SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)維保探討

楊日永，康 亮，彭振華

（中國石油西氣東輸管道公司山西管理處，山西 太原 030001）

隨著西氣東輸管道輸量的逐年增加，作為監(jiān)控輸氣管線運(yùn)行重要“保護(hù)器”的指標(biāo)——線路截斷閥的性能顯現(xiàn)出突出的作用，同時，它是確保管道安全平穩(wěn)高效運(yùn)行的必要條件。線路截斷閥由美國生產(chǎn)SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制執(zhí)行，它的維護(hù)保養(yǎng)逐漸成為設(shè)備管理工作中關(guān)注的焦點(diǎn)之一。目前，西氣東輸共有SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)327臺，根據(jù)維護(hù)保養(yǎng)工作中遇到問題的迎刃而解，筆者總結(jié)積累了一些經(jīng)驗。

總體而言，為了使SHAFER閥保持良好的工作狀態(tài)，管理人員要做好以下3個方面的工作，即弄清設(shè)備原理、做好日常維護(hù)、學(xué)會處理故障。

1 SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成、原理

1.1 主要組成部分

SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由提升閥氣路控制塊、手動泵裝置、執(zhí)行器、氣液罐、備用氣源罐、限位開關(guān)、LINEGUARD控制箱等部分組成。

圖1 提升閥氣路控制塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.1.1 提升閥氣路控制塊

提升閥氣路控制塊是SHAFER執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的核心，通過控制動力氣進(jìn)入開或關(guān)氣液罐來驅(qū)動執(zhí)行器達(dá)到開關(guān)閥門的目的。它的主要結(jié)構(gòu)包括：提升閥、提升閥彈簧、推動栓、手柄、一級過濾器、二級過濾器、開、關(guān)電磁閥。

1.1.2 手動泵裝置

手動泵的原理類似于打氣筒，通過上下壓動操作柄帶動油泵活塞上下運(yùn)動，將液壓油從氣液罐中抽到油泵內(nèi)再壓入執(zhí)行器中，最大能輸出2 000 psi（約合13.79 MPa）的壓力。在用手動泵進(jìn)行閥門開關(guān)動作的過程中，不需要?dú)饴穮⑴c控制，所以當(dāng)氣路出現(xiàn)故障或執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢修時，需要關(guān)閉動力源，及時排空儲氣罐內(nèi)氣體，可以采用這種方法對閥門進(jìn)行開關(guān)。開關(guān)閥門時先推入側(cè)面手掌按鈕，也就是將開、關(guān)選擇接頭推入選擇器內(nèi)合適位置使得油泵與氣液罐、執(zhí)行器間油路連通。

手動泵的外部結(jié)構(gòu)和工作原理見圖2。當(dāng)油泵活塞向上運(yùn)動時，氣液罐內(nèi)液壓油依次通過氣液罐選擇器單向閥、抽油單向閥進(jìn)入活塞缸內(nèi)；當(dāng)油泵活塞向下運(yùn)動時，活塞泵內(nèi)液壓油通過排油單向閥、選擇器接頭壓入執(zhí)行器，推動旋轉(zhuǎn)葉片轉(zhuǎn)動，使閥門動作。

圖2 手動泵裝置結(jié)構(gòu)及原理

1.1.3 執(zhí)行器

執(zhí)行器主要由執(zhí)行器缸、旋轉(zhuǎn)葉片和止動器組成，其中僅有旋轉(zhuǎn)葉片1個活動部件。執(zhí)行器缸被旋轉(zhuǎn)葉片和止動器分隔成了4個扇形腔體，相對的兩個扇形腔通過位于上下蓋板的連接通道相互連通。液壓油在高壓氣體或手動油泵的作用下進(jìn)入執(zhí)行器缸內(nèi)開或關(guān)腔體，旋轉(zhuǎn)葉片兩側(cè)壓差增大，推動旋轉(zhuǎn)葉片帶動旋轉(zhuǎn)葉片中心的傳動軸轉(zhuǎn)動，帶動閥門動作。

1.1.4 氣液罐

氣液罐的主要作用是存儲液壓油和氣體。正常情況下，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動作時，氣液罐通過提升閥氣路控制塊的排污孔和大氣連通，即氣液罐不帶壓。松開氣液罐頂部的卡套接頭和注油堵頭，抽出油尺可以檢查罐內(nèi)液壓油油位。

1.1.5 備用氣源罐

備用氣源罐通過1個單向閥和1個球閥與管道連接，當(dāng)管道壓力超過罐內(nèi)壓力時，即向罐內(nèi)補(bǔ)充氣體。所以在管道壓力波動不大的情況下，罐內(nèi)壓力和管道壓力應(yīng)大致相等。備用氣源罐的主要作用是當(dāng)失去來自管道的動力氣源時，可以使用儲氣罐內(nèi)氣體作為動力氣源，見圖3。

圖3 氣液罐、備用氣源罐位置

1.1.6 限位開關(guān)

限位開關(guān)位于執(zhí)行器上方，其主要功能是為執(zhí)行機(jī)構(gòu)開關(guān)電磁閥提供24 V電源，接收遠(yuǎn)控開關(guān)閥信號、發(fā)出開關(guān)到位的反饋信號等。在日常檢查時，主要的測試點(diǎn)是：限位開關(guān)內(nèi)接線端子1、32間有24 V電壓為遠(yuǎn)控開閥命令，接線端子2、32間有24 V電壓為遠(yuǎn)控關(guān)閥命令；接線端子7、11接通表明執(zhí)行機(jī)構(gòu)開到位，接線端子8、12接通表明執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)到位；接線端子25、27間有約60Ω電阻表示開電磁閥線圈完好，接線端子26、28間有約60Ω電阻表示關(guān)電磁閥線圈完好。

1.1.7 LINEGUARD控制箱

LINEGUARD是內(nèi)部集成管道監(jiān)視及爆管檢測的自立式系統(tǒng)，提供對單個閥門的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)督控制，本地操作也可通過SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作。

目前，西氣東輸管道上使用的版本為LINEGUARD2200，主要由控制板（Fisher ROC312 Controller)、壓力傳感器、電磁閥、電池組4個部分組成。其主要功能有檢測管道中氣體的壓力、記錄管道中氣體的壓力變化、自動關(guān)斷閥門、閥門自動關(guān)斷后鎖定（防止開啟）。其工作過程為：每5 s讀取壓力傳感器中管線中介質(zhì)壓力；然后按照用戶設(shè)定時間段（西氣東輸管道設(shè)定值為30 s）計算平均壓力；利用平均壓力與設(shè)定值（低壓、高壓、壓降速率）比較，當(dāng)超出設(shè)定值范圍時自動關(guān)斷閥門；記錄異常壓力值和發(fā)生的時間。

1.2 工作原理

目前，在西氣東輸管道中應(yīng)用的SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)型號很多，但工作原理都基本相同。因為手動泵液壓開關(guān)閥門過程中氣路未參與控制，原理比較簡單，所以這里不再做詳細(xì)闡述。下面將以在山西管理處使用最多的9870-S型氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，對就地氣動、遠(yuǎn)程氣動和自動關(guān)斷的工作原理進(jìn)行探討，見圖4。

1.2.1 就地氣動（以開閥為例）

就地氣動開閥時，拉下提升閥氣路控制塊上的開操作桿。提升閥16被向上頂起，此時提升閥狀態(tài)見圖4中18就地氣動開閥所示，干線天然氣依次通過24、17、9、12，進(jìn)入開罐，推動旋轉(zhuǎn)葉片轉(zhuǎn)動，從而使得傳動軸轉(zhuǎn)動帶動閥門動作。當(dāng)閥位指示器指向“開”位置時，松開操作桿，開閥操作完成，就地氣動關(guān)閥操作的原理與開閥操作相同。

1.2.2 遠(yuǎn)控氣動（以關(guān)閥為例）

圖4 SHAFER 9870-S流程

遠(yuǎn)控氣動關(guān)閥時，北京調(diào)控中心給出關(guān)閥指令，通過RTU傳至SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接線頭，電磁閥27打開。干線天然氣依次通過 24、17、9、12、13、27、26，進(jìn)入提升閥氣路控制塊將提升閥頂起。提升閥被頂起后，來自干線的天然氣經(jīng)過一級過濾器12過濾后，大部分進(jìn)入關(guān)氣液罐，推動旋轉(zhuǎn)葉片轉(zhuǎn)動，為傳動軸帶動閥門動作提供動力；小部分繼續(xù)經(jīng)二級過濾器13過濾后為頂起提升閥提供動力。當(dāng)閥門關(guān)到位時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)饋一個關(guān)到位的信號通過RTU傳至北京調(diào)控中心，關(guān)閥信號撤消，電磁閥27失電關(guān)閉，關(guān)閥操作完成，遠(yuǎn)控開閥操作原理與遠(yuǎn)控關(guān)閥操作相同。

1.2.3 自動關(guān)斷

LINEGUARD控制系統(tǒng)為SHAFER執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供了自動檢測關(guān)斷的功能。當(dāng)檢測到管道壓力過高、過低或壓降速率過快的情況時，LINEGUARD會控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動關(guān)斷閥門。當(dāng)LINEGUARD通過閥25連接的管道檢測到以上3種情況其中任一種時，LINEGUARD控制箱內(nèi)電磁閥得電打開。經(jīng)兩級過濾后的天然氣通過調(diào)壓閥19將壓力調(diào)整為0.8 MPa左右，再通過LINEGUARD控制箱內(nèi)電磁閥，到達(dá)兩路常關(guān)氣動閥18使得閥18開啟。干線天然氣依次通過 24、17、9、12、13、18、26，進(jìn)入提升閥氣路控制塊將提升閥頂起。提升閥被頂起后，來自干線的天然氣經(jīng)過一級過濾器12過濾后，大部分進(jìn)入關(guān)氣液罐，推動旋轉(zhuǎn)葉片轉(zhuǎn)動，為傳動軸帶動閥門動作提供動力；小部分繼續(xù)經(jīng)二級過濾器13過濾，其中一小部分經(jīng)過調(diào)壓閥19調(diào)壓后為氣動閥18開啟提供動力，其余氣體為頂起提升閥提供動力。當(dāng)閥門關(guān)到位后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)饋一個關(guān)到位的信號到LINEGUARD控制系統(tǒng)，控制箱內(nèi)電磁閥失電關(guān)閉，氣動閥18關(guān)閉，閥門自動關(guān)斷操作完成。

2 SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的日常維護(hù)保養(yǎng)

根據(jù)山西管理處在維保工作中積累的經(jīng)驗，在進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)時,除了嚴(yán)格按照《Q/SY XQ 36-2003SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作維護(hù)規(guī)程》與《ZD 02/SY A/O線路氣液聯(lián)動截斷閥操作作業(yè)指導(dǎo)書》中的規(guī)定執(zhí)行以外，還應(yīng)注意以下方面。

（1）對SHAFER執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣液罐油位定期進(jìn)行檢查時的標(biāo)準(zhǔn)為：關(guān)閥狀態(tài)下，關(guān)罐油位比油尺上白線低約5 cm，以剛好接觸油尺為宜；開罐油位比油尺上白線高約5 cm。開閥狀態(tài)下兩氣液罐的油位與之相反，否則應(yīng)對氣液罐油位進(jìn)行調(diào)整。

（2）應(yīng)定期對LineGuard控制箱內(nèi)蓄電池進(jìn)行檢查。如果蓄電池電壓不足，在失去TEG電源的情況下，由于電壓過低，會造成壓力變送器測量數(shù)據(jù)偏小，導(dǎo)致電磁閥誤動作，關(guān)斷線路截斷閥。

（3）在檢查氣液罐油位或?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行排污時，首先關(guān)閉動力氣源根部球閥，然后排空備用氣源罐內(nèi)氣體（提升閥氣路控制塊上壓力表指示0 MPa），確認(rèn)排氣口無氣體排出后再進(jìn)行操作，以避免因電磁閥損壞使氣液罐帶壓而造成事故。

（4）檢查手動泵系統(tǒng)密封情況。保持手動泵開、關(guān)手掌按鈕處在拔出狀態(tài)，提起操作手柄壓下，如壓不動，則說明手動泵系統(tǒng)密封良好。

（5）對于露天安裝的SHAFER執(zhí)行機(jī)構(gòu)，應(yīng)定期檢查LINEGUARD控制箱是否嚴(yán)密關(guān)閉，嚴(yán)格防止其進(jìn)水。

（6）當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作時，可以通過管路表面的結(jié)霜情況來簡單判斷氣路走向及該管路是否暢通。

（7）冬季來臨前應(yīng)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)擺缸進(jìn)行排污。排污時緩慢旋出擺缸底部4個排污塞，以免液壓油噴出，排污完畢后重新檢查氣液罐內(nèi)油位。

（8）SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般不會出現(xiàn)機(jī)械故障。發(fā)現(xiàn)故障后為快速處理，應(yīng)首先檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥、氣動閥及限位開關(guān)內(nèi)接線是否正常。

（9）確認(rèn)高壓軟管一端安裝在氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的排氣孔，另一端引至閥室室外并裝有消聲器，以減少噪聲污染。

3 SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見故障的處理方法

除《Q/SY XQ 36-2003SHAFER氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作維護(hù)規(guī)程》中所列故障及處理方法外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)還有以下這些比較常見的故障，具體現(xiàn)象、原因及處理方法見表1。

表1 常見故障及處理方法