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如何實現過程失效模式以及不同閥門和驅動適合場景位置

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2019-01-29 08:59:40【小中大】

帶有氣動執行機構的調節閥100多年來，在過程控制行業中防止災難性故障一直是一個不斷發展的研究領域。為了保護生命，環境，聲譽和投資的資本投資，上海自動化儀表有限公司在系統的各個方面考慮安全和風險。作為一個積極的結果，設計的故障情景系統戰略性地位于化工煉油廠，發電廠，浮船和海上鉆井平臺。了解如何實現過程失效模式以及不同閥門和驅動適合場景的位置是我們工作的關鍵。

失敗安全和行動

在設計的故障安全系統中，工業過程調節閥通過每個設備與過程流體相互作用的方法進行復雜的分類。該過程的流程可以被切斷，阻塞，節流和擠壓。從致動和控制的角度來看，閥門更簡單地通過操作該閥門所需的致動方法進行分類：旋轉和上升閥桿。

不同的上升閥桿替代品包括調節閥，球閥，節流閥和夾管閥。每種產品都具有獨特的操作特性，適合首選應用。例如，截止閥適用于必須精確控制過程流量的節流應用。調節閥的主要目的是允許或防止過程流動。夾管閥非常適用于含有顆粒，粉末和顆粒等固體的淤漿工藝。

讓我們仔細研究調節閥的故障選擇。

在指定調節閥故障情況時，我們有三個選項：故障打開以允許流量，故障關閉以防止流量和最后位置故障。前兩個選項是主動故障位置，而第三個選項是被動故障位置。請記住，大多數調節閥上的閥桿在打開和關閉操作期間都會經歷線性平移。工程師最有可能指定一個活動的故障位置，以控制該過程。

在壓力釋放和管道隔離對系統完整性至關重要的情況下，預測故障期間的過程和流程的能力是有利的。在許多情況下，電力，加壓空氣和加壓液壓流體的可用性決定了用于實現故障位置的致動方法。出于本文的目的，我們將假設所有電源均可用的理想方案。讓我們放大一下，看看在調節閥上實現主動故障位置所需的驅動和控制。

在考慮閥門執行機構解決方案時，工程師有五種選擇：

帶輔助電源的多圈電動；

彈簧式隔膜；

彈簧活塞；

帶動力儲存罐的雙作用隔膜；

帶動力儲存罐的雙作用活塞。

這些系統都能夠存儲潛在的能量，以幫助實現主動故障位置。讓我們花點時間了解存儲勢能的四種方法及其對系統可靠性的影響。

螺旋彈簧用作閥/執行機構組件的整體部件。彈簧是儲存潛在能量的可靠且有彈性的方法。它們的作用與電，管道/連接泄漏，嚴酷的溫度和大多數其他類型的非破壞性相互作用無關。緊密關閉應用需要具有大推力的彈簧，這增加了克服初始彈簧力所需的尺寸。使用螺旋彈簧來提高系統可靠性需要增加執行機構尺寸。彈簧加載系統的吸引人之處在于它們可以長時間存儲潛在的能量而幾乎沒有損失。

液壓蓄能器是主執行機構系統的輔助裝置。這種類型的系統容易受到嚴重溫度變化的壓力波動的影響，因為加壓氣體用于維持液壓。此外，通過管道泄漏存在潛在的蓄電損失。除了這些漏洞外，液壓蓄能器因其相對經典的概念和設計而成為儲存加壓液壓油的可靠方法。

空氣接收器還用作主執行機構/閥門系統的輔助裝置。在這些系統中，存儲的壓縮空氣受到大的溫度變化的壓力波動（存儲的功率），同時存在通過管道泄漏而存在的電力損失的可能性。除了這些系統的大型系統占地面積外，它們在日常維護方面具有高可靠性，并且特別有利于通過簡單的管道更換保持在失效打開和失效關閉模式之間切換的能力。

鉛酸電池，超級電容器和備用發電機是閥門/執行機構組件的輔助部件。備用發電機是可靠的電源供應，可以連續監測，常見于大型油庫和閥門空間有限的應用場合。發電機提供單點備用電源，可在中心位置同時為多個閥門執行機構供電。

緊急關機

讓我們考慮應用緊急關閉閥/執行機構系統，用于穿過水流的低壓管道。如果感測到兩點之間的預定壓降（管道破裂），則該系統將被設計成隔離流體供應。自動調節閥將是保護周圍社區，野生動植物和環境完整性的關鍵組成部分。在為這種情況選擇執行機構解決方案時，應考慮下面所示的苛刻的故障模式特性。

跳閘標準：當管道壓力，電力或氣動壓力丟失時。

主動故障位置：關閉（防止流動）

感應反應速度：1秒

失敗位置速度：6秒

這些約束是世界各地組織工程師所經歷的常見系統設計方案。雖然許多終端用戶重視彈簧復位執行機構提供的安心，但空間和重量限制有時會使使用更輕，更緊湊的系統與空氣接收器或備用電源更有利。因此，工程師通常負責指定故障情景，重量，設備尺寸，安全性，材料和系統可靠性的優化組合。經過多年的研究，調查，測試和設計，通用的過程控制解決方案無法呈現。但是，行業不斷改進既定規范，最佳實踐，標準和成熟技術。經過仔細的設計考慮。

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