安全设计:如何实现气动线性执行机构闸阀失效模式

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2018-10-10 08:53:59【小中大】

100多年来，在过程控制行业中防止灾难性故障一直是一个不断发展的研究领域。为了保护生命，环境，声誉和投资方面的资本投资，我们在系统的各个方面都考虑安全和风险。作为一个积极的结果，设计的故障情景系统战略性地位于化工炼油厂，发电厂，浮船和海上钻井平台。了解如何实现过程失效模式以及某些阀门和驱动适合场景的位置是我们上海自动化仪表股份有限公司工作的关键。

图：带有气动线性阀门执行机构的闸阀

失败安全和行动

在设计的故障安全系统中，工业过程控制阀通过每种设备与过程流体相互作用的方法进行复杂的分类。该过程的流程可以被切断，阻塞，节流和挤压。从驱动和控制的角度来看，阀门更简单地通过操作该阀门所需的致动方法进行分类：旋转和上升阀杆。

今天，我们上海自动化仪表股份有限公司将重点介绍后者。

不同的上升阀杆替代品包括闸阀，球阀，节流阀和夹管阀。每个都具有独特的操作特性，适合首选应用程序。例如，截止阀适用于必须精确控制过程流量的节流应用。闸阀的主要目的是允许或防止过程流动。夹管阀非常适用于含有颗粒，粉末和颗粒等固体的淤浆工艺。

让我们仔细看看闸阀的故障选项。

在指定闸阀故障情况时，我们有三个选项：故障打开以允许流量，故障关闭以防止流量和最后位置故障。前两个选项是主动故障位置，而第三个选项是被动故障位置。请记住，大多数闸阀上的阀杆在操作期间经历线性平移以打开和关闭。工程师最有可能指定一个活动的故障位置，以控制该过程。

在压力释放和管道隔离对系统完整性至关重要的情况下，预测故障期间的过程和流程的能力是有利的。在许多情况下，电力，加压空气和加压液压流体的可用性决定了用于实现故障位置的致动方法。出于本文的目的，我们将假设所有电源均可用的理想方案。让我们放大一下，看一下在闸阀上实现主动故障位置所需的驱动和控制。

在考虑上海自动化仪表有限公司阀门执行机构解决方案时，工程师有五种选择：

1：带辅助电源的多圈电动

2：弹簧式隔膜

3：弹簧加载的活塞

4：带动力储存罐的双作用隔膜

5：带动力储存罐的双作用活塞

这些系统都能够存储潜在的能量，以帮助实现主动故障位置。让我们花点时间了解存储势能的四种方法及其对系统可靠性的影响。

螺旋弹簧用作阀/致动器组件的整体部件。弹簧是一种可靠且有弹性的储存潜在能量的方法。它们的作用与电，管道连接泄漏，严酷的温度和大多数其他类型的非破坏性相互作用无关。紧密关闭应用需要具有大推力的弹簧，这增加了克服初始弹簧力所需的尺寸。使用螺旋弹簧来提高系统可靠性需要增加执行器尺寸。弹簧加载系统的吸引人之处在于它们可以长时间存储潜在的能量而几乎没有损失。

液压蓄能器是主致动器、阀系统的辅助装置。这种类型的系统容易受到严重温度变化的压力波动的影响，因为加压气体用于维持液压。此外，通过管道泄漏存在潜在的蓄电损失。除了这些漏洞外，液压蓄能器因其相对经典的概念和设计而成为储存加压液压油的可靠方法。

空气接收器还用作主致动器/阀系统的辅助装置。在这些系统中，存储的压缩空气受到温度变化大的压力波动（存储的功率），同时存在通过管道泄漏而存在的电力损失的可能性。除了这些系统的大型系统占地面积外，它们在日常维护方面具有高可靠性，并且特别有利于在简单的管道更换之间保持在失效打开和失效关闭模式之间切换的能力。

铅酸电池，超级电容器和备用发电机是阀/执行器组件的辅助部件。备用发电机是可靠的电源供应，可连续监测，常见于大型油库和阀门空间有限的应用场合。发电机提供单点备用电源，可在中心位置同时为多个阀门执行器供电。

紧急关机

让我们考虑应用紧急关闭阀/执行机构系统，用于穿过水流的低压管道。如果感测到两点之间的预定压降（管道破裂），则该系统将被设计成隔离流体供应。自动闸阀将是保护周围社区，野生动植物和环境完整性的关键组成部分。在为这种情况选择执行器解决方案时，应考虑下面所示的严格故障模式特性。

跳闸标准：当管道压力，电力或气动压力丢失时。

主动故障位置：关闭（防止流动）

感应反应速度：1秒

失败位置速度：6秒

这些约束是世界各地组织工程师所经历的常见系统设计方案。虽然许多终端用户重视弹簧返回执行机构的安心，但空间和重量限制有时会使使用更轻，更紧凑的系统与空气接收器或备用电源更有利。因此，上海自动化仪表有限公司工程师通常负责指定故障情景，重量，设备尺寸，安全性，材料和系统可靠性的优化组合。经过多年的研究，调查，测试和设计，通用的过程控制解决方案无法呈现。但是，行业不断改进既定规范，最佳实践，标准和成熟技术。

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