氣動執(zhí)行器運行風(fēng)險及對策

崔靜艷 王小杰

（河南省中原大化集團有限責(zé)任公司，河南濮陽，457004）

連續(xù)性的工業(yè)生產(chǎn)自動化程度很高，正確分配和穩(wěn)定控制流動介質(zhì)對于生產(chǎn)穩(wěn)定非常重要。對于能量交換和流量、液位等工藝參數(shù)的控制，通常通過應(yīng)用執(zhí)行器完成。在生產(chǎn)現(xiàn)場，許多執(zhí)行器工作條件如溫度、壓力、腐蝕、污染等是高溫、高壓、易腐蝕、易結(jié)晶的惡劣環(huán)境，極易造成執(zhí)行器不動作或者誤動作的情況，導(dǎo)致工藝參數(shù)調(diào)節(jié)難度加大，影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重的甚至造成安全事故。

1 氣動執(zhí)行器

執(zhí)行器是工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)的重要組成環(huán)節(jié)，接收來自控制單元輸出的控制信號，通過改變控制閥的流通面積，調(diào)節(jié)流體流通能力，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。根據(jù)所使用的能源不同，執(zhí)行器分為氣動、電動和液動等類型。其中氣動執(zhí)行器作為重要的控制儀表之一，在石油、化工、電力、冶金等工業(yè)企業(yè)應(yīng)用最廣泛。

1.1 氣動執(zhí)行器控制回路

氣動執(zhí)行器以壓縮空氣為動力源，將輸入控制信號轉(zhuǎn)換為氣壓信號加到氣動執(zhí)行機構(gòu)上進而驅(qū)動閥門，實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)或開關(guān)動作，可選配電氣轉(zhuǎn)換器、閥門定位器、電磁閥、保位閥等附件。其控制/聯(lián)鎖回路如圖1所示，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)如DCS的控制槽路根據(jù)AI模擬輸入（流量、壓力、溫度、液位等被調(diào)參數(shù)）進行PID控制運算，通過AO模擬輸出4mA～20mA控制信號到氣動執(zhí)行器的電氣閥門定位器，轉(zhuǎn)換為定位控制的氣動信號使氣動執(zhí)行器執(zhí)行動作。串接在氣路中的電磁閥用于安全聯(lián)鎖控制，DCS通過DO數(shù)字輸出一個聯(lián)鎖信號控制電磁閥是否帶電進而控制氣路通斷。

1.2 氣動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)

氣動執(zhí)行器有薄膜式和活塞式兩種。常見的氣動執(zhí)行器多為薄膜式，特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格較低廉，但輸出行程較小。薄膜式氣動執(zhí)行器又分有彈簧和無彈簧兩種?，F(xiàn)以常用的有彈簧正作用執(zhí)行器為例說明其工作原理，如圖2所示：當(dāng)信號壓力通過上膜蓋1和薄膜片2組成的氣室時，在膜片上產(chǎn)生一個推力，使推桿8下移并壓縮彈簧9。當(dāng)彈簧的作用力與信號壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡時，推桿穩(wěn)定在一個對應(yīng)的位置。推桿的位移即執(zhí)行器的輸出，也稱行程。

圖1 氣動執(zhí)行器控制/聯(lián)鎖回路示意圖

圖2 氣動薄膜執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖

2 運行風(fēng)險分析

在化工生產(chǎn)過程中，由于氣動執(zhí)行器長期處于高溫、高壓等環(huán)境中，以及動作相對頻繁，故障率相對高一些，容易出現(xiàn)閥桿填料泄漏、連接件脫開、氣管路松動泄漏，造成不動作或者誤動作，中原大化煤化工裝置區(qū)和天然氣裝置區(qū)都曾出現(xiàn)上述情況導(dǎo)致減負(fù)荷或者停車事故。帶有電磁閥的氣動執(zhí)行器很有可能由于電磁閥故障造成氣動執(zhí)行器動作異常，給正常生產(chǎn)帶來極大隱患。針對實際應(yīng)用中遇到的問題，應(yīng)分析氣動執(zhí)行器的運行風(fēng)險來源，以便制定相應(yīng)的措施最大限度減少運行風(fēng)險。

2.1 填料泄漏等常見風(fēng)險

氣動執(zhí)行器閥桿填料泄漏較為常見，還有部件松動、閥體腐蝕、過濾器減壓閥損壞、膜頭泄漏等，針對這些運行風(fēng)險，中原大化儀表公司建立了氣動執(zhí)行器運行的點檢定修制度。針對部件松動、閥體腐蝕、過濾器減壓閥損壞、膜頭泄漏等，中原大化制定了點檢定修制度。

點檢定修就是按照一定的標(biāo)準(zhǔn)、一定周期、對設(shè)備規(guī)定的部位進行檢查，以便早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患，及時加以修理調(diào)整，使設(shè)備保持其規(guī)定功能的設(shè)備管理方法。結(jié)合現(xiàn)場實際并根據(jù)儀表對生產(chǎn)的影響程度、重要性進行分級管理，制定了點檢定修標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的考核辦法。要求點檢員每月5日前對包區(qū)所有儀表按照點檢標(biāo)準(zhǔn)逐一全方位檢查，對點檢數(shù)據(jù)進行匯總分析，找出儀表存在的問題，然后采取“定時間、定責(zé)任人、定整改措施、定資金、定措施”的“五定”方法進行跟蹤將查出的儀表隱患進行徹底解決。點檢定修制度能夠及時發(fā)現(xiàn)儀表隱患，通過五定將隱患消滅于萌芽狀態(tài)，做到儀表設(shè)備的預(yù)知檢修、狀態(tài)檢修。針對氣動執(zhí)行器運行進行的點檢表如表1所示。

表1 執(zhí)行器運行工況檢查表

2.2 執(zhí)行機構(gòu)與電氣元件連接脫開

在化工自動控制系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)執(zhí)行器的準(zhǔn)確定位常將氣動執(zhí)行器與閥門定位器配套使用。定位器接收控制器的輸出信號，產(chǎn)生與之成比例關(guān)系的輸出信號來控制氣動執(zhí)行器。由于化工生產(chǎn)的特殊性，執(zhí)行器會出現(xiàn)由于震動導(dǎo)致與定位器連接脫開的情況。中原大化曾出現(xiàn)上述情況導(dǎo)致的減負(fù)荷或者停車事故，為了吸取事故教訓(xùn)、做到事故的預(yù)知、預(yù)防，進而達到預(yù)治的效果，中原大化儀表公司開展了執(zhí)行器連接部件專項檢查活動。

執(zhí)行器連接部件專項檢查即制定專門的標(biāo)準(zhǔn)和細(xì)則，抽調(diào)專門的工程技術(shù)人員每月按照規(guī)定的檢查內(nèi)容對所負(fù)責(zé)裝置區(qū)內(nèi)所有執(zhí)行器的連接部件進行檢查。檢查完成后，領(lǐng)導(dǎo)對檢查的結(jié)果進行驗收，對檢查出的問題制定整改方案和整改期限責(zé)令相關(guān)責(zé)任人進行整改并根據(jù)相關(guān)考核標(biāo)準(zhǔn)對人員進行獎懲考核。自活動開展以來，中原大化未再出現(xiàn)由于執(zhí)行器與定位器等脫開的情況。執(zhí)行器連接部件專項檢查表如表2所示。

表2 執(zhí)行器連接部件專項檢查表

2.3 電磁閥故障

在氣動執(zhí)行器的氣動信號管路中配置電磁閥，用以實現(xiàn)安全聯(lián)鎖動作。電磁閥接受DCS發(fā)出的聯(lián)鎖信號激勵或釋放電磁閥線圈，改變流路，接通或斷開氣動信號并使氣動執(zhí)行機構(gòu)氣室排空。電磁閥誤動作或線圈燒毀等原因造成氣動執(zhí)行器故障，嚴(yán)重影響生產(chǎn)穩(wěn)定。為了防范電磁閥故障給氣動執(zhí)行器帶來的運行風(fēng)險，將電磁閥單配置改造為雙配置、DCS數(shù)字輸出雙點設(shè)置，形成“與門”控制關(guān)系的雙保險。雙電磁閥聯(lián)鎖原理如圖3所示。閥門定位器輸出的氣動信號經(jīng)過三通接頭連接到電磁閥1、電磁閥2的輸入端，將電磁閥1的排空孔與電磁閥2的輸出孔連接起來，而電磁閥1的輸出接氣動執(zhí)行機構(gòu)氣室。當(dāng)電磁閥1或電磁閥2單獨故障時，氣動信號都能接通到氣動執(zhí)行機構(gòu)，不會造成影響。僅當(dāng)電磁閥1與電磁閥2同時故障時才會徹底斷開氣動信號并使氣動執(zhí)行機構(gòu)氣室壓力經(jīng)電磁閥1和電磁閥2排空，這種兩個電磁閥同時故障的概率比單個出現(xiàn)故障的概率就要低很多。同時，DCS的數(shù)字輸出點要組態(tài)在不同的DO卡上，避免雙電磁閥接在同一卡件上，規(guī)避DCS卡件故障而導(dǎo)致雙電磁閥同時出現(xiàn)問題。

3 結(jié)束語

氣動執(zhí)行器運行的點檢定修和風(fēng)險防范能夠有效降低一般故障率和風(fēng)險，預(yù)知處理填料泄漏、將連接部件松動風(fēng)險消滅于萌芽狀態(tài)，而雙電磁閥改造更是提高了安全系數(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，中原大化儀表公司點檢員平均每人每月能夠發(fā)現(xiàn)并處理執(zhí)行器隱患十余處。正是由于點檢定修制度、專項檢查制度、技術(shù)改造等的不斷實施，中原大化自2012年3月至今未發(fā)生因氣動執(zhí)行器故障而導(dǎo)致生產(chǎn)裝置斷料、減負(fù)荷等情況。

圖3 雙電磁閥改造原理圖

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