李乃安 陳佳欣

摘 要：在閥門的日常使用中，各類執(zhí)行器在石油、化工、天然氣管線的運用量非常大。執(zhí)行器不僅是自動化控制的關(guān)鍵設備，更是安全生產(chǎn)的有力保障，在突發(fā)事件發(fā)生時能夠在智能、人工干預下做出快速反應，合理、穩(wěn)定的利用能夠大大提高安全保障。但由于執(zhí)行器發(fā)展在國內(nèi)時間較晚，更多應用的是國外引進產(chǎn)品，但相對于引進產(chǎn)品的配套技術(shù)人員較為匱乏，造成對此類產(chǎn)品的專業(yè)維護價格也較為昂貴，部分能源企業(yè)對此類技術(shù)含量高的設備運維重視程度不夠，當出現(xiàn)突發(fā)事件時候可能因此類產(chǎn)品運維不到位不能正常使用而帶來災害性后果。本文針對天然氣長輸管線閥門執(zhí)行器的日常保養(yǎng)注意事項以及常見故障分析做以介紹，為天然氣企業(yè)的設備平穩(wěn)運行提供參考。

關(guān)鍵詞：執(zhí)行器;維護;故障分析

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

引言

目前我國天然氣長輸管道閥門電動執(zhí)行機構(gòu)主要依靠進口，增加了天然氣管道建設和運營成本，制約了天然氣管道行業(yè)的發(fā)展。有必要開展天然氣長輸管道設備的國產(chǎn)化研究，在大口徑天然氣管道上使用國產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)替代國外進口產(chǎn)品，提高我國天然氣管道設備的保障能力。中國石油西氣東輸管道公司聯(lián)合4個廠家開展了天然氣管道閥門電動執(zhí)行機構(gòu)的研制工作，對標國外先進產(chǎn)品關(guān)鍵指標，制定了電動執(zhí)行機構(gòu)研制技術(shù)條件，完成了首批國產(chǎn)化電動執(zhí)行機構(gòu)的產(chǎn)品設計、樣機試制、工廠試驗和產(chǎn)品工業(yè)性試驗。國產(chǎn)化電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品的性能達到了研制技術(shù)條件要求和國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)標準要求，具備批量生產(chǎn)條件，電動執(zhí)行機構(gòu)國產(chǎn)化定型產(chǎn)品可在天然氣長輸管道建設中推廣應用。

1壓縮天然氣發(fā)動機系統(tǒng)功能

本研究以YC6G260N天然氣發(fā)動機為研究對象，該發(fā)動機應用于重型商用車。該發(fā)動機采用增壓中冷、稀薄燃燒、單缸高能點火的技術(shù)路線，該系統(tǒng)具有穩(wěn)態(tài)性能好、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。天然氣發(fā)動機控制器（ECU）的主要功能包括：及時采集各種傳感器和開關(guān)的信號參數(shù)，處理后傳送給上層控制軟件;同時從上層控制軟件接收控制指令從而驅(qū)動執(zhí)行器運行;與系統(tǒng)監(jiān)測軟件通信;與系統(tǒng)標定軟件通信，實現(xiàn)在線標定的功能;與診斷工具通信等。CNG發(fā)動機空氣管理系統(tǒng)由進氣量控制、增壓壓力控制以及防喘振控制三部分組成，相應的執(zhí)行器由電子節(jié)氣門、廢氣旁通閥、旁通控制閥、防喘振閥、增壓器等部件組成。CNG發(fā)動機空氣管理系統(tǒng)的作用是根據(jù)發(fā)動機工況提供適宜的空氣量，同時向ECU傳遞此信息，并根據(jù)ECU的指令完成空氣量的調(diào)節(jié)。CNG稀燃增壓發(fā)動機需要對缸內(nèi)的空燃比進行閉環(huán)控制，因而需要對節(jié)氣門、增壓器和旁通閥進行靈活、快速地控制。CNG稀燃增壓發(fā)動機的瞬態(tài)特性與空氣量、燃氣量、空燃比、增壓壓力等的瞬態(tài)控制密切相關(guān)，對控制系統(tǒng)硬件驅(qū)動的瞬態(tài)控制要求是硬件能夠在瞬態(tài)工況下做到實時精確反應：1）電子節(jié)氣門控制滿足瞬態(tài)響應的需求，節(jié)氣門的實際開度可以實時瞬態(tài)跟隨其目標開度;在任何工況點的任意階躍響應的建立時間應該在100ms以內(nèi);2）增壓壓力的控制在執(zhí)行器響應的范圍內(nèi)，滿足增壓壓力的控制需求。本研究重點針對空氣管理關(guān)鍵執(zhí)行器電子節(jié)氣門和旁通閥的控制。

2天然氣閥門執(zhí)行器的維護注意事項及常見故障分析

2.1破管功能

破管功能檢測參數(shù)是高限、低限、壓降速率，這三個參數(shù)根據(jù)管線運行工況計算出（設計院負責），現(xiàn)在主流的執(zhí)行器破管保護系統(tǒng)有ELBS-LK（BIFF），LINGUARD2200、LINGUARD2000（shafer）、PLPG2010（邁可森）等等，此類都是電子破管，都帶有傳感器，傳感器數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)運算;老一點還有機械式比較罐，根據(jù)單位時間壓差計算;還有一種就是有SCADA系統(tǒng)負責運算控制的方式。在現(xiàn)場管線處安裝壓變，將壓變數(shù)據(jù)采集傳輸至SCADA控制中心，由中心計算機運算數(shù)據(jù)控制閥門開關(guān)動作。為增加數(shù)據(jù)安全，也可做冗余壓變。針對此類功能維護，一般還是保證數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)準確度。

2.2閥門電動執(zhí)行機構(gòu)國產(chǎn)化研制

閥門電動執(zhí)行機構(gòu)是長距離天然氣輸送管道的關(guān)鍵設備之一，它的作用是接收計算機發(fā)出的控制信號，并把它轉(zhuǎn)換成閥門的開關(guān)動作，使生產(chǎn)過程按照預先規(guī)定的要求正常進行。首套國產(chǎn)化閥門電動執(zhí)行機構(gòu)研制確定為12MPa、DN1200閥門（含12MPa、DN1200及以下閥門）配套的智能電動執(zhí)行機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點為：機械整機結(jié)構(gòu)采用非侵入式雙密封結(jié)構(gòu)設計，達到最高IP68防護等級;具有增量和絕對編碼器可選擇的位置測量方式，具有自主研發(fā)的扭矩測量機構(gòu)，能夠進行精確的力矩檢測;具有自診斷、自巡檢、現(xiàn)場總線和多重保護等完善的自保護功能。

2.3旁通閥控制特性分析

稀燃發(fā)動機的渦輪遲滯時間比自然吸氣的當量發(fā)動機要大得多，減少時間遲滯的一個可行方法是使渦輪始終保持在較高的轉(zhuǎn)速，然后通過節(jié)氣門減少進入進氣歧管的進氣流量和壓力。但是進氣管壓力增大會導致油耗增加。旁通閥最簡單的控制是在空氣路到旁通執(zhí)行器之間直接提供增壓壓力。當增壓壓力推開旁通閥執(zhí)行器的彈簧時，旁通閥打開。旁通控制閥根據(jù)PWM控制信號提供給旁通閥執(zhí)行器所需的壓力，然后旁通閥執(zhí)行器將此壓力轉(zhuǎn)化為線性運動以驅(qū)動旁通閥。

結(jié)語

（1）站控系統(tǒng)在采集總線控制器內(nèi)的信息時，首先要在大量信息中篩選出有用的數(shù)據(jù)，并確保下發(fā)命令準確、有效的傳遞到現(xiàn)場執(zhí)行器內(nèi)。站控系統(tǒng)集成商與總線控制器廠家要提前結(jié)合雙方意見，確定雙方設備通信類型及數(shù)據(jù)點表，避免因通信地址錯誤導致站控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)不正確。（2）由于總線控制器與現(xiàn)場執(zhí)行器采用通信形式傳遞閥門狀態(tài)，在執(zhí)行器供電異?；蛑袛嘀?，現(xiàn)場閥門狀態(tài)信號將丟失，無法及時真實反映閥門狀態(tài)。站場運行人員需現(xiàn)場監(jiān)控閥門狀態(tài)，對于閥位重要的閥門（如流量比對閥門、緊急放空閥門），站控系統(tǒng)中應做好邏輯保護，避免因供電異常通信中斷導致的工藝流程設備誤動作。

參考文獻

[1]祝守麗，李勇，馬志榮，等.閥門電動執(zhí)行器常見故障分析[J].化工自動化及儀表，2020，47（01）：83-87.

[2]劉慶樹.淺談氣動執(zhí)行器的工作原理與維護[J].新型工業(yè)化，2020，10（03）：53-56.