电磁阀冗余在控制阀上的应用.pdf

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1、第4期李帮军．电磁阀冗余在控制阀上的应用电磁阀冗余在控制阀上的应用李帮军(河南煤业化工集团义马气化厂，河南义马472300)摘要为了提高过程控制的最终执行者——安全联锁控制阀的可靠性，给出并分析具有不同特点的控制阀附件电磁阀冗余配置的几种方案。关键词电磁阀冗余配置方案可靠性应用中图分类号TH89文献标识码B文章编号1000．3932(2013)04-0545-04随着科学技术的飞速发展，工业化生产对过程控制系统可靠性的要求越来越高，控制系统通过电源、控制器、服务器、通信网络及IO卡件等部件级冗余将系统的

2、可靠性大大提高。联锁系统作为过程控制的保护屏障，对控制系统之外的执行环节的可靠性要求尤其突出。作为过程控制的最终执行者的控制阀，其联锁动作的可靠性，必将影响整个联锁系统的可靠性。在实际生产过程中，SILl和SIL2安全度等级的联锁系统采用单一的控制阀，并根据需要配套电磁阀，常采用冗余方式将关键控制阀的联锁可靠性显著提高⋯，不同的冗余配置方案具有不同的特点。1控制阀单电磁阀配置控制阀配置两位三通单电控型电磁阀，电磁阀有3种类型：常闭型——失电时压力口关闭、排气口连到气缸口，得电时压力口连到气缸口而排气口关

3、闭；常开型——失电时压力口连到缸口、排气口关闭，得电时压力口关闭而气缸口连到而排气口；通用型——允许阀连接成常闭或常开位置的其中之一，或由一个口转换流到另一个口。控制阀依据开度控制是否连续变化分为调节阀和切断阀两大类。调节阀根据过程控制要求，用AO信号实现0％和100％行程之间的定位，配置阀门定位器。联锁调节阀在阀门定位器和执行机构之间配置电磁阀，用DO信号实现联锁控制，电磁阀一般选用单电控型电磁阀，实现控制阀执行机构仪表空气的供给与排放，实现联锁目标；切断阀开度仅有全开和全关两个位置，必须配置电磁阀进

4、行气路导通和切断控制，用DO信号使切断阀在全开和全关两个状态切换。控制阀单电磁阀常用配置方案有4种，如图l所示。遂遂VlV2a．方案一b．方案二c．办案“!d．方案四图l控制阀单电磁阀常用配置方案IA——仪表空气；QF——过滤减压阀；SVl——电磁阀；IP——阀门定位器；V1——切断阀；V2——调节阀；SH——梭阀气动控制阀根据仪表空气故障时阀门所处的安全位置分为气开(FC)和气关(FO)两种，选择气开还是气关在设计选型时根据工艺过程安全生产要求决定。控制阀联锁由电磁阀实现，石油化V2工装置中电磁阀一般

5、按失效安全的原则设计为：正常得电励磁(图1a)，失电联锁方式NE(图1d)。收稿日期：2012-10—10化工自动化及仪表第40卷同时火气系统负载设计为：正常失电(图1b)，得电联锁方式NDE(图1c)。根据失效安全原则，图la—d在不同状态时阀门处于全开、全关或调节状态，详见表1。由于调节阀在正常工作时，只有定位器输出仪表空气到达膜头才能实现阀门的精确定位，要求气路不能切断，所以图1c不适于设计为“正常失电、联锁得电励磁”方式，图1d不适于设计为“正常得电励磁、失电联锁”方式。现以通用型两位三通电磁阀

6、为例进行说明。表1单电磁阀配置控帝j阀状态2控制阀冗余电磁阀配置方案安全联锁系统有安全失效和危险失效两种方式。安全失效即当系统产生显性故障时触发安全联锁系统动作，导致误停车；危险失效则指系统存在隐性故障时导致系统在需要时不能产生动作。非冗余单电磁阀使用过程中，电磁阀故障、线路或电源故障及DCS故障等都会导致控制阀误动作联锁，即安全失效，需采取容错措施，为提高可靠性一般采用两个两位三通电磁阀冗余配置实现功能热备。两个电磁阀冗余适用于SILl和SIL2安全度等级联锁系统，采用单一的控制阀，配套电磁阀冗余配置

7、。电磁阀安装在阀门定位器与执行机构之间，或者单独配置电磁阀控制切断阀，具体配置为：两个独立电磁阀，两条分开敷设的信号线路，两个不在同一DCS卡件但完全相同的控制信号。实现方案有6种，如图2所示。图2e、f采用或门型梭阀，不论哪条气路单独通气，都能导通与其膜头的通路；当两路气路同时通气时，哪端压力高膜头就与该路相通，同时另一端关闭，用“或”逻辑关系实现冗余。在冗余双电磁阀配置方案中，由于失效安全原则设计不同，图2中所有设计方案在不同状态时控制阀处于全开、全关或调节状态，详见表2。同样存在图2c、f不适于设

8、计为“正常失电、联锁得电励磁”方式，图2d不适于设计为“正常得电励磁、失电联锁”方式。a．方案一b．方案二c．方案三图2控制阈冗余电磁阎配置方案第4期李帮军．电磁阀冗余在控制阀上的应用547表2冗余双电磁阀配置控制阀状态2．1冗余双电磁阀配置特点在如图2所示的6种冗余双电磁阀配置方案中，存在3类情况：a．图2a、C中，电磁阀SVI和SV2工作在得电状态时，SV2的气路3-2导通，1、2截止，仪表空气进入膜头，控制阀动作，SVI的1．2截止，