氣液聯(lián)動閥的維護保養(yǎng)與典型故障處理

杜 凱，遲百川

（1.河北中博能源集團有限公司，河北石家莊 050000；2.國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司山東省分公司，山東濟南 250101）

0 引言

近年來，天然氣長輸管道事業(yè)發(fā)展迅猛，氣液聯(lián)動閥作為其中不可或缺的關鍵設備，主要承擔著干線截斷、緊急放空等任務[1]。某天然氣增壓站采用SHAFER 系列氣液聯(lián)動閥[2-3]，主要型號包括：9870-S、10726-S、10822-S，為確保其安全、平穩(wěn)、可靠運行，需要定期進行維護保養(yǎng)，及時發(fā)現(xiàn)并處理發(fā)生的故障。本文介紹SHAFER 氣液聯(lián)動閥的結構、工作原理及操作方法，并在此基礎上總結維護保養(yǎng)的內(nèi)容及注意事項。結合現(xiàn)場實際，對出現(xiàn)頻次較高的典型故障進行分析，給出可行的解決方案，并對氣液聯(lián)動閥的后期運行提出可行性建議。

1 氣液聯(lián)動閥簡介

1.1 結構

氣液聯(lián)動閥主要由球閥[4]和執(zhí)行機構組成。其中，執(zhí)行機構包括電子控制單元（LineGuard 2200）[5]、提升閥及操作手柄、開路先導閥、關路先導閥、減壓閥、油速調(diào)節(jié)閥、手動換向閥、手動液壓泵、復位手柄、氣液罐、備用氣源罐、擺缸、電磁閥、引壓管和閥位指示器等部分[2-3]（圖1）。

1.2 工作原理

以10822-S 型SHAFER 氣液聯(lián)動執(zhí)行機構為例，它具有就地開關控制（分為就地氣動開關控制和就地手動液壓控制）、遠程開關控制、ESD[6]緊急關斷控制、電子控制單元檢測管線壓力超限后自動關閥控制、ESD 及電子控制單元關閥后的手動復位控制等功能，同時也能保證電子控制單元關閥及ESD 關閥具有最高的優(yōu)先級。

1.2.1 就地手動液壓操作開/關閥門原理

手動液壓操作開關閥門前，先推入操作面板中間部位側面的手動換向閥，并確認所推入的手動換向閥對面的手動換向閥被推出。推入左側帶有OPEN 標識的手動換向閥，并確認右側帶有CLOSE 標識的換向閥為拉出狀態(tài)，為導通開閥油路同時關閉關閥油路，反之，為導通關閥油路同時關閉開閥油路。手動液壓操作的原理類似操作打氣筒，推入手動換向閥后，通過重復上下壓動手動液壓泵操作柄，帶動油泵內(nèi)活塞上下運動，從而將液壓油從氣液罐中吸入到手動液壓泵內(nèi)。液壓油經(jīng)過油路引壓管被壓入到執(zhí)行器中，推動執(zhí)行器內(nèi)旋轉葉片帶動閥桿閥芯動作，直至閥門開關到位。如果閥門開關到位后手動液壓泵操作手柄無法復位，按下手動液壓泵中間的平衡閥按鈕，可以使液壓泵手柄順利復位。

1.2.2 就地氣動操作開/關閥門原理

開閥操作的氣路、油路原理如圖2 所示。面對執(zhí)行機構操作面板，向靠近身體的方向拉住提升閥模塊（11）上左側的開閥手柄（15），此機械式的手柄會將力通過活塞（14）作用在動力梭閥（16）上并將其向內(nèi)推動，梭閥（16）動作后會封鎖住放空管路，同時打開原來被梭閥（16）和動力氣缸活塞（14）封鎖住的密閉空間，使動力氣體經(jīng)過開閥氣路引壓管進入到負責開閥功能的開閥氣液罐（2）。在開閥氣液罐（2）內(nèi)，動力氣體驅動液壓油通過油路引壓管進入執(zhí)行器（1），液壓油推動旋轉葉片逆時針旋轉，旋轉葉片帶動閥桿及閥芯動作。當閥門與執(zhí)行器全部動作完成后，松開手柄（15），梭閥（16）在內(nèi)部彈簧的作用下恢復到初始全封閉的位置，動力氣重新被梭閥（16）和動力氣缸活塞（14）封鎖，同時放空通道打開，開閥氣液罐（2）及開閥氣路內(nèi)的余氣通過帶單向閥的放空引壓管放空（EXHAUST），系統(tǒng)達到新的平衡狀態(tài)。關閥操作與上述過程相反。

圖2 就地手動液壓操作開/關閥門氣路、油路原理

1.2.3 遠程操作開/關閥門原理

遠程操作的氣路、油路原理如圖3 所示。正常關閉狀態(tài)的開閥電磁閥（28）不帶電。當在SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）系統(tǒng)上位機進行遠程開閥操作時，開閥電磁閥（28）得電后通道打開，動力氣體通過引壓管路進入提升閥模塊（11）中左側氣缸內(nèi)活塞（14）前，推動活塞（14）和梭閥（16）動作。梭閥（16）動作后會封鎖住開閥氣液罐（2）和氣路引壓管的放空管路，同時打開原來被梭閥（16）和動力氣缸活塞（14）封鎖住的密閉空間，使動力氣體經(jīng)過開閥氣路引壓管進入到負責開閥功能的開閥氣液罐（2）。在開閥氣液罐（2）內(nèi)，動力氣體驅動液壓油通過油路引壓管進入執(zhí)行器（1），液壓油推動旋轉葉片逆時針旋轉，旋轉葉片帶動閥桿及閥芯動作。當閥門與執(zhí)行器全部動作完成后，行程開關切斷開閥電磁閥（28）電源，開閥電磁閥（28）通道關閉，梭閥（16）前動力氣被切斷后在彈簧的作用下復位，封鎖住梭閥（16）和動力氣缸活塞（14）間的動力氣體，同時開閥氣液罐（2）和氣路引壓管的放空通道打開，開閥氣液罐（2）和開閥氣路引壓管內(nèi)的動力氣體通過放空口（EXHAUST）排出執(zhí)行機構。而關閥操作時，關閥電磁閥（27）得電打開，其他流程與開閥相似，此處不贅述。

圖3 遠程操作開/關閥門氣路、油路原理

1.2.4 ESD 緊急關斷控制原理

ESD 緊急關斷控制的氣路、油路原理如圖4 所示。正常情況下，站控系統(tǒng)[7]給通常閉合的電磁閥（30）常供電，一旦其失去供電，通道將被打開，先導氣經(jīng)過梭閥（29）驅動通常斷開的關閥先導閥（18）動作導通，動力氣經(jīng)過ESD 限位閥（31）、關閥先導閥（18）、梭閥（26）后進入提升閥（11）內(nèi)，推動右側梭閥（16）動作，導通關閥氣路，驅動閥門關閉。另外，ESD 關閥動作的同時，先導氣導通帶有鎖閉功能的導閥（23）導通先導氣，觸發(fā)開路先導閥（22）動作，切斷開閥氣路，以此保證執(zhí)行機構在執(zhí)行ESD 關閥命令的同時，即使再接到開閥命令也不會執(zhí)行開閥操作，從而保證ESD 關閥操作具有最高的優(yōu)先級。

圖4 ESD 緊急關斷控制氣路、油路原理

1.2.5 爆管保護原理

爆管保護的氣路、油路原理如圖5 所示。電子控制單元（20）中配置有壓力傳感器，通過絕緣接頭、引壓管連接至干線管道。當干線管道中天然氣的實際壓力值達到設定的3 個保護條件之一（壓力大于9.5 MPa 或小于2.5 MPa，壓降速率大于等于0.15 MPa/min），且持續(xù)時間達到設定延時（120 s）時，電子控制單元（20）中正常處于關閉狀態(tài)的電磁閥得電、通道打開，導通先導氣。先導氣通過梭閥（29）使關閥先導閥（18）打開，導通動力氣。動力氣將經(jīng)過梭閥（26）進入提升閥右側活塞（14），推動梭閥（16）導通關閥動力氣路，動力氣流經(jīng)關閥氣路引壓管進入執(zhí)行器的關閥氣液罐（3），驅動液壓油通過手動泵（4）和油速調(diào)節(jié)閥（5），進入旋轉葉片執(zhí)行器，驅動旋轉葉片順時針帶動閥桿閥芯轉動，關閉閥門。

圖5 爆管保護氣路、油路原理

1.2.6 鎖定功能（防止開閥）原理

當執(zhí)行ESD 功能或爆管保護功能后，先導氣流同時通過帶有鎖定功能的先導閥（23），此先導閥打開使得正常導通開閥氣路的先導閥（22）斷開，從而切斷開閥氣路。當ESD 或爆管關閥命令執(zhí)行后，旋轉葉片執(zhí)行器將使閥門繼續(xù)處于關閉的位置。具有鎖定功能的先導閥（23）連續(xù)不斷發(fā)出信號切斷開閥氣路，防止動力氣通過氣路驅動旋轉葉片打開閥門。

1.3 操作方法

1.3.1 就地手動液壓泵開/關閥門

開閥門時拍入左側帶有OPEN 標識的手動換向閥按鈕，保證右側帶有CLOSE 標識的關閥換向閥處于拉出狀態(tài)，上下重復壓動手動液壓泵手柄，直至閥門全開，關閥操作與之相反。同時，在操作過程中手動液壓泵手柄需提到最高位置，然后下壓到底，循環(huán)往復。經(jīng)現(xiàn)場實際測試，DN700 的氣液聯(lián)動閥需要反復操作200 次左右方能使球閥全開/全關。

1.3.2 就地氣動開/關閥門

開閥時，拉開提升閥左手柄并保持，觀察閥位指示器逆時針轉至開位，此時可聽到氣流聲明顯減小，松開提升閥左手柄，開閥氣液罐和引壓管內(nèi)余氣排空。關閥則需拉開提升閥右手柄并保持，觀察閥位指示器順時針轉至關位。值得注意的是，如果關閉引壓管閥門，同時拉開提升閥的2 個手柄，將導致備用氣源罐內(nèi)的氣體排空。

1.3.3 遠程開/關閥門

在站控室SCADA 系統(tǒng)上位機流程圖中單擊需要操作的閥門[7-8]，選擇開/關閥命令，選擇手動，然后依次點擊應用、確定即可實現(xiàn)遠程開/關閥門（圖6）。

圖6 遠程開/關閥門

2 維護保養(yǎng)

為了最大限度地避免安全生產(chǎn)事故發(fā)生，延長設備使用壽命，需定期對氣液聯(lián)動閥進行檢查、維護保養(yǎng)，具體頻次、保養(yǎng)內(nèi)容及注意事項見表1。

表1 檢查及維護保養(yǎng)概要

3 典型故障分析處理

SHAFER 氣液聯(lián)動閥在使用的過程中，會出現(xiàn)閥門不動作、擺缸竄油等典型故障。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，總結SHAFER 氣液聯(lián)動閥的典型故障原因及解決辦法（表2）。

表2 典型故障原因及解決辦法

4 運行建議

（1）嚴格執(zhí)行巡檢制度，并按要求進行維護保養(yǎng)。隨時掌握閥門性能狀態(tài)，異常情況及時匯報處理，避免帶病運行。

（2）在大型場站中，會根據(jù)實際需求使用不同型號的氣液聯(lián)動閥，要熟悉各型氣液聯(lián)動閥間的不同點，如10726-S 型及10822-S 型的ESD 復位手柄向上為復位，而9870-S 型的ESD 復位手柄向下為復位。

（3）當帶有鎖定功能的氣液聯(lián)動閥執(zhí)行ESD功能或爆管保護時，將對閥門進行鎖定，而鎖定功能無法上位機復位，只有通過現(xiàn)場人工手動復位進行解鎖。

（4）備用氣源罐上安全閥拆卸校驗時須在備用氣源罐上安裝防爆絲堵，防止灰塵等落入備用氣源罐。如果條件允許，需安裝備用的、檢定合格的安全閥。

（5）對氣液聯(lián)動閥進行ESD 測試及檢修時，需要斷開氣源、放空備用氣源罐內(nèi)余氣，同時要將電子控制單元的輸出端子斷開隔離。

（6）操作氣液聯(lián)動閥前必須先確認場站工藝流程是否正確、周圍環(huán)境是否允許操作、各部件狀態(tài)及顯示的參數(shù)是否正確，不允許單人操作，且在操作過程要平穩(wěn)、緩慢。

（7）氣液聯(lián)動執(zhí)行機構外殼內(nèi)壁最好張貼詳細的操作說明及各部件名稱，保證工作人員嚴格按照要求步驟進行操作，以防誤操作的情況發(fā)生。

（8）補充液壓油最好采用同一型號，分多次補充測量，不要補充太多，否則閥門動作完成后會造成泄放口噴油。

（9）閥室內(nèi)氣液聯(lián)動閥泄放口要通過金屬管道引至閥室外，防止閥門動作后泄放的天然氣在閥室內(nèi)積聚，造成可燃氣體報警器報警，甚至引發(fā)火災、爆炸，造成重大損失。

5 結束語

作為生產(chǎn)過程中不可或缺的設備，氣液聯(lián)動閥在天然氣長輸管道中的作用舉足輕重。詳細介紹某天然氣增壓站采用的SHAFER 氣液聯(lián)動閥的工作原理，并結合現(xiàn)場實際情況，闡述了日常維護保養(yǎng)及典型故障處理的技術要點及注意事項，并對SHAFER 氣液聯(lián)動閥后期的運行提出可行性建議，確保在后續(xù)生產(chǎn)運行中達到保護全線管道安全、防止事故擴大及減少經(jīng)濟損失的目的，同時也為其相關設備的安全、穩(wěn)定、長周期、滿負荷、優(yōu)良運行奠定良好的基礎。