結構沒有信號動力來源的情況下，控制閥本身對自我安全的一種保護措施。對于氣動控制閥是指當控制閥控制供氣壓低于預先確定的值時，執行機構的活塞或類似膜頭結構會移至氣缸的頂部或底部，充滿供氣壓力的儲氣罐在供氣壓力失去時會給執行機構提供負載壓力，這樣就可以把活塞或膜頭移到所需要的位置；當供氣壓力恢復正常時，自動操作回到原來的控制調節狀態，同時儲氣罐被重新充氣，以備下一次控制閥的失效安全時重新使用。對于電動控制閥是指當控制閥運轉的毫安或電壓輸入信號斷電時，電子執行機構會執行相應的操作，使輸出軸停在相應的位置，而達到控制閥的失效安全時處于安全保護狀態。
2.1信號失效氣動控制閥安全保護氣動鎖定系統與氣動控制閥一起使用時，可以在氣動控制閥失去供氣壓力時鎖定執行機構當前的負載壓力，且這種氣動鎖定系統與儲氣罐一起使用時，在失去氣源壓力時把閥門移至全開、全關或保持原位。在功能上類似的結構也可以提供給薄膜執行機構的控制閥，典型適用于氣缸活塞執行機構的氣動控制閥信號失效安全保護。
2.1.1信號失效氣動控制閥全開或全關安全保護在圖5中，1號管路為儀表供氣管路，2號管路為給氣缸頂部壓力的管路，3號管路為給氣缸頂部控制壓力的管路，4號管路為給氣缸底部壓力的管路，5號管路為給氣缸底部控制壓力的管路，6號為鎖定部件上下膜片來回運動的排氣口，7號為儲氣罐提供給氣缸底部的供氣口，8號為儲氣罐提供給氣缸頂部的供氣口，9號管路為儲氣罐提供給控制部件供氣壓力的管路，10號管路為儲氣罐提供給氣缸頂部或底部供氣壓力的管路。
在圖5中，當控制閥信號失效時，儲氣罐提供氣缸頂部的供氣壓力，氣缸底部的供氣壓力被排空，給氣缸底部和氣缸頂部的控制壓力被阻斷，鎖定部件下膜片的加載壓力被排空，儲氣罐給氣缸頂部提供的壓力，會將閥門推至全關的位置，使控制閥在信號失效時處于關閉的安全狀態。在圖6中，各個數字標志說明同圖5。當控制閥信號失效時，儲氣罐提供氣缸底部的供氣壓力，氣缸頂部的供氣壓力被排空，給氣缸頂部和底部的控制壓力被阻斷，鎖定部件的下膜片的加載壓力被排空，儲氣罐給氣缸底部提供的壓力，會將閥門推至全開的位置，使控制閥在信號失效時處于全開的安全狀態。
2.1.2信號失效氣動控制閥保持安全保護在圖7中，各個數字標志說明同圖5。當控制閥信號失效時，儲氣罐同時提供氣缸頂部和底部的供氣壓力，給氣缸頂部和底部的控制壓力被阻斷，鎖定部件下膜片的加載壓力被排空，儲氣罐給氣缸頂部和底部同時提供同樣的壓力，會將閥門的活塞鎖定在信號失效時原來的位置，這樣使控制閥的執行機構保持不動，使控制閥信號失效處于保持的安全狀態，達到工藝所需要的安全狀態。
在以上的信號失效控制閥安全保護示意圖中，止回閥在信號失效時，會保證儲氣罐的儲氣壓力輸送到氣缸的頂部、底部或頂部和底部。當供氣壓力恢復到正常時，止回閥恢復到原來的位置，以保證儲氣罐充滿所需要的氣壓，以備下次信號失效時繼續發揮它的作用。
2.2信號失效電動控制閥的安全保護電動控制閥的關鍵部件在于其內部樹脂澆鑄的控制器，其接受來自調節器的毫安或電壓信號和來自開度檢測器的開度信號，將兩信號相比較并放大，向消除其差值的方向驅動和控制電機，其結果是使得來自調節器信號和開度信號之間的偏差被減小，當偏差消除時控制部分令電機停止在該位置上，達到調節和控制的目的。當信號失效時，輸出軸在相應的時間內仍處于運轉狀態，如果沒有相應的控制措施，會停留在某一個位置，而失去對電動控制閥的安全保護。根據工藝過程的需要，在電動控制閥的設計選型和安裝過程中，就應該注意到信號失效時電動控制閥的安全保護。在圖8電動控制閥電子式執行器內部接線圖中，信號失效時根據工藝過程的需要使閥門開度仍然處于信號失效前的位置時，將圖中的3和4斷開，接通5，就可以使輸出軸停止在原位置，使閥門開度保持不變。
在圖8中，信號失效時根據工藝過程的需要使閥門全部打開時，將4和5斷開，接通3，就可以使輸出軸繼續運轉到上限限位開關動作后停止，使閥門全開。信號失效時根據工藝過程的需要使閥門全部關閉時，將圖中的3和5斷開，接通4，就可以使輸出軸繼續運轉到下限限位開關動作后停止，使閥門關閉。
3結束語當今石油化工裝置中的控制閥的種類和形式多種多樣，控制閥的安全保護措施也會出現各種不同的情況。
對于控制閥的安全聯鎖保護中氣動控制閥聯鎖要求的不同形式，就需要考慮到電磁閥的閥體材質、壓力等級、允許壓差、流通能力、工藝連接形式、電磁閥的觸點形式、防爆等級、防護等級等各方面的要求；對于控制閥的安全聯鎖保護中電動控制閥聯鎖要求的不同形式，就需要考慮到電子執行機構的形式、電源規格、觸點形式、聯鎖動作的時間等各方面的要求。對于信號失效氣動控制閥的安全保護，就需要考慮到氣動控制閥的控制信號壓力，儲氣罐的容積、各管路的氣壓、工藝過程等各方面的要求；對于信號失效電動控制閥的安全保護，就需要考慮到電動控制閥的控制信號類型、電源規格、工藝過程等各方面的要求等。因此在工程設計中考慮安全設計、選型、配置時，必須根據安全保護的設計原則和相關要求，標準規范，結合工藝過程的安全要求，仔細推敲斟酌控制閥安全保護設計的每個環節，確保控制閥在工藝過程發生危險情況下真正發揮安全保護的作用。
參考文獻：1唐丹蓉.電磁閥在石油化工裝置安全聯鎖保護過程中的設計和應用.石油化工自動化，2003，（4）：12～152張華莎.安全儀表系統邏輯設計淺談.石油化工自動化，2003，（4）：3～73SHB-Z06-1999.油化工緊急停車及安全聯鎖系統設計導則4fisher.控制閥附件.控制閥信息.2004，1（15）：25～27
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