當(dāng)系統(tǒng)要求高安全性和高可用性時(shí)，可以用同一種配置方案嗎？
失電連鎖和得電連鎖怎么設(shè)計(jì)最佳？
電磁閥選型和安裝位置是否有要求？
電磁閥（solenoid valve）是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。
由于石化行業(yè)高事故發(fā)生率和高危性，安全儀表系統(tǒng)已在石化裝置普及應(yīng)用，作為安全儀表系統(tǒng)過(guò)程中應(yīng)用最廣泛，也最復(fù)雜的電磁閥，其應(yīng)用設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)周密細(xì)致的考慮，才能保證安全儀表系統(tǒng)對(duì)裝置的保護(hù)作用，避免人身傷害，避免重大經(jīng)濟(jì)損失，本文參考《GB/T 50770-2013 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中電磁閥的配置，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，加深儀表人對(duì)電磁閥在安全儀表系統(tǒng)中配置要求的理解，便于后期工作的開(kāi)展。
《GB/T 50770-2013 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》摘選：
7 最終元件
7.1 一般規(guī)定
7.1.1 最終元件應(yīng)包括控制閥（調(diào)節(jié)閥、切斷閥）、電磁閥、電機(jī)等。
7.4 控制閥附件的配置
7.4.1 調(diào)節(jié)閥帶的電磁閥應(yīng)安裝在閥門(mén)定位器與執(zhí)行器之間。切斷間帶的電磁閥應(yīng)安裝在執(zhí)行器上。
SH/T3101-2017石油化工流程圖圖例：
HG/T 21581-2012
HG/T 20638-2017 化工裝置自控工程設(shè)計(jì)文件深度規(guī)范：
7.4.2 在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，電磁閥和閥位開(kāi)關(guān)應(yīng)采用隔爆型或本安型。當(dāng)采用本安型時(shí)，應(yīng)采用隔離式安全柵。
7.4.3 現(xiàn)場(chǎng)安裝的電磁閥和閥位開(kāi)關(guān)，防護(hù)等級(jí)不應(yīng)低于IP65 。
7.4.4 電磁閥宜采用24VDC 長(zhǎng)期勵(lì)磁型，電磁閥電源應(yīng)由安全儀表系統(tǒng)提供。
7.4.5 當(dāng)系統(tǒng)要求高安全性時(shí)，冗余電磁閥宜采用“或”邏輯結(jié)構(gòu)；當(dāng)系統(tǒng)要求高可用性時(shí)，冗余電磁閥宜采用“與”邏輯結(jié)構(gòu)。
《GB/T 50770-2013 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說(shuō)明：
7.3 控制閥的冗余設(shè)置
本節(jié)規(guī)定了控制閥的冗余設(shè)置，并不表示冗余設(shè)置就對(duì)應(yīng)安全完整性等級(jí)。不能冗余配置控制閥的場(chǎng)合．采用單一控制閥，但配套的電磁閥宜冗余配置。冗余電磁閥只能有限地提高電磁閥組的安全完整性指標(biāo)，不能提高控制閥的安全完整性指標(biāo)。
冗余電磁閥可以提高電磁閥組的安全完整性指標(biāo)，但對(duì)于提高控制閥的安全完整性指標(biāo)影響通常是有限的。針對(duì)失電聯(lián)鎖的電磁閥，單電磁閥的安全性通常可以匹配控制閥整體安全性的需求，往往不需要通過(guò)安全性冗余的電磁閥來(lái)提高控制閥整體安全性，控制閥安全性的瓶頸往往不在電磁閥。
電磁閥SIL證書(shū)中失效數(shù)據(jù)舉例：
浮動(dòng)球閥SIL證書(shū)中失效數(shù)據(jù)舉例：
《GB/T 50770-2013 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說(shuō)明：
7.4 控制閥附件的配置
7.4.1 調(diào)節(jié)閥帶電磁閥配置示例見(jiàn)圖2。切斷閥帶電磁閥配置示例見(jiàn)圖3 。圖中SOV為電磁閥。電磁閥勵(lì)磁， A→B 通，閥開(kāi)；電磁閥非勵(lì)磁， B→C 通，閥關(guān)。
7.4.4 安全儀表系統(tǒng)的電磁閥應(yīng)優(yōu)先選用耐高溫CH 級(jí)絕緣線圈，長(zhǎng)期帶電型，隔爆型。石油化工過(guò)程的最終元件的電磁閥以斷電為故障安全方式。在工藝過(guò)程正常運(yùn)行時(shí)，電磁閥應(yīng)勵(lì)磁工作。
《GB/T 50770-2013 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說(shuō)明：
7.4.5（1）當(dāng)系統(tǒng)要求高安全性時(shí)，調(diào)節(jié)閥、配電閥帶冗余電磁閥配置可選用圖4 、圖5 所示配置方式。
圖中，當(dāng)電磁閥1勵(lì)磁， A→B通；電磁閥2 勵(lì)磁， A→B通，則控制閥開(kāi)。當(dāng)電磁閥1 勵(lì)磁， A→B通；電磁閥2 非勵(lì)磁， B→C通，則控制閥關(guān)。當(dāng)電磁閥1非勵(lì)磁， B→C通；電磁閥2 勵(lì)磁，A→B通，則控制閥關(guān)。當(dāng)電磁閥1 非勵(lì)磁， B→C 通；電磁閥2 非勵(lì)磁， B→C通，則控制閥關(guān)。
（2）當(dāng)系統(tǒng)要求高可用性時(shí)，調(diào)節(jié)閥、切斷閥帶冗余電磁閥配置可選用圖6 、圖7 所示配置方式。
圖中，當(dāng)電磁閥1 勵(lì)磁， A→B通；電磁閥2 勵(lì)磁， A→B通，則控制閥開(kāi)。當(dāng)電磁閥1 勵(lì)磁， A→B通；電磁閥2 非勵(lì)磁， B→C通，則控制閥開(kāi)。當(dāng)電磁閥1 非勵(lì)磁， B→C通；電磁閥2 勵(lì)磁， A→B通，則控制閥開(kāi)。當(dāng)電磁閥1 非勵(lì)磁， B→C通；電磁閥2 非勵(lì)磁， B→C通，則控制閥關(guān)。
（3）根據(jù)布爾邏輯運(yùn)算規(guī)則及真值表：
①“或門(mén)”。當(dāng)一個(gè)或一個(gè)以上的輸入為“ 1 ”狀態(tài)，輸出呈現(xiàn)“ 1 ”狀態(tài)。
②“與門(mén)”。當(dāng)全部輸入為“ 1 ”狀態(tài)，輸出呈現(xiàn)“ 1 ”狀態(tài)。
電磁閥配置實(shí)際應(yīng)用
安全性在石油化工裝置設(shè)計(jì)與正常運(yùn)行中起著很重要的作用，保證安全性的前提下按照ALARP經(jīng)濟(jì)分析評(píng)估的原則，如何避免誤停車(chē)同樣得到越來(lái)越多的重視，特別是針對(duì)誤停車(chē)會(huì)帶來(lái)較大經(jīng)濟(jì)損失的場(chǎng)合，適當(dāng)?shù)娜哂嘣O(shè)計(jì)在石油化工裝置中被較廣泛的采用。本文討論了采用雙電磁閥配置實(shí)現(xiàn)切斷閥電磁閥信號(hào)線路的冗余配置，以減少因電纜斷線引起的誤停車(chē)。分析了失電聯(lián)鎖和得電聯(lián)鎖，舉例了雙電磁閥氣路設(shè)計(jì)，舉例了邏輯設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)介了電磁閥工作原理及故障分析，最后簡(jiǎn)要說(shuō)明了實(shí)際設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：電磁閥；聯(lián)鎖；氣路；
安全問(wèn)題在石油化工裝置設(shè)計(jì)與正常運(yùn)行中得到越來(lái)越多的重視。目前很多裝置的設(shè)計(jì)中增加了HAZOP（Hazard and Operability Study，工廠危害和可操作性研究）和IPF Study(Instrumented protective function study，儀表保護(hù)功能研究)，其中包括SIL(Safety integrity level)評(píng)級(jí)等。這使得儀表安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加科學(xué)與完善，有助于避免在設(shè)計(jì)中發(fā)生安全性能達(dá)不到要求或采取了過(guò)多的安全保護(hù)。
有時(shí)安全保護(hù)聯(lián)鎖的發(fā)生不是由于工藝過(guò)程異常造成的，而是由儀表本身的故障引起的。這種情況下會(huì)造成誤停車(chē)，對(duì)于某些特定的工藝過(guò)程，誤停車(chē)也會(huì)引起較大的經(jīng)濟(jì)損失。為了降低誤停車(chē)率，可以考慮引入冗余的配置，例如由2oo2代替1oo1，由2oo3(對(duì)于檢測(cè)單元而言)或者2oo4（對(duì)于閥門(mén)而言）代替1oo2，但這需要作ALARP(As Low As Reasonably Practicable)經(jīng)濟(jì)分析評(píng)估，用來(lái)評(píng)估由于引入冗余配置所帶來(lái)的額外投資能否帶來(lái)一定的投資回報(bào)率。
單電磁閥配置
石油化工裝置儀表聯(lián)鎖一般按故障安全型設(shè)計(jì)，切斷閥配置的電磁閥一般設(shè)計(jì)成正常得電勵(lì)磁、失電聯(lián)鎖。有時(shí)電磁閥信號(hào)電纜斷線引起的
圖一所示切斷閥（FC）電磁閥正常勵(lì)磁，1-2通，儀表凈化風(fēng)通切斷閥膜頭，切斷閥打開(kāi)；聯(lián)鎖時(shí)電磁閥失電，1-3通，切斷閥膜頭放空，切斷閥關(guān)閉。
圖二所示切斷閥（FC）電磁閥正常勵(lì)磁，1-3通，切斷閥膜頭放空，切斷閥關(guān)閉；聯(lián)鎖時(shí)電磁閥失電，1-2通，儀表凈化風(fēng)通切斷閥膜頭，切斷閥打開(kāi)。
圖三所示切斷閥（FC）電磁閥正常失電，1-3通，切斷閥膜頭放空，切斷閥關(guān)閉；聯(lián)鎖時(shí)電磁閥得電，1-2通，儀表凈化風(fēng)通切斷閥膜頭，切斷閥打開(kāi)。
圖二和圖三的區(qū)別在于圖二是失電聯(lián)鎖，電磁閥信號(hào)電纜斷線時(shí)，電磁閥失電，1-2通，儀表凈化風(fēng)通切斷閥膜頭，切斷閥打開(kāi)（即聯(lián)鎖要求的切斷閥位置）；圖三是得電聯(lián)鎖，電磁閥信號(hào)電纜斷線時(shí)，電磁閥失電，1-3通，切斷閥膜頭放空，切斷閥關(guān)閉（即切斷閥氣源故障時(shí)對(duì)應(yīng)的閥位）。兩種配置各有優(yōu)缺點(diǎn)，圖二在無(wú)聯(lián)鎖情況下電磁閥信號(hào)電纜斷線時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作；圖三在電磁閥信號(hào)電纜斷線且需要聯(lián)鎖觸發(fā)時(shí)會(huì)出現(xiàn)聯(lián)鎖不能執(zhí)行。
雙電磁閥配置
某些因誤停車(chē)而引起較大經(jīng)濟(jì)損失的工藝過(guò)程，可以采用雙電磁閥配置實(shí)現(xiàn)切斷閥電磁閥信號(hào)線路的冗余配置，以減少因電纜斷線引起的誤停車(chē)。
切斷閥的氣路按如下原則設(shè)計(jì)：
雙電磁閥失電聯(lián)鎖配置，一個(gè)電磁閥失電，而另外一個(gè)電磁閥仍然勵(lì)磁時(shí)，失電電磁閥的失電被認(rèn)為是由于信號(hào)電纜斷線引起，切斷閥仍然維持正常狀態(tài)，避免了因單根信號(hào)電纜斷線引起的誤停車(chē)。兩個(gè)電磁閥都失電時(shí)，失電被認(rèn)為是由于聯(lián)鎖發(fā)生而引起的，聯(lián)鎖動(dòng)作被執(zhí)行。（說(shuō)明：如果有一個(gè)電磁閥故障，停留在勵(lì)磁時(shí)對(duì)應(yīng)的氣路，不能在失電時(shí)切換到失電時(shí)對(duì)應(yīng)的氣路，則聯(lián)鎖不能被執(zhí)行，但出現(xiàn)這種故障的可能性較小，參見(jiàn)“電磁閥工作原理及故障分析”中的相關(guān)描述。）
雙電磁閥得電聯(lián)鎖配置，只要有一個(gè)電磁閥得電即被認(rèn)為得電是由于聯(lián)鎖發(fā)生而引起的，聯(lián)鎖動(dòng)作被執(zhí)行。有一路信號(hào)電纜斷線時(shí)，信號(hào)電纜沒(méi)有斷線的電磁閥在聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)仍然可以得電勵(lì)磁執(zhí)行聯(lián)鎖動(dòng)作，避免了因單根信號(hào)電纜斷線引起的聯(lián)鎖不能被執(zhí)行的問(wèn)題。（說(shuō)明：只要有一個(gè)電磁閥在勵(lì)磁時(shí)可以切換到對(duì)應(yīng)氣路，聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)即可被順利執(zhí)行，改善了單電磁閥得電聯(lián)鎖配置中因電磁閥故障，得電不能切換到勵(lì)磁對(duì)應(yīng)氣路而引起聯(lián)鎖不能被執(zhí)行的問(wèn)題。）
雙電磁閥配置中，兩路信號(hào)電纜宜采用獨(dú)立路徑敷設(shè)。
得電聯(lián)鎖配置中，聯(lián)鎖控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)電纜宜設(shè)置“Line monitoring”，及時(shí)監(jiān)測(cè)到信號(hào)電纜斷線故障，并提示維護(hù)人員及時(shí)維修，一定程度上降低了因信號(hào)電纜斷線而不能執(zhí)行聯(lián)鎖的可能性。儲(chǔ)氣罐配置中，宜設(shè)置遠(yuǎn)傳壓力指示報(bào)警。切斷閥宜采用彈簧復(fù)位型式。
圖四～圖九所示為幾種雙電磁閥配置示例。
圖四所示切斷閥（FC）電磁閥正常勵(lì)磁，1-2通，儀表凈化風(fēng)通切斷閥膜頭，切斷閥打開(kāi)；聯(lián)鎖時(shí)電磁閥失電，1-3通，切斷閥膜頭放空，切斷閥關(guān)閉。
圖五所示切斷閥（FC）電磁閥正常失電，1-2通，儀表凈化風(fēng)通切斷閥膜頭，切斷閥打開(kāi)；聯(lián)鎖時(shí)電磁閥得電，1-3通，切斷閥膜頭放空，切斷閥關(guān)閉。
圖六所示切斷閥（FO）電磁閥正常勵(lì)磁，1-2通，儀表凈化風(fēng)通切斷閥膜頭，切斷閥關(guān)閉；聯(lián)鎖時(shí)電磁閥失電，1-3通，切斷閥膜頭放空，切斷閥打開(kāi)。
圖七所示切斷閥（FO）電磁閥正常失電，1-3通，儀表凈化風(fēng)通切斷閥膜頭，切斷閥關(guān)閉；聯(lián)鎖時(shí)電磁閥得電，1-2通，切斷閥膜頭放空，切斷閥打開(kāi)。
圖八所示切斷閥（FC）電磁閥正常得電，1-2通，切斷閥膜頭放空，切斷閥關(guān)閉；聯(lián)鎖時(shí)電磁閥失電，1-3通，儀表凈化風(fēng)通切斷閥膜頭，切斷閥打開(kāi)。
圖九所示切斷閥（FC）電磁閥正常失電，1-3通，切斷閥膜頭放空，切斷閥關(guān)閉；聯(lián)鎖時(shí)電磁閥得電，1-2通，儀表凈化風(fēng)通切斷閥膜頭，切斷閥打開(kāi)。
邏輯圖需要根據(jù)不同的工藝過(guò)程、不同的工藝聯(lián)鎖和操作要求及不同的儀表配置作具體分析設(shè)計(jì)，
雙電磁閥狀態(tài)和切斷閥狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系參見(jiàn)表一。
如果沒(méi)有工藝過(guò)程參數(shù)參與聯(lián)鎖，只有現(xiàn)場(chǎng)和控制室手動(dòng)關(guān)/開(kāi)閥按鈕，可以取消RS觸發(fā)器。
根據(jù)操作崗位劃分和不同工藝要求，也可以考慮將手動(dòng)開(kāi)閥指令和復(fù)位指令做"OR"運(yùn)算后，接入RS觸發(fā)器的復(fù)位端R端或不單設(shè)復(fù)位按鈕，這樣可以取消一個(gè)RS觸發(fā)器。
方案的選擇需要綜合考慮各方面的因素，主要包括邏輯不能執(zhí)行的可能性、誤停車(chē)的可能性、故障安全性、硬件投資費(fèi)用等，并充分考慮邏輯不能執(zhí)行而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、人身、環(huán)境方面的影響和誤停車(chē)造成的經(jīng)濟(jì)損失
實(shí)際方案需要考慮到HAZOP、IPF Study、SIL評(píng)級(jí)、ALARP經(jīng)濟(jì)分析評(píng)估等方面，需要考慮監(jiān)測(cè)單元、執(zhí)行
電磁閥一般選用直動(dòng)式低功耗通用型，工作原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力克服彈簧力，使得對(duì)應(yīng)氣路導(dǎo)通，比如電磁閥進(jìn)氣口和工作口相通；斷電時(shí)，電磁力消失，在彈簧力的作用下轉(zhuǎn)換氣路，比如電磁閥放空口和工作口相通。
電磁閥勵(lì)磁時(shí)不能處在應(yīng)對(duì)應(yīng)的氣路的原因和解決方案：
檢查電源接線是否不良→重新接線；
檢查電源電壓是否在±工作范圍→調(diào)
線圈是否脫焊→重新焊接；
線圈燒壞→更換線圈；
有雜質(zhì)使電磁閥閥芯卡死→進(jìn)行清洗,如密封損壞應(yīng)更換密封。
電磁閥失電時(shí)不能處在應(yīng)對(duì)應(yīng)的氣路的原因和解決方案：
閥芯密封件已損壞→更換密封件；
有雜質(zhì)進(jìn)入電磁閥閥芯→進(jìn)行清洗；
彈簧壽命已到或變形→更換；
節(jié)流孔平衡孔堵塞→及時(shí)清洗。
通常情況下，電磁閥勵(lì)磁時(shí)不能處在應(yīng)對(duì)應(yīng)氣路的故障概率要大于電磁閥失電時(shí)不能處在應(yīng)對(duì)應(yīng)氣路（即電磁閥彈簧復(fù)位時(shí)對(duì)應(yīng)的氣路）的故障概率。
對(duì)于單電磁閥配置而言，失電聯(lián)鎖在故障安全性方面要遠(yuǎn)好于得電聯(lián)鎖。
失電聯(lián)鎖不能執(zhí)行聯(lián)鎖的因素：
電磁閥失電時(shí)不能處在應(yīng)對(duì)應(yīng)的氣路；
得電聯(lián)鎖不能執(zhí)行聯(lián)鎖的因素：
信號(hào)電纜斷線；
控制室電源故障；
電磁閥勵(lì)磁時(shí)不能處在應(yīng)對(duì)應(yīng)的氣路；
雙電磁閥配置失電聯(lián)鎖和得電聯(lián)鎖在故障安全性方面示意性比較如下：
失電聯(lián)鎖不能執(zhí)行聯(lián)鎖的因素：
兩個(gè)電磁閥中任何一個(gè)電磁閥失電時(shí)不能處在應(yīng)對(duì)應(yīng)的氣路；
得電聯(lián)鎖不能執(zhí)行聯(lián)鎖的因素：
兩路信號(hào)電纜全部斷線；
兩路聯(lián)鎖信號(hào)控制室電源全部故障；
兩個(gè)電磁閥勵(lì)磁時(shí)都不能處在應(yīng)對(duì)應(yīng)的氣路。
提高裝置安全性和有效防止誤停車(chē)在石油化工裝置中起著重要的作用，設(shè)計(jì)中需要綜合考慮，按照ALARP原則采用合理的工程設(shè)計(jì)。采用雙電磁閥配置實(shí)現(xiàn)切斷閥電磁閥信號(hào)線路的冗余配置，以減少因電纜斷線引起誤停車(chē)的設(shè)計(jì)模式在很多石油化工裝置中有著很好的應(yīng)用實(shí)例，為一種有效的設(shè)計(jì)。
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