摘 要：

結合控制閥安全保護的工程設計實踐 ，通過實例詳細介紹了控制閥安全保護的聯(lián)鎖和自鎖兩大方面，并說明了控制閥實際應用中應注意的問題

。關鍵字：控制閥 安全保護 聯(lián)鎖 自鎖
隨著石油化工生產裝置生產規(guī)模的不斷擴大，工藝反應過程的日益復雜，事故的發(fā)生率和危害度越來越受

到重視[1]，安全保護系統(tǒng)已成為當今石油化工裝置重要的組成部分。安全保護系統(tǒng)是由檢測元件、各種

I/O卡件、邏輯運算單元（控制單元）、zui終執(zhí)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(tǒng)

[2]。zui終執(zhí)行元件控制閥的安全保護已成為安全保護系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)中的zui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(shù)量繁多，本文就控制閥

的安全聯(lián)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(lián)鎖保護[1] 保

護系統(tǒng)是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(fā)生響應，以減輕危險發(fā)生的后果

或防止危險發(fā)生的系統(tǒng)。控制閥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。控制閥的安全聯(lián)鎖保護是指用于操作監(jiān)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(shù)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(tài)，以確保監(jiān)視裝置（或獨立單元）隨之進入安全狀態(tài)[3]。 1.1 氣動

控制閥的安全聯(lián)鎖保護 1.1.1 單作用執(zhí)行機構控制閥安全聯(lián)鎖保護 單作用氣動控制閥使用膜頭或活塞式

彈簧執(zhí)行機構，安全聯(lián)鎖動作時關閉或打開控制閥。應用如圖1所示。

   若聯(lián)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(lián)鎖發(fā)生時，閥氣源切斷，閥關閉。若聯(lián)鎖打開，氣關式控制閥正常操作時，閥氣源正常，閥關閉；聯(lián)鎖發(fā)生時，控制閥氣源切斷，閥打開。 1.1.2 雙作用執(zhí)行機構控制閥安全聯(lián)鎖保護 雙作用氣動控制閥使用彈簧復位或無彈簧執(zhí)行機構，安全聯(lián)鎖動作時關閉或打開控制閥。其應用如圖2所示。

    若聯(lián)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(lián)鎖發(fā)生時，控制閥氣源進氣改變，1-4，2-3為通路，閥關閉。若聯(lián)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(lián)鎖發(fā)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(lián)鎖保護 氣動控制閥用于安全聯(lián)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(jié)，安全聯(lián)鎖動作時，關閉或打開控制閥。其應用如圖3所示。

若聯(lián)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(jié)；聯(lián)鎖發(fā)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(lián)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(jié)；聯(lián)鎖發(fā)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(lián)鎖保護 電動控制閥的電動執(zhí)行器是以220V交流單項電源作為驅動電源，接受來自調節(jié)器的毫安信號或電壓控制信號來進行工作的。現(xiàn)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(zhí)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(xiàn)控制調節(jié)功能。 切斷或調節(jié)電動控制閥的安全聯(lián)鎖保護歸根結底是通過安全聯(lián)鎖信號對驅動電機的驅動電源的控制，以實現(xiàn)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(lián)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(lián)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(xiàn)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(lián)鎖保護接線圖，通過接入定時器聯(lián)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(lián)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(lián)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(zhí)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(zhí)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(zhí)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(jié)狀態(tài)，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(zhí)行機構會執(zhí)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(tài)。
 

2.1
    信號失效氣動控制閥安全保護 氣動鎖定系統(tǒng)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(zhí)行機構當前的負載壓力，且這種氣動鎖定系統(tǒng)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(zhí)行機構的控制閥，典型適用于氣缸活塞執(zhí)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(tài)。 在圖6中，各個數(shù)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(tài)。

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(shù)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(zhí)行機構保持不動，使控制閥信號失效處于保持的安全狀態(tài)，達到工藝所需要的安全狀態(tài)。

    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(xù)發(fā)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(jié)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(jié)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(jié)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(tài)，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(jù)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(zhí)行器內部接線圖中，信號失效時根據(jù)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(jù)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(xù)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(jù)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(xù)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(xiàn)各種不同的情況。對于控制閥的安全聯(lián)鎖保護中氣動控制閥聯(lián)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(lián)鎖保護中電動控制閥聯(lián)鎖要求的不同形式，就需要考慮到電子執(zhí)行機構的形式、電源規(guī)格、觸點形式、聯(lián)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(guī)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(jù)安全保護 的設計原則和相關要求，標準規(guī)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(huán)節(jié)，確保控制閥在工藝過程發(fā)生危險情況下真正發(fā)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(lián)鎖保護過程中的設計和應用.石油化工自動化，2003，（4）：12～15 2 張華莎.安全儀表系統(tǒng)邏輯設計淺談.石油化工自動化，2003，（4）：3～7 3 SHB-Z06-1999.油化工緊急停車及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設計導則 4 fisher.控制閥附件.控制閥信息.2004，1（15）：25～27