淺析石化行業(yè)中兩段式氣動切斷閥的使用

（天津市化工設(shè)計院，天津 300193）

我國的經(jīng)濟(jì)水平以及現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)正處于迅猛發(fā)展的階段，石油化工行業(yè)的需求量不斷增加，油品市場的競爭也日趨激烈。油庫在油品銷售中處于重要環(huán)節(jié)，油品銷售過程中自動化水平以及控制精度將發(fā)揮出越來越重要的作用。為了提高石油化工行業(yè)的工作效率，各個公司陸續(xù)設(shè)計實施并加強(qiáng)了油品自動化的生產(chǎn)和銷售。油品定量裝車就是由此產(chǎn)生的。裝車轉(zhuǎn)運(yùn)過程中成品物料的裝車計量是關(guān)系到企業(yè)效益的一個重要問題，計量上減少誤差和提高控制精度也就是為企業(yè)創(chuàng)造了效益。定量裝車，顧名思義，即先確定需求量，然后裝車，當(dāng)達(dá)到需求量時則停止。但由于電液閥的滯后性和管道里油品的延遲，會導(dǎo)致實際裝車量要比預(yù)定的需求量多。[1]

1 油品裝車計量精度控制及兩段式氣動切斷閥的作用

在早期石化行業(yè)油品貿(mào)易結(jié)算過程中，人們通過觀察流量計到達(dá)指定流量后關(guān)閉閥門，由于閥門的關(guān)閉需要相應(yīng)時間，所以實際輸出量往往大于貿(mào)易交易量，對于企業(yè)的利潤造成很大影響。對于油品貿(mào)易結(jié)算交易，裝車計量的精度應(yīng)控制在國家內(nèi)貿(mào)部規(guī)定油品商業(yè)交割計量精度內(nèi)，即≤±0.35%（質(zhì)量）。[2]

以2010年設(shè)計的天津港某潤滑油為例，該項目為潤滑油生產(chǎn)及銷售項目，通過碼頭輸入基礎(chǔ)油和添加劑，再經(jīng)過不同添加劑的配比生產(chǎn)出不同型號的潤滑油存到儲罐內(nèi)，最后進(jìn)行裝車銷售。在裝車差計算公式為

由于儲罐的液位在裝車過程中不斷發(fā)生變化，并且存在不同型號的潤滑油采用不同鶴管交替裝車的情況，因此管道中的壓力會經(jīng)常發(fā)生變化，使裝車過程中管道內(nèi)的流速也發(fā)生相應(yīng)的變化，影響裝車精度，這是裝車系統(tǒng)中產(chǎn)生誤差的最大原因，解決方法之一就是對流速對應(yīng)的關(guān)閥提前量建立數(shù)據(jù)庫，通過對關(guān)閥前流速的測量調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)來決定關(guān)閥時間，這樣就大大的減小了γ1的誤差；

控制系統(tǒng)精度（該潤滑油項目使用的批量控制器）：γ2=±0.005%，在該誤差計算系統(tǒng)中可忽略不計（16位計算機(jī)的分辨率，16位浮點運(yùn)算）；

質(zhì)量流量計的計量精度，考慮使用貿(mào)易計量級：γ3=±0.20%，這個誤差為儀表產(chǎn)生的誤差，只能由儀表生產(chǎn)廠家不斷的努力生產(chǎn)出精度更高的儀表才能降低這個誤差；

對于閥門關(guān)閉時間造成的延時誤差，該項目因使用兩段式氣動切斷閥，閥門在潤滑油輸送過程中如提前一段關(guān)（假設(shè)K=80%），達(dá)到設(shè)定值時再進(jìn)行第二次關(guān)閉（即完全關(guān)斷），二次關(guān)閉所需時間為0.2s，潤滑油裝車管線為DN100，流速為v=1.24m/s銷售過程中影響到計量精度的誤差有：管線壓力或流速變化造成的誤差（設(shè)定為γ1），控制系統(tǒng)精度（設(shè)定為γ2），流量計（選用貿(mào)易計量級質(zhì)量流量計）的計量精度設(shè)定為γ3，閥門關(guān)閉時間造成的延時誤差（設(shè)定為γ4）。

該貿(mào)易結(jié)算控制系統(tǒng)為閉環(huán)串聯(lián)系統(tǒng)即根據(jù)流量控制閥門的關(guān)閉，同時帶溫度補(bǔ)償，其綜合誤（正常流量為29.75t/h），潤滑油密度為850kg/m3，槽車裝載量為4t時，所造成的誤差為：γ4=3.14×0.05×0.05×1.24×0.2×850/4000=0.051%。

根據(jù)公式計算得出γ=0.256%，小于國內(nèi)貿(mào)易規(guī)定的0.35%。

從公式中也可看到除了質(zhì)量流量計的計量精度為固有誤差以及控制系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差可以忽略外，影響到誤差的第二大要素就是切斷閥的關(guān)斷時間了，由此可以看到使用兩段式氣動切斷閥因減少了關(guān)閉時間而降低了誤差，提高了貿(mào)易結(jié)算精度。

2 兩段式氣動切斷閥含義及特性

氣動活塞多段式切斷閥是一種能多段開或多段關(guān)的切斷閥，兩段式顧名思義就是能夠?qū)崿F(xiàn)兩段開或者兩段關(guān)的閥門，這是一種結(jié)構(gòu)比較特殊的閥門。兩段式氣動切斷閥通過調(diào)整進(jìn)氣壓力而改變中間狀態(tài)的位置，從而實現(xiàn)三位式的操作方式。它是由兩段式氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、球閥或蝶閥、電磁閥、過濾減壓閥、氣氣閥門定位器和限位開關(guān)等部分組合而成（不同廠家的閥門構(gòu)造可能存在差異），通過氣缸內(nèi)活塞行程的改變，執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥芯轉(zhuǎn)角被停留在事先調(diào)整好的角度(45～90°)，調(diào)整了閥門的開度從而調(diào)整了閥門流量。這種裝置依靠減壓裝置以及兩個電磁閥控制閥門的流量。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部采用了快速排氣及節(jié)流功能，使兩段球閥具有特別好的開關(guān)特性。

3 兩段式氣動切斷閥工作原理

在潤滑油項目中，使用的兩段式氣動切斷閥工作原理見圖1，具體過程為：當(dāng)電磁閥2帶電時(電磁閥1帶電不帶電均可)，信號端氣壓達(dá)到0.1MPa（減壓過濾裝置2將0.4MPa的供給壓降到0.1MPa），通過氣/氣閥門定位器使閥門全部打開，進(jìn)行裝車；當(dāng)接近設(shè)定值時，電磁閥1帶電同時電磁閥2失電（注意一般電磁閥1帶電3s后電磁閥2失電），信號端氣壓達(dá)到20～100kPa（減壓過濾裝置1將0.4MPa的供給壓降到20～100kPa），閥門進(jìn)入小流量狀態(tài)，當(dāng)流量達(dá)到設(shè)定值時，電磁閥1失電（電磁閥2依然失電），閥門全部關(guān)閉。減壓過濾裝置1的降壓值可進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍從20～100kPa，通過調(diào)節(jié)不同的壓力，使得兩段式氣動切斷閥可以調(diào)整不同開度的半開狀態(tài)。

圖1及以上所述工作原理并不代表所有廠家生產(chǎn)的兩段式氣動切斷閥的工作原理，不同廠家的閥門作用方式和工作原理會有所不同。

圖1 兩段式氣動切斷閥工作原理

4 兩段式氣動切斷閥的適用范圍

兩段式氣動切斷閥的開關(guān)特性表現(xiàn)良好，由于閥門采用分段式開關(guān)，減少了開閥與關(guān)閥的運(yùn)行時間，從而能夠讓管道中的流體較為平穩(wěn)的流動，不會因沖擊產(chǎn)生水錘現(xiàn)象使易燃流體發(fā)生爆炸，也不會因沖擊現(xiàn)象而擾亂流量計及其他儀表的計量精度、也不會損壞流量計等計量儀表，因而在石油、化工、輕工、國防等行業(yè)中的流量控制系統(tǒng)中越來越多的被使用，特別適用于油品貿(mào)易結(jié)算系統(tǒng)。

在工業(yè)燃?xì)馊紵O(shè)備中，也會用到兩段式氣動切斷閥，例如一般單臺燃燒器的中型燃燒設(shè)備上，因為采用兩段火力大小的燃燒方式，可以防止頻繁的控制燃燒器開關(guān)，大火與小火切換時對燃燒器中的加熱設(shè)備產(chǎn)生的熱沖擊比燃燒器啟動時要小很多。而且由于燃燒器在啟動之前需要進(jìn)行一段時間的前吹掃，負(fù)荷加熱反應(yīng)比較慢，且會被吹掃氣體帶走大量的熱能，造成能源的浪費(fèi)，所以兩段火型燃燒方式比直接開關(guān)型方式要好一些。[3]實現(xiàn)兩段燃燒的方法就是使用兩段式燃?xì)怆姶砰y，從而控制燃?xì)夂涂諝獾牧髁俊?/p>

綜上所述，目前兩段式氣動切斷閥在物料貿(mào)易計量結(jié)算時和工業(yè)燃?xì)馊紵龝r越來越廣泛的被使用，而且在整個系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵性的作用，隨著自動化水平的提高，兩段式氣動切斷閥分段開關(guān)的獨(dú)有特性會讓它在石化行業(yè)的使用范圍會越來越廣泛。

[1]王磊，田靜，劉文科.油品定量裝車提前量控制算法研究[J].無線互聯(lián)科技，2012，（3）：112.

[2]張越.成品油火車自動裝車系統(tǒng)設(shè)計[J].石油化工自動化，2004，（6）：22.

[3]馮良，鈕坤，牛亞楠，承念鶴，蔣承偉，沈蓉蓉.工業(yè)燃?xì)馊紵O(shè)備中閥門的介紹和選擇[J].工業(yè)爐，2007，（1）：20.