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如何實現(xiàn)過程失效模式以及不同閥門和驅(qū)動適合場景位置
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發(fā)表時間：2019-01-29 08:59:40【小中大】
帶有氣動執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)閥100多年來，在過程控制行業(yè)中防止災(zāi)難性故障一直是一個不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域。為了保護生命，環(huán)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(tǒng)的各個方面考慮安全和風(fēng)險。作為一個積極的結(jié)果，設(shè)計的故障情景系統(tǒng)戰(zhàn)略性地位于化工煉油廠，發(fā)電廠，浮船和海上鉆井平臺。了解如何實現(xiàn)過程失效模式以及不同閥門和驅(qū)動適合場景的位置是我們工作的關(guān)鍵。
失敗安全和行動
在設(shè)計的故障安全系統(tǒng)中，工業(yè)過程調(diào)節(jié)閥通過每個設(shè)備與過程流體相互作用的方法進行復(fù)雜的分類。該過程的流程可以被切斷，阻塞，節(jié)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(zhuǎn)和上升閥桿。
不同的上升閥桿替代品包括調(diào)節(jié)閥，球閥，節(jié)流閥和夾管閥。每種產(chǎn)品都具有獨特的操作特性，適合首選應(yīng)用。例如，截止閥適用于必須精確控制過程流量的節(jié)流應(yīng)用。調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥的故障選擇。
在指定調(diào)節(jié)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(guān)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(shù)調(diào)節(jié)閥上的閥桿在打開和關(guān)閉操作期間都會經(jīng)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(tǒng)完整性至關(guān)重要的情況下，預(yù)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(xiàn)故障位置的致動方法。出于本文的目的，我們將假設(shè)所有電源均可用的理想方案。讓我們放大一下，看看在調(diào)節(jié)閥上實現(xiàn)主動故障位置所需的驅(qū)動和控制。
在考慮閥門執(zhí)行機構(gòu)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(tǒng)都能夠存儲潛在的能量，以幫助實現(xiàn)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(tǒng)可靠性的影響。
螺旋彈簧用作閥/執(zhí)行機構(gòu)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(yán)酷的溫度和大多數(shù)其他類型的非破壞性相互作用無關(guān)。緊密關(guān)閉應(yīng)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(tǒng)可靠性需要增加執(zhí)行機構(gòu)尺寸。彈簧加載系統(tǒng)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(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)的輔助裝置。這種類型的系統(tǒng)容易受到嚴(yán)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(jīng)典的概念和設(shè)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(zhí)行機構(gòu)/閥門系統(tǒng)的輔助裝置。在這些系統(tǒng)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(tǒng)的大型系統(tǒng)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(guān)閉模式之間切換的能力。
鉛酸電池，超級電容器和備用發(fā)電機是閥門/執(zhí)行機構(gòu)組件的輔助部件。備用發(fā)電機是可靠的電源供應(yīng)，可以連續(xù)監(jiān)測，常見于大型油庫和閥門空間有限的應(yīng)用場合。發(fā)電機提供單點備用電源，可在中心位置同時為多個閥門執(zhí)行機構(gòu)供電。
緊急關(guān)機
讓我們考慮應(yīng)用緊急關(guān)閉閥/執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)，用于穿過水流的低壓管道。如果感測到兩點之間的預(yù)定壓降（管道破裂），則該系統(tǒng)將被設(shè)計成隔離流體供應(yīng)。自動調(diào)節(jié)閥將是保護周圍社區(qū)，野生動植物和環(huán)境完整性的關(guān)鍵組成部分。在為這種情況選擇執(zhí)行機構(gòu)解決方案時，應(yīng)考慮下面所示的苛刻的故障模式特性。
跳閘標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)管道壓力，電力或氣動壓力丟失時。
主動故障位置：關(guān)閉（防止流動）
感應(yīng)反應(yīng)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(jīng)歷的常見系統(tǒng)設(shè)計方案。雖然許多終端用戶重視彈簧復(fù)位執(zhí)行機構(gòu)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(tǒng)與空氣接收器或備用電源更有利。因此，工程師通常負責(zé)指定故障情景，重量，設(shè)備尺寸，安全性，材料和系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化組合。經(jīng)過多年的研究，調(diào)查，測試和設(shè)計，通用的過程控制解決方案無法呈現(xiàn)。但是，行業(yè)不斷改進既定規(guī)范，最佳實踐，標(biāo)準(zhǔn)和成熟技術(shù)。經(jīng)過仔細的設(shè)計考慮。
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