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安全設(shè)計(jì):如何實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)閘閥失效模式
來(lái)源：上海自動(dòng)化儀表有限公司作者：發(fā)表時(shí)間：2018-10-10 08:53:59【小中大】
100多年來(lái)，在過(guò)程控制行業(yè)中防止災(zāi)難性故障一直是一個(gè)不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域。為了保護(hù)生命，環(huán)境，聲譽(yù)和投資方面的資本投資，我們?cè)谙到y(tǒng)的各個(gè)方面都考慮安全和風(fēng)險(xiǎn)。作為一個(gè)積極的結(jié)果，設(shè)計(jì)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(tái)。了解如何實(shí)現(xiàn)過(guò)程失效模式以及某些閥門(mén)和驅(qū)動(dòng)適合場(chǎng)景的位置是我們上海自動(dòng)化儀表股份有限公司工作的關(guān)鍵。
圖：帶有氣動(dòng)線性閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閘閥
失敗安全和行動(dòng)
在設(shè)計(jì)的故障安全系統(tǒng)中，工業(yè)過(guò)程控制閥通過(guò)每種設(shè)備與過(guò)程流體相互作用的方法進(jìn)行復(fù)雜的分類(lèi)。該過(guò)程的流程可以被切斷，阻塞，節(jié)流和擠壓。從驅(qū)動(dòng)和控制的角度來(lái)看，閥門(mén)更簡(jiǎn)單地通過(guò)操作該閥門(mén)所需的致動(dòng)方法進(jìn)行分類(lèi)：旋轉(zhuǎn)和上升閥桿。
今天，我們上海自動(dòng)化儀表股份有限公司將重點(diǎn)介紹后者。
不同的上升閥桿替代品包括閘閥，球閥，節(jié)流閥和夾管閥。每個(gè)都具有獨(dú)特的操作特性，適合首選應(yīng)用程序。例如，截止閥適用于必須精確控制過(guò)程流量的節(jié)流應(yīng)用。閘閥的主要目的是允許或防止過(guò)程流動(dòng)。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(xì)看看閘閥的故障選項(xiàng)。
在指定閘閥故障情況時(shí)，我們有三個(gè)選項(xiàng)：故障打開(kāi)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(gè)選項(xiàng)是主動(dòng)故障位置，而第三個(gè)選項(xiàng)是被動(dòng)故障位置。請(qǐng)記住，大多數(shù)閘閥上的閥桿在操作期間經(jīng)歷線性平移以打開(kāi)和關(guān)閉。工程師最有可能指定一個(gè)活動(dòng)的故障位置，以控制該過(guò)程。
在壓力釋放和管道隔離對(duì)系統(tǒng)完整性至關(guān)重要的情況下，預(yù)測(cè)故障期間的過(guò)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(shí)現(xiàn)故障位置的致動(dòng)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，看一下在閘閥上實(shí)現(xiàn)主動(dòng)故障位置所需的驅(qū)動(dòng)和控制。
在考慮上海自動(dòng)化儀表有限公司閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)解決方案時(shí)，工程師有五種選擇：
1：帶輔助電源的多圈電動(dòng)
2：彈簧式隔膜
3：彈簧加載的活塞
4：帶動(dòng)力儲(chǔ)存罐的雙作用隔膜
5：帶動(dòng)力儲(chǔ)存罐的雙作用活塞
這些系統(tǒng)都能夠存儲(chǔ)潛在的能量，以幫助實(shí)現(xiàn)主動(dòng)故障位置。讓我們花點(diǎn)時(shí)間了解存儲(chǔ)勢(shì)能的四種方法及其對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響。
螺旋彈簧用作閥/致動(dòng)器組件的整體部件。彈簧是一種可靠且有彈性的儲(chǔ)存潛在能量的方法。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(lèi)型的非破壞性相互作用無(wú)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(lái)提高系統(tǒng)可靠性需要增加執(zhí)行器尺寸。彈簧加載系統(tǒng)的吸引人之處在于它們可以長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)潛在的能量而幾乎沒(méi)有損失。
液壓蓄能器是主致動(dòng)器、閥系統(tǒng)的輔助裝置。這種類(lèi)型的系統(tǒng)容易受到嚴(yán)重溫度變化的壓力波動(dòng)的影響，因?yàn)榧訅簹怏w用于維持液壓。此外，通過(guò)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(duì)經(jīng)典的概念和設(shè)計(jì)而成為儲(chǔ)存加壓液壓油的可靠方法。
空氣接收器還用作主致動(dòng)器/閥系統(tǒng)的輔助裝置。在這些系統(tǒng)中，存儲(chǔ)的壓縮空氣受到溫度變化大的壓力波動(dòng)（存儲(chǔ)的功率），同時(shí)存在通過(guò)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?cè)谌粘＞S護(hù)方面具有高可靠性，并且特別有利于在簡(jiǎn)單的管道更換之間保持在失效打開(kāi)和失效關(guān)閉模式之間切換的能力。
鉛酸電池，超級(jí)電容器和備用發(fā)電機(jī)是閥/執(zhí)行器組件的輔助部件。備用發(fā)電機(jī)是可靠的電源供應(yīng)，可連續(xù)監(jiān)測(cè)，常見(jiàn)于大型油庫(kù)和閥門(mén)空間有限的應(yīng)用場(chǎng)合。發(fā)電機(jī)提供單點(diǎn)備用電源，可在中心位置同時(shí)為多個(gè)閥門(mén)執(zhí)行器供電。
緊急關(guān)機(jī)
讓我們考慮應(yīng)用緊急關(guān)閉閥/執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，用于穿過(guò)水流的低壓管道。如果感測(cè)到兩點(diǎn)之間的預(yù)定壓降（管道破裂），則該系統(tǒng)將被設(shè)計(jì)成隔離流體供應(yīng)。自動(dòng)閘閥將是保護(hù)周?chē)鐓^(qū)，野生動(dòng)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)行器解決方案時(shí)，應(yīng)考慮下面所示的嚴(yán)格故障模式特性。
跳閘標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)管道壓力，電力或氣動(dòng)壓力丟失時(shí)。
主動(dòng)故障位置：關(guān)閉（防止流動(dòng)）
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(jiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。雖然許多終端用戶(hù)重視彈簧返回執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安心，但空間和重量限制有時(shí)會(huì)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，上海自動(dòng)化儀表有限公司工程師通常負(fù)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(guò)多年的研究，調(diào)查，測(cè)試和設(shè)計(jì)，通用的過(guò)程控制解決方案無(wú)法呈現(xiàn)。但是，行業(yè)不斷改進(jìn)既定規(guī)范，最佳實(shí)踐，標(biāo)準(zhǔn)和成熟技術(shù)。
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