手動閥門自動化升級實例技術分析

中圖分類號：TE978 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)23-0181-04

Abstract:According totheregulationsoftheMinistryofEmergencyManagement，emergencyshut-offvalvesshouldbe instaledinallinletandoutletpipesconnectedtolargestoragetanksinserviceinoilandgasstoragecompanies.Inorderto controlthesafetyhazardsofcrudeoilstoragetankvalvesatalandterminalof CNOOC，pneumaticactuators wereinstalledon9 manualvalvestotransformthemintoemergencyshutoffvalves.Byanalyzingthecharacteristicsoftheactuator，adual-acting pneumaticactuatorwasselectedforinstalation.Thedual-actingactuatorissuitableforlarge-diametervalveoperation，isfast andsuitableforsevereworkingcondions.Themanualvalvewastransformedintoanemergencyshutoffvalveonlinewithout stopping production.Aftertesting，theinletandoutletvalvesofthecrudeoilstoragetankcouldbecompletelyclosedwithin50 seconds.ThetransformedvalvecompliedwiththeregulationsoftheEmergencyManagementDepartmentandachievedtheeffect of controlling hidden dangers.

Keywords:automation; emergency shut-off; pneumatic actuator; manual valve; caliber

在過去二三十年里，中國海洋石油行業蓬勃發展，建造了大量海上石油平臺[。海洋石油平臺采出油后，在平臺上進行初步脫水、脫氣等處理，通過海管運輸至陸地終端，進行原油的再處理，處理合格的原油運往下游煉廠。海洋石油平臺和陸地終端大部分的設計使用壽命為 20a ，一批始建于20世紀的海上石油平臺和陸地終端達到了使用壽命，海上石油設備設施進入老齡化時代[2]。現階段海上石油老舊設備設施隱患治理是海洋石油領域內的熱點問題[3-5]。

中海油內某終端處理廠有3臺容積為 50000m³ 的原油儲罐和2臺容積為 20000m³ 的原油儲罐，這5臺原油儲罐底部進出口閥門為手動平板閘閥，只能人工現場操作，不具備緊急切斷功能，不符合應急管理部《油氣儲存企業緊急切斷系統基本要求》以及GB

50074—2014《石油庫設計規范》的要求。油氣儲存企業在役大型地上常壓儲罐(公稱直徑大于或等于 30m 或公稱容積大于或等于 10000m³ 的儲罐，不含低溫儲罐)，所有與儲罐直接相連的工藝物料進出管道上均應設置緊急切斷閥。為治理原油儲罐隱患，決定對5臺原油儲罐共計9臺手動平板閘閥進行緊急切斷閥的改造。

將手動閥門通過加裝氣動執行機構改造為氣動閥技術已經成熟，本文通過對各種執行機構的特點進行分析，選擇合適的執行機構進行緊急切斷閥的改造，使改造后的閥門符合相關規范要求，消除現場安全隱患。

1現有閥門基礎數據

中海油某終端廠現有5臺原油儲罐進出油閥門需要進行緊急切斷功能改造，其基礎數據見表1。

表1現有儲罐及閥門基礎數據

按照應急管理部《油氣儲存企業緊急切斷系統基本要求》，本次手動平板閘閥改造后需具備故障關的

緊急切斷功能。

2 執行機構選型

2.1電動執行機構與氣動執行機構選型

目前應用于閥門上的執行機構主要分為電動執行機構和氣動執行機構2大類，其主要結構特點見表2。

表2執行機構類型及特點

由于本次改造為原油儲罐進出油口閥門改造，按規范要求改造為故障關的緊急切斷閥，對于控制精度要求不高，結合現場實際情況，因此本次選用加裝氣動執行機構進行閥門自動化改造。

2.2 氣動執行機構選型

目前閥門應用于閥門的氣動執行機構分為單作用和雙作用2種[12-14]，其主要結構和特點見表3。

表3氣動執行機構類型及特點

由于本次執行機構加裝在原油儲罐底部閥門處，且閥門尺寸較大需要力矩大，結合實際工況和上表數據，最終選擇加裝雙作用氣動執行機構。雙作用帶儲氣罐氣動執行器對比于單作用帶彈簧執行器能夠提供更大的輸出力矩，輕松應對大口徑閥門的開關操作，且響應速度快，定位精度高3。單作用帶彈簧模式，彈簧長期受壓，容易失去彈性導致故障時無法關閉閥門。

2.3儲氣罐氣量計算

以DN700閥門加裝氣動執行機構用氣量計算為例，根據波義耳定律，有

式中： d 為氣動執行機構氣缸直徑， d=6.5dm;L 為執行機構行程， L=7.3dm;N 為儲氣罐供其斷氣后能動作次數， N=2;b 為氣缸最低要求氣源壓力， b=0.7MPa;a 為空壓機開機壓力， a=0.4MPa V 為所求儲氣罐容積。

將以上數據代入公式，得出 V=645.96L ，乘以安全系數1.5，最終儲氣罐氣量為968.94L，DN700閥門加裝的氣動執行機構最終選用 1000L 氣罐。儲氣罐的存在使得執行器在氣源故障時仍能保持閥門位置，提高了系統的可靠性和安全性。

3手動閥門加裝氣動執行機構改造與工藝

3.1手動閥門加裝氣動執行機構改造

確定閥門改造位置，將對應的氣動執行機構倒運至安裝位置。在安裝氣動執行機構前，確保儲罐沒有相關集輸任務，將原有手動平板閘閥調整至完全打開或完全關閉的狀態，以便于后期加裝好氣動執行機構之后，調試氣動執行機構動作是否到位，防正執行機構已達限位位置后，閥門仍不能完全打開或關閉。

減速機拆除：如圖1所示，做好上述準備工作后，首先，將原有手動平板閥門的手輪機構進行拆除，在減速機下方有8顆螺栓，用扳手將其擰下來，然后緩緩將減速機拆卸下來放在一邊，同時做好防塵措施，防止塵土進入閥體，然后將減速機和原閥門之間的墊片進行拆除。

圖1減速機拆卸

氣動執行機構安裝：如圖2所示，將新的墊片安裝在閥座上，將氣動執行器吊裝到閥門上方，主軸與絲桿對接后執行器支架與固定支架相連，確保與固定支架之間的連接牢固可靠。在安裝過程中，應注意對角均勻地擰緊螺栓或螺母，以避免產生額外的應力。

可通過圍堰外的手操閥控制進入鎖止閥的氣路通斷，來控制氣動執行機構的開關，其中易熔塞的作用是在高溫或失火情況下，溫度升高，將進入鎖正閥的氣路終斷，以此達到緊急狀態下原油儲罐閥門緊急切斷功能。

圖3氣路設計圖

圖2氣動執行機構安裝

氣管線連接：圖3是氣路設計圖紙，根據圖紙進行現場布管，管線接頭需要密封良好。如圖3所示，將主氣源與信號氣源和執行器儀表面板正確連接。

圖4氣源接入圖

其中，如圖4所示，氣源入口在圍堰外，通過管線連接，將氣路分為2路。圖5是氣罐走向圖，一路經過單向閥進入儲氣罐作為驅動氣和信號氣，然后從儲氣罐出來進入過濾減壓閥后進入氣控閥，給氣動執行機構的氣缸提供動力，經過過濾減壓閥后連接三通，接入電磁閥，然后連接鎖止閥，之后連接氣控閥，用來控制氣動執行機構開關。正常工況下電磁閥常開，氣路一直通暢至鎖止閥，此時閥門為打開狀態，可以通過遠程電信號控制電磁閥，然后控制氣路到鎖止閥的通斷，一旦通往鎖止閥的氣路斷開，閥門關閉[19]。

如圖6所示，另外一路氣源作為信號氣。經過圍堰外的手操閥，再經過易熔塞，氣路進入鎖止閥，人員

圖5氣罐走向圖

電纜連接：根據氣動執行器的電氣接線圖，連接控制電纜和信號電纜，檢查回路的絕緣電阻，從氣動執行機構上防爆接線盒出來的兩路電纜分別為閥位信號纜和電磁閥控制纜，將2路電纜連接至中控。確保電纜接線正確、牢固，避免接線錯誤或松動導致的故障。功能檢查：在接通氣源前，對氣動執行器進行功能檢查。確保執行器的各項功能正常，無卡澀或異常聲音。調試與驗收：調試過程中，要仔細觀察氣動執行器的動作情況和反饋信號，通過對手操閥和中控遠程電磁閥對閥門自動切斷功能進行測試，閥門由完全打開至完全關閉總用時為 50s ，符合應急管理部《油氣儲存企業緊急切斷系統基本要求》，達到了本次隱患治理效果。

圖6氣動執行機構原理圖

3.2手動閥門加裝氣動執行機構工藝

根據圖3氣路圖，改造后的閥門工藝如下： ① 執行器工作原理為電磁閥得電，電磁閥打開通氣通過鎖正閥給予氣控閥信號，然后閥門打開，電磁閥失電，電磁閥切換，鎖止閥給予氣控閥信號閥門關閉。 ② 發生電故障時，電磁閥失電，鎖止閥得到信號，則閥門關閉。 ③ 發生氣故障時，鎖止閥得到失氣信號，則閥門關閉。 ④ 發生火災時，易熔塞高溫打開，鎖止閥得到失氣信號，則閥門關閉。 ⑤ 需要緊急人工切斷時，打開手操閥，鎖止閥得到失氣信號，則閥門關閉。

綜上，本次手動閥門加裝氣動執行機構改造為緊急切斷閥，符合應急管理部《油氣儲存企業緊急切斷系統基本要求》，氣動執行機構應為故障關(FC）型。

4結論

閥門原位加裝執行機構改造為自動閥，使手動閥升級為自動閥，實現自動化控制[2。本文通過對執行機構的特點進行分析，對原位手動閥門加裝氣動執行機構，使其具備緊急切斷功能，實踐得出以下結論： ① 通過對電動執行機構和氣動執行機構特點進行分析，確定本次加裝雙作用氣動執行機構，其適用于大口徑閥門操作，動作迅速，反應快，且適用于惡劣工況。 ② 對手動閥門在線加裝雙作用氣動執行機構，不用停產即可實施，連接氣路管線和電路線纜，實現了原油儲罐閥門的緊急切斷功能。 ③ 對加裝后的閥門進行測試，閥門緊急切斷時間為 50s ，達到了本次隱患治理效果。

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