氣動調(diào)節(jié)閥保位系統(tǒng)在原油管道上的應(yīng)用

楊 齊 高 巖 劉 亭

(中石化管道儲運公司華東管道設(shè)計研究院1，江蘇 徐州 221008;中石化管道儲運分公司運銷處2，江蘇 徐州 221008)

0 引言

原油長輸管道主要是將油田或者碼頭的原油輸送至煉化企業(yè)，為煉化企業(yè)提供煉油原材料。目前，長輸管道大都采用密閉常溫輸送或者密閉加熱輸送工藝，為煉廠提供穩(wěn)定的原油。對于密閉輸送管道，常采用MOKVELD氣動調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)管道進出站壓力和管道壓力波的自動調(diào)節(jié)。常規(guī)的氣動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)采用氣開或者氣關(guān)的安全保護模式［1］。由于原油管道輸油工藝的特殊性，要求調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障時應(yīng)處于保位狀態(tài)。

1 出站壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

原油管道的出站調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要包括調(diào)節(jié)閥、截止閥、出站壓力流量檢測儀表以及泵入口匯管壓力檢測儀表等。系統(tǒng)中所有檢測參數(shù)上傳至站控制系統(tǒng)和調(diào)度中心，并在其工作站進行顯示和控制等。調(diào)節(jié)閥作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行終端，接收調(diào)度中心和工作站控制系統(tǒng)的控制命令，實現(xiàn)管道的進出站壓力自動調(diào)節(jié)，同時參與到全線的水擊超前保護系統(tǒng)中。輸油站場調(diào)節(jié)閥采用MOKVELD氣動調(diào)節(jié)閥，并設(shè)置獨立的供氣系統(tǒng)為其提供氣源。

2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制原理

2.1 調(diào)節(jié)閥控制原理

MOKVELD氣動調(diào)節(jié)閥是軸流式活塞型閥門，活塞在閥體內(nèi)水平運動。活塞通過閥桿控制活塞桿水平運動，實現(xiàn)閥門的開關(guān)動作。調(diào)節(jié)閥采用了帶有電氣定位器的雙作用執(zhí)行機構(gòu)，獨立的供氣系統(tǒng)為執(zhí)行機構(gòu)提供氣源。電氣定位器將站控制系統(tǒng)提供的4～20 mA電流信號轉(zhuǎn)換為0.02 ～0.1 MPa的標準氣壓信號［2］。氣壓信號控制氣動放大器的進氣或者排氣，氣動放大器與執(zhí)行機構(gòu)的氣缸相連。此時，若氣缸下路進氣，則上路排氣，閥桿向上移動，閥門打開;反之，閥桿下移，閥門關(guān)閉。閥門到達與控制信號相對應(yīng)的閥位后，定位器的兩路氣壓輸出達到平衡，氣動放大器不再進氣或排氣，閥門停止移動。執(zhí)行機構(gòu)氣缸內(nèi)氣體變化，從而推動閥桿上下移動，并帶動活塞桿左右移動，使閥門在全行程上移動［3］。調(diào)節(jié)閥控制原理圖如圖1所示。

圖1 調(diào)節(jié)閥控制原理圖Fig.1 Control principle of the control valve

2.2 電氣定位器控制原理

FISHER DVC6010電氣定位器是基于微處理器將電信號轉(zhuǎn)換成氣動信號的儀表。微處理器將給定值與閥門形成的反饋值進行比較，當出現(xiàn)偏差時，微處理器依據(jù)偏差的大小和方向輸出一個驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號通過電氣(I/P)轉(zhuǎn)換器，將電信號轉(zhuǎn)換成氣動信號，再通過氣動放大器放大，按照位置方向輸出給氣動執(zhí)行機構(gòu)［4］。執(zhí)行機構(gòu)依據(jù)接收的信號A或者信號B進行上下移動，從而使閥門開度在全行程上進行移動。電氣定位器控制原理圖如圖2所示。

圖2 電氣定位器控制原理圖Fig.2 Control principle of the E/P positioner

3 現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥安全模式

3.1 方案分析

氣動調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)了出站壓力的調(diào)節(jié)控制，電氣定位器能夠使其在全行程上進行移動。執(zhí)行機構(gòu)可以連續(xù)地做增壓或者減壓的調(diào)整，以達到較好的控制效果。但調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)存在故障狀態(tài)下安全模式選擇的問題。安全模式的選擇首先要保證生產(chǎn)的安全性，其次是生產(chǎn)的連續(xù)性。由于長輸管道的特殊性，要求當調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障時，調(diào)節(jié)閥處于保位狀態(tài)。

3.2 保位措施

調(diào)節(jié)閥的故障狀態(tài)有斷氣、斷電和斷信號三類［5－6］。

在斷氣故障狀態(tài)，連接到液壓單元的氣壓信號中斷，液壓單元的內(nèi)部液壓油路被關(guān)閉。由于液體是不可以壓縮的，液壓缸內(nèi)的閥桿無法移動，因此執(zhí)行機構(gòu)被鎖定，實現(xiàn)保位功能［7］。由于供氣管線安裝有壓力變送器，當調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)斷氣故障時，站控制系統(tǒng)發(fā)出氣源壓力低報警信號，提醒工作人員及時處理并檢查調(diào)節(jié)閥狀態(tài)信息。

在斷電故障狀態(tài)，由于控制系統(tǒng)電源采用在線式不間斷電源(UPS)供電，且后備電池時間為2 h，因此調(diào)節(jié)閥不考慮斷電時的保位措施。

在斷信號故障狀態(tài)，DVC6010無法切斷液壓單元的氣壓信號，因此無法實現(xiàn)保位功能。

4 改造后調(diào)節(jié)閥安全模式

針對斷信號故障狀態(tài)下無法實現(xiàn)保位功能的問題，對調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)進行改造。在電氣定位器和執(zhí)行機構(gòu)之間加裝電磁閥，控制室增加信號保護模塊，實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥斷信號保位功能。改造后調(diào)節(jié)閥控制原理圖如圖3所示。

圖3 改造后調(diào)節(jié)閥控制原理圖Fig.3 Control principle of the control valve after

正常狀態(tài)下，電磁閥處于常開狀態(tài)。將定位器輸出的信號A和信號B與氣源壓力進行比對，并由氣動放大器將差值信號附加在膜盒的兩側(cè)，從而推動閥桿上下動作，使膜盒上下壓力達到平衡。當出站壓力、進泵匯管壓力出現(xiàn)波動時，由調(diào)節(jié)閥閥桿帶動活塞桿動作，使調(diào)節(jié)閥處于平衡狀態(tài)，確保出站壓力控制在設(shè)定值。

當出現(xiàn)斷信號故障時，信號保護模塊檢測到控制信號中斷，則立刻停止對電磁閥供電，電磁閥掉電自動關(guān)閉，切斷液壓單元的氣壓信號，從而使液壓單元的內(nèi)部液壓油路關(guān)閉。

5 安裝調(diào)試及應(yīng)用

安裝完成后，首先對調(diào)節(jié)閥原有的開閥、關(guān)閥、調(diào)節(jié)功能進行測試，通過調(diào)節(jié)參數(shù)值，設(shè)定其性能，使其與改裝前保持一致，實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。其次，測試其斷氣保位功能。最后，測試其斷信號保位功能:通過系統(tǒng)軟件屏蔽信號進行測試，此時電磁閥關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥停止動作，上位機顯示調(diào)節(jié)閥開度不變;解除屏蔽后，電磁閥打開，調(diào)節(jié)閥正常工作。同時，通過解除信號線進行測試，同樣電磁閥關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥停止動作，上位機顯示調(diào)節(jié)閥開度不變;接通信號線后，電磁閥打開，調(diào)節(jié)閥正常工作。

6 結(jié)束語

本文提出了一套對調(diào)節(jié)閥增加電磁閥和信號保護模塊的設(shè)計方案，實現(xiàn)了調(diào)節(jié)閥的故障保位功能。目前已完成對輸油站場調(diào)節(jié)閥的改造，并已成功應(yīng)用于原油管道進出站調(diào)節(jié)系統(tǒng)。實際應(yīng)用證明，對于密閉輸送管道，調(diào)節(jié)閥的保位功能切實保障了原油的順利輸送，確保下游設(shè)備和管道的安全。

［1］布賴思·內(nèi)比斯特.閥門和驅(qū)動裝置技術(shù)手冊［M］.張清雙，尹玉杰，李樹勛，等，譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010:171－180.

［2］明賜東.調(diào)節(jié)閥應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:193－195.

［3］江秀漢，李琳，孟立宏，等.長輸管道自動化技術(shù)［M］.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2000:110－111.

［4］王冰懷，趙桂英，梅斌，等.輸油管道工程設(shè)計［M］.東營:中國石油大學(xué)出版社，2010:709－711.

［5］王福珍.調(diào)節(jié)閥的故障保位［J］.石油化工自動化，2011，47(2):55－56.

［6］ 調(diào)節(jié)閥故障保位的幾種方法［EB/OL］.［2011－02－16］http://wenku.baidu.com/view/7440c5f4f61fb7360b4c658c.html.

［7］左國慶，明賜東.自動化儀表故障處理［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:210－211.