船舶壓載水處理系統(tǒng)中的遙控蝶閥概述

李振偉,李續(xù)光,盧曉偉

(青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司,山東 青島 266101)

根據(jù)《2004年國際船舶壓載水及其沉積物控制和管理公約》,船舶為了滿足D-2壓載水排放性能標準,防止生物入侵,必須安裝壓載水處理系統(tǒng),對壓載水進行滅菌處理來滿足規(guī)范要求。蝶閥由于其本身結構簡單、操作力矩小、安裝空間小,且其流量系數(shù)大、成本較低、性價比高,適用于低壓流體輸送,通過與遙控裝置搭配,可實現(xiàn)遠程遙控開關和調節(jié)功能,滿足船舶壓載水處理系統(tǒng)自動化平穩(wěn)運行要求;因此,遙控蝶閥普遍應用于壓載水處理系統(tǒng)管路中,是其重要組成部分。

壓載水處理系統(tǒng)中常用的主要有開關型和調節(jié)型兩種遙控蝶閥,通常要求兩種遙控蝶閥都帶有手輪,當閥門遙控裝置出現(xiàn)故障時,可以進行手動操作。正常運行情況下,在管路上布置遙控開關型蝶閥能夠減少人力操作、省時省力,不需要船員去現(xiàn)場手動啟閉閥門,大大提高了工作效率,是實現(xiàn)系統(tǒng)自動化的有力保障;遙控調節(jié)蝶閥除了具備基本的開關功能,還起到調節(jié)流量的作用,如壓載水處理系統(tǒng)中布置在自動反沖洗過濾器后的調節(jié)蝶閥既能調節(jié)主管路流量,使主管路流量在壓載水處理系統(tǒng)額定處理范圍內,也能確保自動反沖洗過濾器進行反沖洗時,通過閥門的調節(jié)作用,調節(jié)過濾器出口壓力,提高反沖洗壓差,使過濾器具有良好的反沖洗效果,使系統(tǒng)能更加平穩(wěn)運行[1]。

此外,從系統(tǒng)運行穩(wěn)定和安全方面考慮,規(guī)定遙控蝶閥失去能源后需要進行的動作,提高系統(tǒng)可靠性,減少人為操作;如在次氯酸鈉或其他腐蝕性、氧化性強等介質的管路上布置單作用的遙控開關或調節(jié)蝶閥,當遙控蝶閥失去動力來源時,閥門能夠實現(xiàn)自動關閉,阻斷介質的流動,提高系統(tǒng)的安全性。

1 不同種類遙控蝶閥的原理及特點

目前遙控蝶閥按照閥門驅動型式分為電動遙控蝶閥、氣動遙控蝶閥、液動遙控蝶閥、電液式遙控蝶閥。遙控蝶閥應用普遍,技術也已基本成熟,但是不同類型的驅動方式,原理不同,各有優(yōu)缺點,需要根據(jù)實際運行要求以及現(xiàn)場環(huán)境條件選擇合適的遙控蝶閥。

1.1 電動遙控蝶閥

電動開關蝶閥主要由電動開關執(zhí)行機構、蝶閥和手輪組成,如圖1所示;電動調節(jié)蝶閥主要由電動調節(jié)執(zhí)行機構、蝶閥和手輪組成,如圖2所示;電動執(zhí)行機構常用的電制有直流24 V,交流220,380 V等,信號一般是4～20 mA等模擬量信號。電動開關蝶閥是以電能作為驅動力,電動執(zhí)行機使閥板繞軸在0～90°區(qū)間做旋轉運動;電動調節(jié)蝶閥主要是通過接收4～20 mA模擬量信號來驅動閥板,使閥板到達指定位置,實現(xiàn)較為精確的控制閥門開度[2]。根據(jù)蝶閥的流量特性,閥門閥板在30°～70°區(qū)間運動時,調節(jié)性能最好,能夠達到較為理想的調節(jié)精度,以更好地達到控制流量及流體壓力的目的;在海洋環(huán)境中,由于環(huán)境潮濕,對電氣部件有較大挑戰(zhàn)性,電動蝶閥頻繁動作,故障率會較高,后期維護、保養(yǎng)成本會較高。

圖1 電動開關蝶閥

圖2 電動調節(jié)蝶閥

1.2 氣動遙控蝶閥

氣動開關蝶閥主要由閥體、氣缸、限位開關、電磁閥、空氣調壓過濾器和手動操作器組成,如圖3所示;若閥門需要控制閥門啟閉速度,可增加慢開模塊,慢開模塊可以有效避免由于突然打開閥門,造成的水錘效應,有利于保護設備;氣動調節(jié)蝶閥主要由閥體、氣缸、定位器、空氣調壓過濾器和渦輪(手輪)組成,如圖4所示。氣源壓力為0.6～1.0 MPa,通過空氣調壓過濾器調節(jié)到0.5 MPa左右,進入氣缸,在定位器或限位開關的共同作用下,驅動閥門到指定位置。閥門若要實現(xiàn)精準的調節(jié)動作,需要選擇智能型定位器,而不是機械式調節(jié)的定位器;為了系統(tǒng)安全,氣動閥門失電和失氣時一般會要求閥門保持特定動作,例如氣動單作用蝶閥可要求實現(xiàn)失電、失氣時閥門保持開啟/關閉的狀態(tài),氣動雙作用蝶閥可實現(xiàn)失電閥門開啟/關閉的狀態(tài),失氣時閥門保持原位。

圖3 氣動開關蝶閥

圖4 氣動調節(jié)蝶閥

1.3 電液式遙控蝶閥

電液式蝶閥由閥門、馬達、液壓泵、油箱、控制模塊組成,采用泵控液壓缸的模式,集成到驅動頭內部,使其兼有液壓驅動力矩大、均勻和電氣反應時間短的特點。電液式蝶閥通過電液式執(zhí)行機構中的電機驅動液壓馬達,液壓伺服缸驅動閥門進行轉動。電液式蝶閥是一種“一控一”模式,即一套液壓系統(tǒng)控制一臺蝶閥動作。

1.4 液壓式遙控蝶閥

液壓式遙控蝶閥主要由蝶閥、液壓執(zhí)行機構組成,液壓蝶閥運行還需要液壓泵站、電磁閥箱和蓄壓器等。其工作原理是由液壓泵站將液壓油通過管路輸送到蓄壓器,然后通過電磁換向閥換向、蓄壓器作用等,使液壓油流向特定管路,從而使閥門完成指定動作,完成蝶閥的打開或關閉。液壓式遙控蝶閥屬于“一控多”模式,通過一臺液壓系統(tǒng)控制若干臺蝶閥啟閉,與電液式蝶閥的“一控一”模式有較為明顯區(qū)別;電磁閥箱是液壓蝶閥系統(tǒng)不可缺少的部分,此外還需要布置液壓管路、液壓動力泵等,布置繁瑣、成本較高,但是其受海洋環(huán)境影響小,適合船舶工作環(huán)境,因此,在船舶上被廣泛應用。

2 四種遙控閥門優(yōu)缺點

根據(jù)閥門驅動裝置的作用原理,可分為電動、氣動、液動、電液式遙控蝶閥,4種遙控蝶閥的優(yōu)缺點對比如表1所示[3-5]。

3 船舶壓載水系統(tǒng)中遙控蝶閥的實際應用

在船舶壓載水處理系統(tǒng)中,主要由過濾單元、藥劑生成單元、中和單元三大部分組成。其中過濾單元主要包含自動反沖洗過濾器,過濾海水中的懸浮物,達到一定壓差進行自動反沖洗,在濾器出口設置遙控調節(jié)蝶閥,濾器反沖洗時,遙控蝶閥調節(jié)流量,增大濾器出口壓力,使出口和排污口具有一定反沖洗壓差,確保濾器排污效果,這就需要遙控閥門調節(jié)精度高;在泥沙含量高區(qū)域,調節(jié)閥門動作頻繁,對閥門執(zhí)行機構的要求進一步提高,氣動調節(jié)蝶閥選用智能型定位器,既可以滿足調節(jié)精度要求,也可以滿足閥門動作頻繁和及時性要求;電動式蝶閥雖然安裝簡單,但在船舶海洋環(huán)境中電動執(zhí)行機構可靠性大大降低,不太適應于用在船舶壓載水管理系統(tǒng)中;液壓式遙控蝶閥在船舶中應用廣泛,更多的是滿足開關功能,由于其靠液壓油和管路驅動,反饋不及時,調節(jié)精度也較難把握,不建議在有高調節(jié)精度要求的管線上使用;電液式遙控蝶閥成本較高,目前在船舶上應用條件也不成熟,系統(tǒng)復雜,故障率較高,比較費時費力,不利于船員操作;綜上所述,結合4種遙控蝶閥的特點,在船舶壓載水處理系統(tǒng)中,調節(jié)型閥門選用氣動調節(jié)型蝶閥更合適,開關型閥門可以選擇氣動或液壓遙控型蝶閥[6-8]。

4 結論

船舶安裝壓載水處理系統(tǒng),考慮船舶環(huán)境、閥門性能方面,對于開關型閥門,選擇液壓遙控蝶閥或者氣動開關蝶閥性價比更高,若壓載水處理系統(tǒng)需要調節(jié)閥,動作頻繁,運行穩(wěn)定,且對調節(jié)精度有嚴格的要求,建議選擇氣動調節(jié)蝶閥。氣動蝶閥和液壓蝶閥從成本、安裝、穩(wěn)定性來說,適合在船舶壓載水處理系統(tǒng)中使用,電動蝶閥和電液式蝶閥目前不適合大規(guī)模使用,在船舶上應用故障率較高,且安裝和售后成本較高。