淺析液壓驅動式SDV閥的調試

唐清 藍東 王亮

摘 要：當前自動化控制系統的可靠性及穩定性越來越高，安全性在自動化生產過程中尤為重要。其中SDV（shutdown valve）閥主要用于ESD（Emergency shutdown system）系統中，為了保護設備，一般在設備的進出口處設置SDV閥，確保操作的安全性。文章結合阿布扎比原油管道項目中液壓型SDV閥的應用為實例，對液壓型SDV閥的安裝與調試進行了具體分析和探究，供相關技術人員在遇到同類型的閥門安裝調試時作參考。

關鍵詞：SDV閥；HPU（液壓驅動單元）；執行機構

中圖分類號：：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0103-02

SDV閥門是緊急保護系統中的控制單元，據統計阿布扎比原油管道項目共有28臺液壓型SDV閥分別分布在MPS主泵站、IPS中間泵站、MOT末站，SDV閥均設計為故障關閉型，在正常生產狀態下SDV閥必須處于全開狀態，如果閥門調試不成功就無法保證閥門處于正常工作狀態，項目將無法順利投產。

1 SDV液壓型緊急切斷閥的特點

由于阿布扎比原油管道項目采用的液壓型SDV閥主要由三個部分組成：執行機構、液壓驅動單元、儲能罐單元，各個組成部分結構復雜且儀表點位比較多，涉及的內部聯鎖控制也比較多，對調試造成一定的困難。

2 SDV閥的工作原理

在這里我首先簡單介紹下SDV閥的工作原理，SDV閥由驅動單元、儲能罐、執行機構共3部分組成。驅動單元負責提供動力，啟動油泵將油箱內的液壓油輸送至儲能罐內并壓縮氮氣進行儲能，儲能罐內部氮氣和液壓油由活塞隔離，儲能罐內提前預充135 Bar的氮氣，當儲能罐壓力達到壓力設定值時自動停泵，然后通過減壓閥調壓至150 Bar給執行機構提供油壓，從HPU至Actuator有一路供油線和一路回油線，執行機構通過一系列的油路控制供油和回油來進行開關閥門。

3 SDV閥調試

SDV閥的調試比較復雜，調試過程中會遇到各種各樣的問題。導致這些問題出現的原因也各自不同，主要體現在以下幾個方面：設計問題，閥門質量問題，施工問題以及控制系統廠家問題。下面我就SDV閥調試過程中遇到的問題及處理方法進行詳細的闡述。

①調試時發現HPU控制系統沒有供電，由于設計和廠家溝通不夠，簽訂技術協議時澄清的不夠徹底而出現設計給出HPU電源電纜型號不對。設計給HPU供電電纜為三芯電纜，但HPU實際需要至少4芯電纜，因為在給油泵供電的同時還需從380 V的交流電中取一路220 V的電源給HPU內部自帶電源模塊（220 V AC轉24 V DC）供電（如圖1所示），于是只能組織施工隊伍重新敷設電纜。

②我們發現HPU在自動狀態下建立油壓系統時有油泵間斷性的停泵然后立即起泵的現象，經過仔細對比其他SDV閥的情況，我們發現儲能罐容量小的閥門不會出現類似問題。由于SDV閥大小和儲能罐容量不同，建立油壓系統的時間也會不一樣。由于HPU和儲能罐由不同的廠家提供，HPU廠家并未考慮到儲能罐容量大小的問題，在出廠時將時間繼電器都設定為30 S，經過仔細研究發現油泵保護系統中時間繼電器設定時間短導致油泵反復啟動。具體分析如下：時間繼電器工作設定為控制口短路控制+延時特定時間后繼電器觸點斷開，如圖1所示。

①當模塊通電后，繼電器出點閉合，端子A1-B1短路后定時t長度啟動、定時指示燈閃爍。

②定時t長度結束繼電器觸點斷開。

③當端子A1-B1斷路后，繼電器觸點閉合。

④當端子A1-B1短路后定時t長度啟動、定時指示燈閃爍。

⑤如電源持續時間小于定時長度t，則已計時長度刪除。

結合HPU的控制原理圖（如圖2所示）得知，自動狀態下當在時間繼電器設定時間t內未能讓油壓未建立至設定值時（即壓力開關PSH設定值），油泵便會出現停泵后立即起泵的現象。當然由圖可知時間繼電器主要是為了防止在手動狀態下油泵長時間運行，從而起到對泵的保護作用。于是我們針對每一臺SDV閥和儲能罐的大小重新設定了時間繼電器的時間t，從而避免了這種現象的發生。

③SDV閥在運行過程中出現油箱液位低且導致油泵停止的現象，針對此現象我們首先想到的便是油路系統存在泄露，仔細排查后并未發現泄露點且在調試前油箱內注入了足夠的液壓油。我們將儲能罐和執行機構的油全部泄壓至油箱以后，油箱液位正常，此時發現儲能罐預充的氮氣壓力遠遠不夠135 Bar，很明顯儲能罐氮氣出現了泄露。由于工作壓力高，在儲能罐壓力達到200 Bar時，上部氮氣充氮和壓力測量管路出現了緩慢泄露的情況。重新注氮建立油壓以后檢查處理泄露點以后，此問題得到了解決。

④控制室系統人機界面無法正常檢測到HPU單元的油箱液位和油箱溫度，但是能檢測到儲能罐壓力和輸出壓力。在排除信號線接錯的問題后，我們與SDV閥廠家、西門子廠家研究發現油箱液位和溫度變送器由HPU自帶的安全柵供電，而儲能罐總壓力和輸出壓力變送器由控制系統安全柵供電。所以可知液位和溫度變送器輸送給控制系統的為有源信號，無需另外供電。西門子廠家將現場信號直接引入AI模塊后能讀到現場數據，但是讀數與現場表頭顯示不一致。我們得知現場安全柵為倍加福KFD2-CRG2-（Ex）1D，現場變送器輸出為4～20 mA電流信號，安全柵將電流信號按線性比例傳輸給控制系統。查閱此型號安全柵資料得知實際初始設置中輸入端（即測量端）的設置量程為0～20 mA，與變送器輸入信號存在偏差，這樣就會造成安全柵的實際輸出值與變送器的輸出電流值不成比例，相應的控制室人機界面的顯示數據就與現場儀表存在偏差。

實際偏差圖如圖3所示，從圖中很明顯可以看出，若將輸入端量程設置為0～20 mA，則在變送器輸出范圍為4～20 mA時，藍色線所對應的輸出值為人機界面顯示值，灰色線為現場變送器顯示值，很明顯能看出兩者之間存在偏差值。

HPU廠家決定用PACTware軟件通過安全柵自帶的RS232串行接口對安全柵重新進行診斷及參數設，使得現在變送器與人機界面顯示數值能保持一致。

⑤當閥門開或是關的過程中，西門子系統未能檢測到70%和80%的閥位反饋信號。由于這兩個信號均為瞬時開關量，閥門在開閥和關閥的過程中，70%和80%的閥門反饋信號均能在盤柜側用萬用表量到，西門子控制系統存在問題。由于70%和80%的閥位反饋信號均為瞬時數字量，閥門開關時速度快，信號本身持續的時間非常短，特別在小尺寸的SDV閥門顯得尤為突出。與西門子廠家仔細討論后得到以下結果：PLC在每個掃描周期中集中一段時間對I/O信號進行處理，這將有可能造成輸入信號丟失。當輸入信號在I/O刷新時間尚未到來時發生變化，則當I/O刷新時間到來時因輸入信號的變化卻已過去而造成輸入信號丟失，圖4表示了掃描周期與輸入信號丟失的關系。

如圖4所示，掃描周期T由t1，t2，t3，t4部分組成。其中，t1為共同掃描時間；t2為外設掃描時間；t3為用戶程序執行時間；t4為I/O刷新時間；tS為輸入信號持續時間。如果tS

tS≥T

西門子廠家縮短對70%及80%閥位反饋信號的掃描周期由200～100 ms，更改后重新進行測試均能接收到70%及80%的閥位反饋信號。

⑥SDV閥的PST測試功能是為了檢驗閥門在長時間不開關動作的情況下能否正常工作。其內部控制邏輯為按下PST按鈕，閥門開始關閉，在檢測到80%反饋信號以后閥門會由關閥轉為開閥直到閥門全開，然而我們在調試小尺寸SDV閥門在進行遠控PST命令時，閥門在開度為80%～100%的范圍內進行反復開關動作的問題。與SDV閥及西門子廠家仔細分析研究發現是由控制系統給出的PST命令持續時間過長導致，控制系統給出的遠控PST命令持續時間為10 s。大尺寸的閥門行程比較長，從閥門全開狀態關閥至80%的時間遠不止10 s，當閥門關至80%時而轉為開閥的狀態時，PST命令已經消失；反之小尺寸的SDV閥門行程小，閥門從全開狀態關閥至80%的時間非常短且小于10 s，當閥門執行PST命令閥門關至80%后全開，此時控制系統給出的PST命令仍然存在，所以導致閥門重新執行PST命令，直至PST命令消失后閥門最終開到全開狀態。西門子廠家對遠控PST命令持續時間更改為1 s后，SDV的PST測試功能正常工作。

4 結 語

SDV閥門的成功安裝調試，避免了投產運行中出現的種種問題，為整個工程順利中交打下了基礎，節省了大量的人力，物力和財力。本文著重總結了SDV閥門的調試要點、控制原理及調試過程中常見的問題，隨著科技的發展，新設備、新技術的不斷使用，在遇到新型的液壓驅動SDV閥時，我們將借鑒以往的調試經驗避免類似問題的發生。

參考文獻：

[1] 沈雪松，吳榮珍，熊瑞平.液壓驅動閥門的控制設計與探究[J].中國測試技術，2005，（2）.