電液閥門在海上平臺(tái)應(yīng)用分析與展望

陳建玲 金秋 高陽(yáng) 孫勤江 孔冰

摘要：本文介紹了目前海上平臺(tái)常用的應(yīng)急關(guān)斷閥門類型及應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了新型的電液閥門的控制原理及特點(diǎn)，將電液閥門與其他類型閥門從優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行了對(duì)比分析，總結(jié)了電液閥門在無人平臺(tái)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，隨著海上平臺(tái)無人化、少人化和智能化的發(fā)展，對(duì)電液閥門的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急關(guān)斷閥;智能化;電液閥門;

中圖分類號(hào)：TE953 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

應(yīng)急關(guān)斷閥是海上平臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)工藝切斷的關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)從中控系統(tǒng)發(fā)出應(yīng)急關(guān)斷信號(hào)時(shí)，關(guān)斷閥需要快速進(jìn)行閥門關(guān)閉，切斷工藝流程，保護(hù)平臺(tái)安全生產(chǎn)。目前海上平臺(tái)在有儀表氣源的情況下，主要采用氣動(dòng)關(guān)斷閥門，對(duì)于沒有儀表氣源的無人平臺(tái)上，主要是采用的是液動(dòng)閥門或者電動(dòng)閥門。目前有一種較新型的電液閥門正在逐步得到較好的應(yīng)用。

1 電液閥門原理

電液閥門主要應(yīng)用在ESD緊急切斷或緊急放空的工作場(chǎng)合下;在丟失信號(hào)或ESD觸發(fā)時(shí)，電液閥門快速達(dá)到失效安全的位置，從而保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的安全。

電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括集成型電/液動(dòng)力裝置、一體式手動(dòng)操作裝置、液壓控制單元、電子控制單元以及其它附屬設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)只需提供電源就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。

電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理：當(dāng)電子控制單元給一個(gè)開的指令，SV2電磁閥得電，液壓泵單元啟動(dòng)，液壓油通過SV1電磁閥，0.5S后SV1電磁閥得電，液壓泵進(jìn)行工作狀態(tài)。液壓油進(jìn)入液壓缸推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)所需的位置后（閥門開位），SV1電磁閥失電，由于SV2電磁閥和CV1止回閥的作用，保持當(dāng)前位置，如果沒有其它指令，過一小段時(shí)間后液壓泵停止工作。

當(dāng)電子控制單元給一個(gè)關(guān)的指令，SV2電磁閥失電，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)中彈簧的彈力作用，液壓油卸放到油箱中，在這個(gè)過程中如果SV2電磁閥得電，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以停在當(dāng)前的位置。當(dāng)液壓油卸放到油箱的過程中，可以通過調(diào)節(jié)FC1來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉的速度。

在整個(gè)液壓油的系統(tǒng)中通過壓力傳感器PT1，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控液壓油的壓力，通過安全閥PR1實(shí)現(xiàn)超壓保護(hù)功能。

手動(dòng)操作是在沒有電源的情況下進(jìn)行的。使用手動(dòng)泵前，將手動(dòng)切換閥MO1切換到關(guān)的位置，這樣可以阻止液壓油的回流;操作手動(dòng)泵手柄使執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到開的位置，將手動(dòng)切換閥MO1切換到開的位置，在彈簧彈力的作用下，液壓油卸放，執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到關(guān)的位置。

2 電液閥門特點(diǎn)

電液閥門結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化設(shè)計(jì)，液壓控制單元模塊自帶內(nèi)置電磁閥及流量控制閥。執(zhí)行機(jī)構(gòu)自帶油源，無需外接油源和管路。從而減少液壓管路泄漏點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

采用智能一體化性結(jié)構(gòu)，可在現(xiàn)場(chǎng)使用紅外線或藍(lán)牙遙控器進(jìn)行各種參數(shù)的調(diào)整與設(shè)置，并可進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥門的故障自診斷。非侵入式設(shè)計(jì)，每臺(tái)執(zhí)行器應(yīng)具有液晶顯示窗口，可在液晶顯示窗口中使用數(shù)字百分比來反饋連續(xù)的閥位指示、扭矩或診斷信息，LED指示燈可指示閥門狀態(tài)，如開、關(guān)、中間位，在正常操作時(shí)，顯示窗口顯示閥位或扭矩，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，則顯示報(bào)警圖標(biāo)。具有開到位，關(guān)到位，過力矩，故障報(bào)警等信號(hào)輸出。具有事件記錄功能，對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作具有可追溯性。

具有現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程試驗(yàn)閥門關(guān)的能力，實(shí)現(xiàn)部分行程測(cè)試功能，當(dāng)閥門全開試驗(yàn)時(shí)，閥門關(guān)閉的角度不能影響工藝過程的正常運(yùn)行;在線確定閥門的使用性，減少現(xiàn)場(chǎng)的停產(chǎn)時(shí)間。具有獨(dú)立控制閥門全開、全關(guān)速度的功能。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)可以進(jìn)行速度的調(diào)整。

電氣設(shè)備具有雙重密封結(jié)構(gòu)，且防護(hù)等級(jí)不低于IP68。整體防爆等級(jí)不低于EXd II BT 4，產(chǎn)品安全完整性等級(jí)SIL3;適用于高危，需要防爆安全型的工況下。

3 電液閥門對(duì)比分析

氣動(dòng)閥門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，閥門動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間快，故障率低，易于掌握和維護(hù)。比電動(dòng)和電液閥門要經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，應(yīng)用較為成熟，這種類型的閥門被廣泛的應(yīng)用于能提供氣源的有人平臺(tái)。

電動(dòng)閥門不需要設(shè)置氣源和液壓動(dòng)力單元，直接引入電源，利用電機(jī)帶動(dòng)閥門打開和關(guān)閉，閥門動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較慢，無法達(dá)到快速關(guān)斷和閥門失電關(guān)閉的要求，適用于無人平臺(tái)開關(guān)控制的場(chǎng)合，不適用于快速動(dòng)作和失效安全的場(chǎng)合。

電液閥門具有電動(dòng)執(zhí)行器的智能化、操作簡(jiǎn)便特點(diǎn)，又具有液動(dòng)執(zhí)行器高精度、高可靠性、高壽命、負(fù)載能力大的優(yōu)點(diǎn)。采用高度集成的模塊化結(jié)構(gòu)，體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試及維護(hù)非常方便，不需要龐大的獨(dú)立外供油源或氣源。這種類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)被廣泛的應(yīng)用于非常重要的失效安全，快速動(dòng)作的場(chǎng)合。適用于無人平臺(tái)應(yīng)急關(guān)斷工況。目前海上無人平臺(tái)多采用傳統(tǒng)的液動(dòng)閥。在設(shè)計(jì)液動(dòng)閥門時(shí)，都需要考慮液壓動(dòng)力單元HPU的容量是否可以滿足液動(dòng)閥門耗液量的需要;現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，需要考慮將液壓管路引到每臺(tái)閥門，施工工作量大，管路的泄漏風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多。目前液壓動(dòng)力單元多放置于井口控制盤內(nèi)，使得井口控制盤的尺寸較大。電液閥門只需將電源線引到閥門，即可實(shí)現(xiàn)功能，簡(jiǎn)單方便。

4 結(jié)論

隨著海上平臺(tái)，無人化、少人化及智能化的需求，既要提升生產(chǎn)效率，又要保證海上安全生產(chǎn)，安全可靠的智能化儀表逐步得到更多的應(yīng)用。電液閥門具有智能化高、可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等諸多特點(diǎn)，更適合于未來無人平臺(tái)智能化發(fā)展的需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì)編著.海洋石油工程電氣、儀控、通信設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.6

第一作者簡(jiǎn)介

陳建玲（1981-），女，高級(jí)工程師，現(xiàn)在主要從事海上油氣田開發(fā)工程儀控、通訊研究設(shè)計(jì)。