电磁泵组合配置的安全性可靠性分析

近些年来随着我国石油化工行业的不断发展,装置的规模不断变大,安全问题也越来越多地受到关注。政府职能部门的监管力度也在不断加大。因此,很多装置在工程设计中增加了危险和可操作性研究HZAOP及安全完整性等级SIL评级。这使得工程设计在安全方面更加科学、更加完善,从而避免了工程设计中安全性能的设计不足或过度设防的情况发生。我们知道任何一个完整的控制回路都可分为三部分:现场传感器、架装仪表/可编程电子系统、执行器。据统计,在一个完整的控制回路中,占危险故障率权重最大的是最终执行元件,占比约为50%。而石化装置中最终执行元件通常是参与联锁的控制阀。因此,提高联锁阀的可靠性、安全性显得尤为重要。

 1、电磁泵本身的潜在风险

 石化装置中参与联锁的控制阀一般为气动阀门。而气动阀门的开启或关闭是由其气路上的电磁泵来控制的。因此,拟对气动阀门气路上的电磁泵配置进行研究,以评估它们在可靠性、安全性方面的优劣。

首先我们看看电磁泵的电路原理,如图1所示。

电磁泵,直流电磁泵

石油化工工程设计中,安全联锁通常采用反逻辑。即正常工作时,联锁信号为1,电磁泵线圈带电,三极管的集电极上通有+24V的直流电压。紧急事故时,三极管的基极电压接地或反相时,三极管截止,集电极电压降为0。此时,电磁泵线圈失电,电磁泵的气路实现切换,使得联锁阀开启或关闭。可见电磁泵有两个工作状态,如图2所示。

电磁泵,直流电磁泵

正常时,电磁泵线圈带电,A至B路导通。联锁阀处于正常位置(开启或关闭)。紧急事故时,电磁泵线圈失电,B至C路导通。联锁阀处于故障安全位置(关闭或开启)。通过对电磁泵工作原理的分析,我们不难发现,电磁泵的控制存在两种潜在的失效模式:1)当三极管被击穿时,电磁泵线圈将长期带电。既使三极管基极的控制信号由1转为0时,电磁泵线圈仍然带电。电磁泵的A至B路仍处于导通状态,B至C路仍处于关闭状态。因而联锁阀无法转换到故障安全位置。这就是危险失效。这种失效是极其危险的了。2)误跳车。当三极管集电极由于线路或其它种种原因而处于开路时,电磁泵线圈上的电压即降为0。电磁泵的A至B路变为关闭,B至C路变为导通。因此使联锁阀由正常位置转至故障安全位置,引起紧急事故联锁动作。

 2、电磁泵组合配置的安全性可靠性分析

对于电磁泵存在的上述两种潜在的失效模式,在工程设计中通常是通过电磁泵组合配置来降低其风险。石油化工工程设计中常见的电磁泵组合配置如图3所示。

图3(a)为使用最为普遍的单电磁泵配置方式。也称为“1oo1”方式。此方式通常用于一般工艺生产联锁中。其联锁阀存在上述的两种失效方式。

图3(b)为电磁泵串联配置方式。也称为“1oo2”方式。从其配置图中我们不难分析出,当其中一只电磁泵发生危险失效时,并不会引起其联锁阀的危险失效。换句话说,这种配置相对“1oo1”方式,提高了联锁阀的安全性。我们同样不难发现,这种配置中的任何一只电磁泵的误图1排气,都将导致其联锁阀的误动作。故“1oo2”方式使其联图2控制信号基极+24VDC集电极电磁泵负载0杂ABCIA208锁阀误动作的概率相对要高于“1oo1”方式。

图3(c)为电磁泵并联配置方式。也称为“2oo2”方式。此配置中任一只电磁泵发生危险失效时,都会引起其联锁阀的危险失效。任一只电磁泵发生误排气也都会引起其联锁阀的误动作。故此配置在实际使用中应用较少。图(3d)为电磁泵混联配置方式。2只电磁泵进气为并联方式,2只电磁泵排气为串联方式。此配置的特点是,只有当2只电磁泵均可正常工作时,联锁阀才能正常按照指令执行动作,开启或关闭。当其中一只电磁泵发生误排气时,不会引起其联锁阀的误动作。但配置中任一只电磁泵发生危险失效时,都会引起其联锁阀的危险失效综上分析,1)图3(b)“1oo2”的电磁泵配置方式,安全性高。其危险失效的概率小于单电磁泵方式。但此配置方式较单电磁泵方式发生误跳车的概率大。2)图3(c)“2oo2”的电磁泵配置方式,其危险失效的概率是单电磁泵方式的2倍。其误跳车的概率与“1oo2”的电磁泵配置方式基本相当。3)图3(d)电磁泵混联配置方式,其发生危险失效的概率与“2oo2”的电磁泵配置方式基本相当。但其发生误跳车的概率最小。因此,这种配置具有更高的可靠性。


 因此,当系统要求高安全性时,宜采用图3(b)“1oo2”的电磁泵配置方式。当系统要求高可靠性时,宜采用图3(d)电磁泵混联配置方式。

上一篇:电磁阀/电磁磁的原理、维护、选型详解

下一篇:尿素罐集成断水电磁泵的原理