控制閥是過程控制工業里最常用的終端控制元件，在安全儀表系統設計中除機泵等動設備外控制閥往往都是作為聯鎖動作的最終執行者，是整個控制回路的核心和失效占比較高的環節。控制閥除了用作正常調節外，在安全領域有時需要承擔切斷、放空等功能。控制閥承擔安全功能時，具有嚴格的功能要求。昌暉儀表在本文主要講解的控制閥主要指氣動調節閥和氣動開關閥。

控制閥聯鎖安全要求

控制閥除了泄漏等指標外，聯鎖動作時一般還需具備三個基本要求：故障安全位置；執行的可靠性；全行程響應時間。

1、故障安全位置

在工程實踐中，當遇到氣源、電源、信號故障時，不同的場合對閥門的狀態有不同的要求，故障位置基本類型有故障開（FO）、故障關（FC）和故障保持（FL）三種，主要基于以下三方面：

①事故條件下，工藝裝置盡量處于安全狀態。

②事故狀態下，減少原料或動力消耗，保證產品質量。

③考慮介質的特性。如氣化爐燒嘴冷卻水進口切斷閥要求為FO，氣化爐鎖渣閥要求為FC等。

2、可靠性

功能安全是安全功能設計的重要內容，是評價安全功能實現的有效性和可靠性。根據海上和陸地可靠性數據（OREAD）表明，安全儀表功能中多達50%的失效可歸因于控制閥，因此控制閥在承擔安全功能時要求電磁閥冗余配置、滿足一定的SIL目標要求，如氣化爐氧氣切斷閥要求雙電磁閥、SIL3等。

3、相應時間

控制閥在聯鎖時的全行程動作時間對安全生產具有重要影響，如氧氣切斷閥不能及時切斷氧氣會導致氣化爐氧氣過剩，造成局部溫度過高或者爆炸的可能。因此在一些重要場合控制閥聯鎖時對閥門的全行程動作時間都有明確的要求，即緊急切斷閥的最大行程時間不應超過10s。如氣化爐氧氣上游切斷閥全行程時間由開到關小于3s，由關到開小于3s；鎖渣閥全行程時間由開到關小于6s；由關到開小于6s；壓力為9.8MPa的高壓蒸汽遙控閥要求全行程時間由關到開小于1s。

安全功能設計方案

1、執行機構選擇

控制閥安全位置本質上是由采用的執行機構實現。執行機構主要分單作用和雙作用，單作用主要依靠彈簧的作用力和氣路配置保障氣源故障時處于FC或FO。雙作用主要依靠儲氣罐和氣路配置保障氣源故障時處于FC，FO或FL。現場實際更多的是采用彈簧返回型單作用執行機構。

2、電磁閥配置

控制閥承擔安全功能時基本都會采用電磁閥來設計氣路，氣路附件包含過濾減壓閥、電磁閥、氣控閥、放大器等，而電磁閥是電氣轉換的關鍵部件。為保障裝置安全電磁閥一般按故障安全型設計，即電磁閥設計成正常得電勵磁、失電聯鎖的方式。電磁閥ASCO 327B1 SIL認證參數見表1所列，按斷電跳閘來說安全失效分數（SFF）為53.46%，按通電跳閘來說SFF為28.28%，SFF數值越大安全性越高。

表1中：λSD為檢測出的安全失效，λSU為未檢測出的安全失效，λDD為檢測出的危險失效，λDU為未檢測出的危險失效。電磁閥配置常見有單配置和串（并）聯配置兩種。

①單配置

單配置電磁閥類型較為常見，結構如圖1所示。

該類型氣路結構簡單，投資費用少，一般場合應用較多，隨著電磁閥可靠性的提高，在安全風險不高的SIL2回路上也可應用。

②串（并）聯配置

串（并）聯配置是指雙電磁閥的配置結構形式，閥門聯鎖動作時需要2臺電磁閥都失電的稱串聯，只需要其中任何1臺電磁閥失電就聯鎖動作的稱為并聯，串（并）聯電磁閥兩種類型配置結構示意如圖2所示。

由圖2可看出，若采用并聯方式，任何1臺電磁閥的誤排氣都會導致聯鎖閥的誤動作，因而誤動作率是單電磁閥配置的2倍。采用串聯方式，只有2臺電磁閥同時動作時，才能聯鎖閥門，因而可用性較高誤動作率低。串（并）聯配置各有優缺點，根據風險后果選擇，對安全要求高的建議采用并聯方式如壓縮機放空閥等，要求現場可靠運行無特別風險的可采用串聯方式如水煤漿氣化爐鎖渣閥，要求30min動作一次，強調可靠性。另外串（并）聯配置需正確選擇電磁閥常開、常閉形式。