ESD 聯鎖測試中氣液聯動執行機構噴油故障處理與預防

王正剛

（中石化川氣東送天然氣管道有限公司）

隨著安全理念的愈發重視，ESD 緊急停車控制系統現在廣泛應用于長輸管道及石油化工企業，實現在異常事故狀況下安全緊急聯鎖停車、放空等功能[1-4]。根據GB 50251—2015 要求輸氣站場聯鎖應具備緊急截斷閥關閉與緊急放空閥打開功能[5]，川氣東送各輸氣站場ESD 系統的主要功能是完成站場緊急情況下的切斷和放空工作，在ESD 關斷被觸發后，ESD 系統將根據級別立即緊急關斷相關的ESDV 閥、SSV 閥、ROV 閥，并緊急打開相關的BDV 放空閥。在日常各輸氣站場會定期開展ESD 聯鎖性能測試，測試過程中多次出現了進出站截斷閥的Shafer 氣液聯動執行機構在執行關閥操作時出現先導閥噴油現象，出現此現象時嚴重影響了執行機構設備正常性能，如不及時處理會給站場ESD 功能帶來嚴重安全隱患。通過故障處理方法以及預防措施來消除噴油故障帶來的安全隱患，提高設備運行完好率。

1 ESD 聯鎖測試

川氣東送輸氣站場在每年的春秋兩季大型檢維修過程中，ESD 聯鎖功能測試作為自控部分重要檢修項目之一，在測試實施中要對參與邏輯的現場設備進行帶負載測試（圖1）。ESD 聯鎖測試包括ESD一級泄壓關斷、ESD 二級保壓關斷以及ESD 三級區域關斷性能測試，其中在進行ESD 一級、二級測試過程中，現場的進出站截斷閥在氣液聯動執行機構驅動作用下均要進行關閥操作。

2 進出站氣液聯動執行機構ESD關閥原理

進出站的Shafer 氣液聯動執行機構主要包括控制器、驅動器以及液壓操作系統三部分[6]。在正常情況下，自控ESD 機柜給電磁閥2 常帶電（圖2），處于正常開啟狀態，一旦出現緊急情況下執行ESD命令時ESD 電磁閥失電關閉，同時將ESD 電磁閥到行程開關與先導閥的管路氣體進行泄放，行程開關活塞在沒有壓力的作用下導通ESD 氣路，動力氣通過提升模塊進入到負責關閥功能的油罐，驅動液壓油使旋轉葉片執行器關閥動作[7]。此外，ESD 關閥的同時，由于ESD 電磁閥到先導閥之間的氣體泄放，先導閥在沒有壓力的作用下會處于關閉狀態，進而切斷開閥控制氣路，保證氣液聯動執行機構在接到ESD 關閥命令的同時，即使接到開閥命令也不會執行開閥動作，保證了ESD 關閥操作具有最高優先級[8]。

圖1 輸氣站場ESD 流程

圖2 進出站氣液聯動執行機構控制原理

3 噴油故障處理

3.1 行程開關力矩調整

行程開關作為氣液聯動執行機構控制ESD 氣路的重要節點部位，在正常關閥狀態下，當閥門關到位后，氣液聯動執行機構執行器配備的凸輪裝置會在關位狀態下迫使行程開關鎖死ESD 氣路，使其處于截斷狀態，從而使氣液聯動執行機構在沒有動力氣的作用下停止關閥動作。當進出站的氣液聯動執行機構在ESD 聯鎖測試中出現噴油故障現象時，在閥門關到位的狀態下觀察執行器凸輪是否將行程開關活塞頂桿頂死，當觀察到凸輪并未將行程開關的活塞頂桿頂到位時說明行程開關力矩設置過小[9]，從而導致氣液聯動執行機構在ESD 氣路導通的狀態下一直進行關閥操作，關位油罐的液壓油在動力氣的驅動下持續進入執行器擺缸內，迫使擺缸內的密封出現滲漏現象，從而使液壓油不斷進入開位油罐，直至超出開位油罐頂部進入開閥氣路，由于在執行ESD 命令時先導閥處于關閉狀態，因此液壓油從開閥氣路經先導閥泄放口處噴出[10]。川氣東送某輸氣站場在執行ESD 聯鎖測試中出現過此類現象，經現場檢查確認行程開關力矩設置過小，執行器凸輪在閥門關位狀態下并未將行程開關活塞頂桿頂到位，通過用扳手將行程開關的調節螺栓向外旋出消除了噴油現象，應注意的是在調節過程中應分步調節，前后調節螺栓的前后行程[11]，多次試驗，直至調整至平衡狀態。

3.2 執行器擺缸密封修復

氣液聯動執行機構正常關閥過程中，動力氣將關位油罐的液壓油進入執行器擺缸內，驅使旋轉葉片旋轉，從而使擺缸內的液壓油進入開位油罐。但當擺缸內壁出現劃傷或密封襯墊出現損傷時，則會導致密封出現問題，在關閥過程中液壓油會通過擺缸與密封襯墊的結合處進入開位油罐中，到開位油罐的油位不斷上升進而出現噴油現象。在處理此類問題時加強作業風險識別和過程控制[12]，在做好安全防范措施的情況下，將執行器擺缸進行拆卸解體（圖3），對擺缸內壁劃傷處用光滑的油石光滑其表面[13]，在處理修復過程中要緩慢進行，防止因操作不當造成二次傷害，并對擺缸內部進行清洗，清除雜質，防止再次劃傷，同時更換新的液壓油。檢查密封襯墊是否有損傷，如有損傷則進行更換。應特別注意的是由于拆卸解體擺缸工作相對繁瑣，為了防止造成誤判斷，可通過手動液壓操作判斷是否由于執行器擺缸密封問題造成噴油故障。用手動液壓關閥操作時，正常狀態下，閥門關到位后手動泵裝置的液壓操作桿無法再進行打壓操作，如需將液壓操作桿恢復至正常狀態，只能按下手動泵裝置的平衡閥再進行恢復，如果閥門關到位后，手動液壓裝置還能繼續用液壓操作桿進行上下壓動打壓操作，則證明執行器擺缸內密封出現故障，需及時進行修復處理。

圖3 執行器擺缸拆卸維修

3.3 平衡油罐油位

開關油罐油位不平衡也是造成氣液聯動執行機構噴油故障的重要原因之一，川氣東送某管理處轄區內的4 座輸氣站場均出現過因油位不平衡而造成噴油現象的發生。當在執行ESD 聯鎖測試時，氣液聯動執行機構進行關閥動作，當開位油罐的油位明顯高于正常液位時，隨著關閥動作的進行，液壓油不斷向開位油罐流入直至超出油罐頂部位置發生噴油現象。在處理因油位不平衡造成的噴油故障時重新調整開關油罐的油位即可，Shafer 氣液聯動執行機構油罐內均配備油位檢尺，油位調整至規定位置即可[14]，當閥門開度為45°時，則開關油罐的油位此時處于平衡狀態。

3.4 雜質污物清理

由于在長輸管道輸送過程中難免存在雜質[15]，這些雜質難免會隨氣流進入氣液聯動執行機構內部管路。ESD 聯鎖測試時即使閥門關到位后，執行器凸輪將行程開關活塞頂桿鎖死，但由于雜質污物聚集到行程開關內部密封處時，會造成行程開關密封不嚴，此時ESD 動力氣依然處于導通狀態，關位油罐的液壓油在動力氣的驅動下持續進入執行器擺缸內，在高壓驅動下迫使擺缸內的密封出現滲漏現象，進而導致開位油罐液位升高出現噴油現象。針對此問題可將行程開關拆卸清洗，排出聚集在密封處的雜質污物，同時對氣液聯動執行機構的進口處的濾芯進行清洗[16]（圖4），如果濾芯失效，則更換新濾芯，增強氣質過濾功能。需要注意的是當長輸管道進行清管作業時會清出大量污水、污泥以及粉末等雜質[17-19]，更多地雜質污物會聚集堵塞濾芯，使氣液聯動執行機構進口過濾器濾芯過濾性能降低，甚至損壞，因此在清管作業結束后要及時清洗濾芯或更換濾芯。

圖4 濾芯清洗

4 預防措施

在日常以及ESD 聯鎖功能測試之前提前對氣液聯動執行機構開展維護措施，同時需加強日常設備管理工作。具體措施如下：

1）測試之前對氣液聯動執行機構開關油罐的油位進行檢測，保證油位處在正常狀態，若果出現油位不平衡及時進行調整，油位不足則及時添加。

2）及時對氣液聯動執行機構的開關油罐以及執行器擺缸進行排污操作，排除沉積在底部的雜質，如果液壓油存在變質現象，則更換新的液壓油。

3）檢查進口濾芯清潔狀況，如濾芯存在較多雜質污物，用清洗劑進行清洗，如濾芯失效，則及時更換新的濾芯。

4）輸氣站場設備完整性管理對設備安全運行愈發重要[20-21]，加強設備日常管理力度，同時對員工開展氣液聯動執行機構專業知識培訓，防止在日常操作時對設備部件誤動作（如員工對氣液聯動執行機構行程開關力矩調節螺栓誤操作），影響設備性能。

5 結論

川氣東送某管理處針對輸氣站場進出站氣液聯動執行機構在ESD 聯鎖測試過程中出現的噴油故障現象開展技術攻關小組，從設備結構組成及原理入手，深層次解析故障發生的原因。通過上述故障處理方法能及時找到原因，及時處理，恢復設備性能。同時通過測試之前的預防措施，顯著降低了氣液聯動執行機構噴油發生概率，在2016 年的春秋兩季ESD 聯鎖測試檢維修過程中某管理處4 座站場均未出現噴油故障，也說明了預防措施的有效性。

Shafer 氣液聯動執行機構以其優良的性能及先進性廣泛應用于油氣長輸管道中，作為ESD 緊急停車系統的重要組成部分之一，保證其處于正常運行狀態尤為重要。通過對川氣東送輸氣站場在ESD 聯鎖測試過程中出現的噴油故障現象進行故障處理方法與預防措施探討研究，總結出以下三點建議：

1） 在處理噴油故障時，要結合Shafer 氣液聯動執行機構結構組成及原理進行分析，重點從行程開關力矩設置及密封性能、油罐油位是否正常以及執行器密封性能入手，實際處理過程中存在多種因素并存現象。

2）在ESD 聯鎖測試之前首先對氣液聯動執行機構開展設備維護工作，重點對油罐油位檢測、油罐與擺缸排污以及濾芯清潔檢查，使其均處于正常狀態。

3）為防止故障的發生，管理理念需改變，以預防為主為原則，強化檢維修與設備管理力度。