控制閥是過程控制工業(yè)里最常用的終端控制元件，在安全儀表系統(tǒng)設(shè)計中除機泵等動設(shè)備外控制閥往往都是作為聯(lián)鎖動作的最終執(zhí)行者，是整個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)域有時需要承擔切斷、放空等功能。控制閥承擔安全功能時，具有嚴格的功能要求。昌暉儀表在本文主要講解的控制閥主要指氣動調(diào)節(jié)閥和氣動開關(guān)閥。

控制閥聯(lián)鎖安全要求

控制閥除了泄漏等指標外，聯(lián)鎖動作時一般還需具備三個基本要求：故障安全位置；執(zhí)行的可靠性；全行程響應時間。

1、故障安全位置

在工程實踐中，當遇到氣源、電源、信號故障時，不同的場合對閥門的狀態(tài)有不同的要求，故障位置基本類型有故障開（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)計的重要內(nèi)容，是評價安全功能實現(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50%的失效可歸因于控制閥，因此控制閥在承擔安全功能時要求電磁閥冗余配置、滿足一定的SIL目標要求，如氣化爐氧氣切斷閥要求雙電磁閥、SIL3等。

3、相應時間

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

安全功能設(shè)計方案

1、執(zhí)行機構(gòu)選擇

控制閥安全位置本質(zhì)上是由采用的執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)。執(zhí)行機構(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處于FC或FO。雙作用主要依靠儲氣罐和氣路配置保障氣源故障時處于FC，F(xiàn)O或FL。現(xiàn)場實際更多的是采用彈簧返回型單作用執(zhí)行機構(gòu)。

2、電磁閥配置

控制閥承擔安全功能時基本都會采用電磁閥來設(shè)計氣路，氣路附件包含過濾減壓閥、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，即電磁閥設(shè)計成正常得電勵磁、失電聯(lián)鎖的方式。電磁閥ASCO 327B1 SIL認證參數(shù)見表1所列，按斷電跳閘來說安全失效分數(shù)（SFF）為53.46%，按通電跳閘來說SFF為28.28%，SFF數(shù)值越大安全性越高。

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

①單配置

單配置電磁閥類型較為常見，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該類型氣路結(jié)構(gòu)簡單，投資費用少，一般場合應用較多，隨著電磁閥可靠性的提高，在安全風險不高的SIL2回路上也可應用。

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)鎖動作時需要2臺電磁閥都失電的稱串聯(lián)，只需要其中任何1臺電磁閥失電就聯(lián)鎖動作的稱為并聯(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臺電磁閥的誤排氣都會導致聯(lián)鎖閥的誤動作，因而誤動作率是單電磁閥配置的2倍。采用串聯(lián)方式，只有2臺電磁閥同時動作時，才能聯(lián)鎖閥門，因而可用性較高誤動作率低。串（并）聯(lián)配置各有優(yōu)缺點，根據(jù)風險后果選擇，對安全要求高的建議采用并聯(lián)方式如壓縮機放空閥等，要求現(xiàn)場可靠運行無特別風險的可采用串聯(lián)方式如水煤漿氣化爐鎖渣閥，要求30min動作一次，強調(diào)可靠性。另外串（并）聯(lián)配置需正確選擇電磁閥常開、常閉形式。