陳 剛

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司PTA生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900)

在PTA生產(chǎn)中，有很多易燃、有毒有害介質(zhì)需要通過泵輸送，這些高危泵機(jī)械密封運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大、易泄漏、不可控，在機(jī)械密封發(fā)生泄漏時(shí)，必須迅速切斷泵的進(jìn)出口閥，以避免事故擴(kuò)大，而部分大口徑手閥開關(guān)一次需要近20 min，所以須對(duì)易燃、有毒有害類物料的高危泵出口閥和入口閥進(jìn)行改造。以氣動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行控制可提高閥門的切斷速度，且距離遠(yuǎn)，能降低人員的操作風(fēng)險(xiǎn)。

1 氣動(dòng)執(zhí)行器的原理和特點(diǎn)

氣動(dòng)執(zhí)行器是一種作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)執(zhí)行元件，是一種把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)，它輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在氣壓傳動(dòng)中使用廣泛的是葉片式、活塞式和齒輪式氣動(dòng)馬達(dá)。

氣動(dòng)執(zhí)行器是以壓縮空氣為工作介質(zhì)的原動(dòng)機(jī)，它是采用壓縮氣體的膨脹作用，把壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)力裝置，通常也叫做氣動(dòng)馬達(dá)，如圖1所示。

各類型式的氣動(dòng)執(zhí)行器盡管結(jié)構(gòu)不同，工作原理也有區(qū)別，但大多數(shù)氣動(dòng)執(zhí)行器具有以下特點(diǎn):

a)可以無級(jí)調(diào)速。只要控制進(jìn)氣閥或排氣閥的開度，即控制壓縮空氣的流量，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出功率和轉(zhuǎn)速，以達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和功率的目的。

b)能夠正轉(zhuǎn)也能反轉(zhuǎn)。大多數(shù)氣動(dòng)執(zhí)行器只要簡(jiǎn)單地用操縱閥來改變馬達(dá)進(jìn)排氣方向，即能實(shí)現(xiàn)氣馬達(dá)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以瞬時(shí)換向。在正反向轉(zhuǎn)換時(shí)，沖擊很小，如圖2所示。

圖1 氣動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)

圖2 氣動(dòng)執(zhí)行器操作示意

氣馬達(dá)換向工作的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它具有幾乎在瞬時(shí)可升到全速的能力。葉片式氣馬達(dá)可在一轉(zhuǎn)半的時(shí)間內(nèi)升至全速;活塞式氣馬達(dá)可以在不到1 s的時(shí)間內(nèi)升至全速。利用操縱閥改變進(jìn)氣方向，便可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的時(shí)間短，速度快，沖擊性小，而且不需卸負(fù)荷。其結(jié)構(gòu)特征如下:

①具有寬的轉(zhuǎn)矩范圍，輸出轉(zhuǎn)矩從100～80 000 Nm，能更好地匹配不同大小閥門的使用要求;

②提供多種連接方式及尺寸，可以很好地匹配不同尺寸規(guī)格的閥門;

③動(dòng)力源采用壓縮空氣，設(shè)備整體采用金屬材料，具有安全防爆、耐高溫的特點(diǎn)，適用于各種防爆、高溫、危險(xiǎn)場(chǎng)合;

④外殼額定防護(hù)等級(jí)為塵封、防水的IP65防護(hù)等級(jí);

⑤配備手輪及切換裝置，可方便地進(jìn)行手動(dòng)操作，操作方法與普通手動(dòng)閥門一致;

⑥配備限位裝置和開度指示裝置;

⑦配備獨(dú)立的氣源控制箱，可在離開閥門的地方操作氣源控制箱內(nèi)的手動(dòng)換向閥開關(guān)閥門;

⑧執(zhí)行器加裝帶緩沖墊的高度可調(diào)式支承架，避免執(zhí)行器的質(zhì)量及振動(dòng)對(duì)管道的影響。

c)使用空氣作為介質(zhì)，無供應(yīng)上的困難，用過的空氣不需處理，放到大氣中無污染，壓縮空氣可以集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送。

氣動(dòng)執(zhí)行器有兩個(gè)進(jìn)氣口，一個(gè)主排氣口。馬達(dá)工作時(shí)從一個(gè)進(jìn)氣口進(jìn)氣，則另一進(jìn)氣口為副排氣口，若需馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí)，只需將進(jìn)氣口與副排氣口交換位置即可，所以選用的控制閥必須具備上述功能才能使馬達(dá)正常工作。在進(jìn)行管道布置時(shí)，氣源與氣馬達(dá)之間的管道通徑(包括管道附件、控制閥、油霧器等)均不得小于與馬達(dá)相適應(yīng)的最小內(nèi)徑，且管道不得有嚴(yán)重的節(jié)流現(xiàn)象，如圖3所示。管道接頭處應(yīng)牢固、密封，不得有泄漏現(xiàn)象，否則氣動(dòng)馬達(dá)達(dá)不到應(yīng)有的工作性能。

圖3 氣源配管圖

d)具有較高的起動(dòng)力矩，可以直接帶載荷起動(dòng)，功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬，功率小至幾百瓦，大至幾萬(wàn)瓦，轉(zhuǎn)速可從0一直到每分鐘萬(wàn)轉(zhuǎn)。

行程限位非常重要，可避免執(zhí)行器開關(guān)過度對(duì)閥門閥體及氣動(dòng)執(zhí)行器自身造成損傷，更可確保每次開關(guān)閥門可靠。如果沒有配置此裝置，可能會(huì)導(dǎo)致以下后果:

①由于氣源壓力的變化導(dǎo)致力矩過大，損壞閥桿或閥門密封面;

②閥門全關(guān)后不能再次開閥，這是因?yàn)殛P(guān)閥時(shí)閥板為動(dòng)摩擦，全關(guān)后再次開閥時(shí)閥板為靜摩擦，所以開閥比關(guān)閥力矩大。

2 氣動(dòng)執(zhí)行器與傳統(tǒng)的氣動(dòng)馬達(dá)的性能比較

PTA裝置以前改造的部分氣動(dòng)馬達(dá)由于缺少過載保護(hù)限位裝置，閥門開關(guān)到位后氣動(dòng)馬達(dá)還在繼續(xù)工作，最終導(dǎo)致齒輪損壞。

氣動(dòng)執(zhí)行器是一種由氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的多圈回轉(zhuǎn)執(zhí)行器，吸收國(guó)外先進(jìn)氣動(dòng)馬達(dá)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)集中遠(yuǎn)距離控制閥門啟閉及開度調(diào)節(jié)。直接安裝在閘閥、截止閥等閥桿作多圈回轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)的閥門及其它類似設(shè)備，也可以與蝸輪蝸桿等結(jié)構(gòu)的齒輪箱組合使用于球閥、蝶閥等部分回轉(zhuǎn)的閥門，可以很方便地將手動(dòng)操作閥門改裝成氣動(dòng)操作。

工作安全，不受振動(dòng)、高溫、電磁、輻射等影響，適用于惡劣的工作環(huán)境，在易燃、易爆、高溫、振動(dòng)、潮濕、粉塵等不利條件下均能正常工作。

有過載保護(hù)作用，不會(huì)因過載而發(fā)生故障。過載時(shí)，馬達(dá)只是轉(zhuǎn)速降低或停止，當(dāng)過載解除，立即可以重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生機(jī)件損壞等故障?？梢蚤L(zhǎng)時(shí)間滿載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，溫升較小。

具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、馬力大、操縱容易、維修方便等特點(diǎn)。

3 氣動(dòng)執(zhí)行器與儀表控制閥性能比較

儀表開關(guān)閥具有遠(yuǎn)距離操作、閥門切斷迅速等特點(diǎn)，但是儀表閥氣缸體積較大，安裝空間需求較高，同時(shí)投資高，閥門需要送到DCS來操作，需要鋪設(shè)電纜，購(gòu)買安全柵和DCS卡件等系統(tǒng)資源;控制閥的故障率也較高，還會(huì)受到閥門失電、電磁閥故障、DCS安全柵和卡件故障等很多因素的影響，導(dǎo)致閥門誤動(dòng)作。筆者所在的PTA裝置在PX儲(chǔ)罐區(qū)罐根閥改造過程中，曾經(jīng)遇到正常出料的閥門因?yàn)殡姶砰y失電，造成閥門關(guān)閉而導(dǎo)致裝置停車的情況。

氣動(dòng)執(zhí)行器安裝體積較小，成本只有同口徑儀表控制閥一半。氣動(dòng)執(zhí)行器開關(guān)都需要?dú)庠打?qū)動(dòng)，每次選擇開或關(guān)以后，閥門動(dòng)作到位后就處于保持狀態(tài)，不會(huì)因?yàn)橥饨缫蛩馗蓴_導(dǎo)致閥門突然關(guān)閉，避免引起生產(chǎn)波動(dòng)。氣動(dòng)執(zhí)行器也可以根據(jù)需要，配備防爆電磁閥和回訊器，接入DCS遠(yuǎn)程控制閥門，閥位回訊分為開關(guān)二位式和4～20 mA模擬量連續(xù)閥位式。配備閥門控制器可實(shí)現(xiàn)4～20 mA模擬量輸入調(diào)節(jié)控制。

4 氣動(dòng)執(zhí)行器改造注意事項(xiàng)

高危泵截止閥有很多類型，工藝介質(zhì)的工況也不同，例如溫度、壓力、閥門前后壓差等等，需要配置不同型號(hào)的氣動(dòng)執(zhí)行器，選擇合適尺寸和扭矩的氣動(dòng)執(zhí)行器，既避免投資浪費(fèi)，還能保證閥門操作正常。

定期維護(hù)保養(yǎng)氣動(dòng)執(zhí)行器，檢查過載保護(hù)裝置，確保過載保護(hù)裝置起作用，以避免損壞齒輪;定期加潤(rùn)滑脂，確保傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑正常;定期排放氣源過濾器，以避免氣源雜質(zhì)進(jìn)入執(zhí)行器，造成部件磨損。

由于PTA工藝介質(zhì)存在高溫、高壓和強(qiáng)腐蝕性，閥門內(nèi)件長(zhǎng)期使用出現(xiàn)沖刷、腐蝕，造成閥門內(nèi)漏，部分閥門無法修復(fù)需要更換新閥。不同廠家生產(chǎn)的工藝閥門蝸輪蝸桿連接尺寸不同，造成與現(xiàn)有的氣動(dòng)執(zhí)行器連接不上，需要重新加工連接支架，所以申報(bào)工藝閥門時(shí)，需要提供連接支架螺栓孔距，避免重復(fù)制作連接支架，造成資源浪費(fèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

PTA裝置的高危泵截止閥種類很多，介質(zhì)的壓力等級(jí)和閥門口徑也很多，要根據(jù)實(shí)際情況選擇不同型號(hào)的氣動(dòng)執(zhí)行器，確保氣動(dòng)執(zhí)行器的力矩和開關(guān)形式能滿足生產(chǎn)要求。同時(shí)高危泵進(jìn)出口的閥門長(zhǎng)期處于全開、全關(guān)狀態(tài)，不需要調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)開度控制，選擇氣動(dòng)執(zhí)行器的投資成本較低，而且故障率也較低，能夠同時(shí)滿足化工裝置的安全要求和生產(chǎn)要求。

通過氣動(dòng)執(zhí)行器的改造，可以節(jié)約大量的人力成本，原本兩個(gè)人操作、耗時(shí)近20 min的大口徑閥門，現(xiàn)在只需要1個(gè)操作工、不到20 s的時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)。在出現(xiàn)介質(zhì)泄漏和火災(zāi)等危險(xiǎn)情況的時(shí)候，還能夠遠(yuǎn)距離迅速切斷閥門，以避免事故的擴(kuò)大。