中国核工业第五建设有限公司 上海金山 201512
摘要：随着科技的发展，工业自动化水平不断的提高，在稳定生产、优化控制、过程强化、功能完善、提高经济效益等方面的要求也越来越高。因此作为系统参数调节的关键设备，气动阀门的保位和切断功能起到越来越重要的作用，并且在工业控制领域得到了广泛的应用。本文主要对气动阀门实现三断保护功能进行介绍，并对现场工艺系统中的实际应用进行分析。
关键词：气动阀门；三断保护；分析
0 引言
在现代工业生产过程中，气动阀门的应用关系到工业生产的安全性和经济性。在实际生产中，气动阀门需要按照工艺系统的要求来调节各个参数，使其满足工业生产的需要，尤其是在很多重要环节中，气动阀门如果调节不当就会破坏整个生产过程并可能造成巨大的经济损失。一般而言，气动阀门正常工作时需要提供电源、气源、信号源，任何信号的丧失都会引起阀门的不当动作。因此，在实际工业生产过程中，普遍采用三断保护功能来保证气动阀门的可靠工作。
1 气动阀门保护功能
气动阀门的三段保护是指气动阀门在断气、断信号、断电这三种情况，其中一种或一种以上发生气动阀门需要采取的保护动作，而保护动作按照现场的使用要求又分为保位，关阀，开阀，这三个动作。三段保护功能即是指的，三断保位，三断关阀，三断开阀。
2 两位式气动阀门故障保护
两位式气动阀门是由压缩空气作为阀门驱动的动力，利用过滤减压器保证通入阀门气缸的气体压力和洁净度满足阀门动作需求，并借助电磁阀进行气路控制的一种控制设备。两位式气动阀门在工作状态下只有全开或全关两种状态。
两位式气动阀门主要由气动执行器、阀门、电磁阀、限位开关、气源处理三联件、手动操作机构等组成。其结构简图如下：
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图2.1 两位式气动阀门
两位式气动阀门根据其结构可以分为气开阀和气关阀：
（1）气开阀—气缸没有进气时，阀门全关（如图2.1所示）；
（2）气关阀—气缸没有进气时，阀门全开。
两位式气动阀门的选择应该根据生产工艺要求来决定，考虑当信号压力中断（仪表供电中断或气源中断）时，气动阀门所处开启或关闭的位置，对生产工艺造成的危害性大小而定。如阀门处于打开位置时危害小，则应选择气关式；如阀门处于关闭位置时危害小，则应选择气开式。
通过对计算机系统逻辑分析，发现阀门控制逻辑与图纸一致，排除了系统逻辑编写错误的因素。当人员对现场阀门状态确认时，发现电磁阀上连接的气源管进出口选择错误。其原理如下：
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图2.2 电磁阀原理示意图
1号口为打开，2号口为常闭，3号口带电时关闭。NDE型电磁阀在正常时不带电，此时1-3通，1-2不通；当电磁阀带电时，1-2通，1-3不通。
通过对现场阀门及气源管路连接的检查，并根据二位三通电磁阀控制原理，判断为电磁阀气路连接错误，无法实现保护关阀的功能。通过现场改造，将电磁阀本体连接的气源管更换位置，将原来的气源管线进口连接至3号，2号口为排气孔，并经逻辑验证后，3GSS161VL满足设计要求。
3 调节式气动阀门的三断保护
气动调节阀可以连续和精确地调节流量，在工业生产中，常用来调节流体压力、温度、流量、液位等热力参数，以满足生产工艺流程需要，是保障机组稳定经济运行的重要组成部分。
在工艺系统中使用的气动调节阀大部分配置了智能式阀门定位器，其控制器与反馈装置集成在一个定位器中，在接收到阀位命令后，通过反馈信号与控制信号的不断对比、调节，使阀门开度达到调节器输出信号。但是在这些气动调节阀中有部分阀门肩负着保护系统安全性的重要使命，因此通过装配失电（信号）比较器、单电控电磁换向阀、气动保位阀等组件来实现三断保护功能，确保系统的安全稳定运行。
其中，三断保护关阀和三断保护开阀可以利用阀体中气缸压力和弹簧反力轻易实现，但是三断保护中的保位功能实现起来却比较复杂，因此，以下主要对现场中广泛应用的三断保位功能进行分析。
（1）断气源：正常工作时，气源压力大于气动保位阀的设定压力，智能阀门定位器输出的气源管路和气动控制调阀上膜盒的气源管路被连通，调节阀根据定位器的输出指令进行动作。当气源压力小于气动保位阀的设定压力，气动保位阀上的气动执行机构动作，智能阀门定位器输出的气源管路和气动控制调阀上膜盒的气源管路自动被切断，即气动控制调阀的膜盒内的压力信号被锁死不受外界气源影响，维持原有的压力信号和控制阀弹簧反力的平衡，从而实现在气源故障时气动控制调阀的阀位保持在故障前的位置。
（2）断电源：当控制系统电源故障（失电）时，失电（信号）比较器控制单电控电磁换向阀的输出电压消失，单电控电磁换向阀失电，单电控电磁换向阀内的滑阀在复位弹簧的作用下滑动，电磁阀换向，将气动保位阀的膜室压力排空，气动保位阀关闭，将定位器的输出信号压力锁定在气动控制阀的膜室内，输出信号压力与控制阀弹簧产生的反力相平衡，气动控制阀的阀位保持在故障位置。
（3）断信号：当控制系统信号故障（失信号）时，失电（信号）比较器检测到后，断掉单电控电磁换向阀的电压信号，单电控电磁换向阀失电，单电控电磁换向阀内的滑阀在复位弹簧的作用下滑动，电磁阀换向，将气动保位阀的膜室压力排空，气动保位阀关闭，将定位器的输出信号压力锁定在气动控制阀的膜室内，输出信号压力与控制阀弹簧产生的反力相平衡，气动控制阀的阀位保持在故障位置。
三断保位功能原理如下图：
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图3.1 三段保位功能原理示意图
4 三断保护功能应用分析
4.1 备用储气罐缺失造成三断保护失效
在调试过程中，出现了阀门的失气关/开故障问题。经检查确认原因为：失气开或失气关功能的储气罐未进行安装，导致逆止阀与压空系统供气管线相连，当供气丧失后，阀门丧失控制，并且当管道内介质压力较大时，将有可能将阀门顶开而无法依靠重力自行关闭。
通过对设计资料和厂家原理图的分析，将逆止阀接口连接至备用储气罐，使供气管线出现气源中断时，仍有备用气源使阀门进行保护关/开功能。
4.2 厂家设计错误造成阀门三断保位失效
在3号机组调试过程中，厂家在3CEX025VL、3CEX026VL阀门控制气路中增加220V AC的电磁阀，来实现三断保护中的断电保护功能。但是根据技术规范书中描述，“三断保护”中的断电保护并非厂家理解的失去电磁阀供电电源，而是失去定位器控制信号电源。通过各方激烈讨论分析，最终确定将220V AC的电磁阀拆除，并经验证满足三断保位功能的要求。
5 结束语
随着电力、化工等行业的飞速发展，对过程控制系统安全性能的要求也越来越高，气动调节阀在工业过程控制中应用广泛，其控制的准确性和稳定性是工业发展的一个重要课题。为了保证系统的安全、经济、稳定运行，在我们调试阶段，对于气动阀门的调试及保护功能的验证尤为重要，通过对设计文件、厂家资料及前期机组运行经验的综合分析，确保系统中每台设备的正常运行是调试人员的职责及追求，也是工业发展走向新高度的坚定基石。