淺析液壓驅(qū)動式SDV閥的調(diào)試

唐清 藍(lán)東 王亮

摘 要：當(dāng)前自動化控制系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性越來越高，安全性在自動化生產(chǎn)過程中尤為重要。其中SDV（shutdown valve）閥主要用于ESD（Emergency shutdown system）系統(tǒng)中，為了保護設(shè)備，一般在設(shè)備的進出口處設(shè)置SDV閥，確保操作的安全性。文章結(jié)合阿布扎比原油管道項目中液壓型SDV閥的應(yīng)用為實例，對液壓型SDV閥的安裝與調(diào)試進行了具體分析和探究，供相關(guān)技術(shù)人員在遇到同類型的閥門安裝調(diào)試時作參考。

關(guān)鍵詞：SDV閥；HPU（液壓驅(qū)動單元）；執(zhí)行機構(gòu)

中圖分類號：：TM62 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0103-02

SDV閥門是緊急保護系統(tǒng)中的控制單元，據(jù)統(tǒng)計阿布扎比原油管道項目共有28臺液壓型SDV閥分別分布在MPS主泵站、IPS中間泵站、MOT末站，SDV閥均設(shè)計為故障關(guān)閉型，在正常生產(chǎn)狀態(tài)下SDV閥必須處于全開狀態(tài)，如果閥門調(diào)試不成功就無法保證閥門處于正常工作狀態(tài)，項目將無法順利投產(chǎn)。

1 SDV液壓型緊急切斷閥的特點

由于阿布扎比原油管道項目采用的液壓型SDV閥主要由三個部分組成：執(zhí)行機構(gòu)、液壓驅(qū)動單元、儲能罐單元，各個組成部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜且儀表點位比較多，涉及的內(nèi)部聯(lián)鎖控制也比較多，對調(diào)試造成一定的困難。

2 SDV閥的工作原理

在這里我首先簡單介紹下SDV閥的工作原理，SDV閥由驅(qū)動單元、儲能罐、執(zhí)行機構(gòu)共3部分組成。驅(qū)動單元負(fù)責(zé)提供動力，啟動油泵將油箱內(nèi)的液壓油輸送至儲能罐內(nèi)并壓縮氮氣進行儲能，儲能罐內(nèi)部氮氣和液壓油由活塞隔離，儲能罐內(nèi)提前預(yù)充135 Bar的氮氣，當(dāng)儲能罐壓力達(dá)到壓力設(shè)定值時自動停泵，然后通過減壓閥調(diào)壓至150 Bar給執(zhí)行機構(gòu)提供油壓，從HPU至Actuator有一路供油線和一路回油線，執(zhí)行機構(gòu)通過一系列的油路控制供油和回油來進行開關(guān)閥門。

3 SDV閥調(diào)試

SDV閥的調(diào)試比較復(fù)雜，調(diào)試過程中會遇到各種各樣的問題。導(dǎo)致這些問題出現(xiàn)的原因也各自不同，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：設(shè)計問題，閥門質(zhì)量問題，施工問題以及控制系統(tǒng)廠家問題。下面我就SDV閥調(diào)試過程中遇到的問題及處理方法進行詳細(xì)的闡述。

①調(diào)試時發(fā)現(xiàn)HPU控制系統(tǒng)沒有供電，由于設(shè)計和廠家溝通不夠，簽訂技術(shù)協(xié)議時澄清的不夠徹底而出現(xiàn)設(shè)計給出HPU電源電纜型號不對。設(shè)計給HPU供電電纜為三芯電纜，但HPU實際需要至少4芯電纜，因為在給油泵供電的同時還需從380 V的交流電中取一路220 V的電源給HPU內(nèi)部自帶電源模塊（220 V AC轉(zhuǎn)24 V DC）供電（如圖1所示），于是只能組織施工隊伍重新敷設(shè)電纜。

②我們發(fā)現(xiàn)HPU在自動狀態(tài)下建立油壓系統(tǒng)時有油泵間斷性的停泵然后立即起泵的現(xiàn)象，經(jīng)過仔細(xì)對比其他SDV閥的情況，我們發(fā)現(xiàn)儲能罐容量小的閥門不會出現(xiàn)類似問題。由于SDV閥大小和儲能罐容量不同，建立油壓系統(tǒng)的時間也會不一樣。由于HPU和儲能罐由不同的廠家提供，HPU廠家并未考慮到儲能罐容量大小的問題，在出廠時將時間繼電器都設(shè)定為30 S，經(jīng)過仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)油泵保護系統(tǒng)中時間繼電器設(shè)定時間短導(dǎo)致油泵反復(fù)啟動。具體分析如下：時間繼電器工作設(shè)定為控制口短路控制+延時特定時間后繼電器觸點斷開，如圖1所示。

①當(dāng)模塊通電后，繼電器出點閉合，端子A1-B1短路后定時t長度啟動、定時指示燈閃爍。

②定時t長度結(jié)束繼電器觸點斷開。

③當(dāng)端子A1-B1斷路后，繼電器觸點閉合。

④當(dāng)端子A1-B1短路后定時t長度啟動、定時指示燈閃爍。

⑤如電源持續(xù)時間小于定時長度t，則已計時長度刪除。

結(jié)合HPU的控制原理圖（如圖2所示）得知，自動狀態(tài)下當(dāng)在時間繼電器設(shè)定時間t內(nèi)未能讓油壓未建立至設(shè)定值時（即壓力開關(guān)PSH設(shè)定值），油泵便會出現(xiàn)停泵后立即起泵的現(xiàn)象。當(dāng)然由圖可知時間繼電器主要是為了防止在手動狀態(tài)下油泵長時間運行，從而起到對泵的保護作用。于是我們針對每一臺SDV閥和儲能罐的大小重新設(shè)定了時間繼電器的時間t，從而避免了這種現(xiàn)象的發(fā)生。

③SDV閥在運行過程中出現(xiàn)油箱液位低且導(dǎo)致油泵停止的現(xiàn)象，針對此現(xiàn)象我們首先想到的便是油路系統(tǒng)存在泄露，仔細(xì)排查后并未發(fā)現(xiàn)泄露點且在調(diào)試前油箱內(nèi)注入了足夠的液壓油。我們將儲能罐和執(zhí)行機構(gòu)的油全部泄壓至油箱以后，油箱液位正常，此時發(fā)現(xiàn)儲能罐預(yù)充的氮氣壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠135 Bar，很明顯儲能罐氮氣出現(xiàn)了泄露。由于工作壓力高，在儲能罐壓力達(dá)到200 Bar時，上部氮氣充氮和壓力測量管路出現(xiàn)了緩慢泄露的情況。重新注氮建立油壓以后檢查處理泄露點以后，此問題得到了解決。

④控制室系統(tǒng)人機界面無法正常檢測到HPU單元的油箱液位和油箱溫度，但是能檢測到儲能罐壓力和輸出壓力。在排除信號線接錯的問題后，我們與SDV閥廠家、西門子廠家研究發(fā)現(xiàn)油箱液位和溫度變送器由HPU自帶的安全柵供電，而儲能罐總壓力和輸出壓力變送器由控制系統(tǒng)安全柵供電。所以可知液位和溫度變送器輸送給控制系統(tǒng)的為有源信號，無需另外供電。西門子廠家將現(xiàn)場信號直接引入AI模塊后能讀到現(xiàn)場數(shù)據(jù)，但是讀數(shù)與現(xiàn)場表頭顯示不一致。我們得知現(xiàn)場安全柵為倍加福KFD2-CRG2-（Ex）1D，現(xiàn)場變送器輸出為4～20 mA電流信號，安全柵將電流信號按線性比例傳輸給控制系統(tǒng)。查閱此型號安全柵資料得知實際初始設(shè)置中輸入端（即測量端）的設(shè)置量程為0～20 mA，與變送器輸入信號存在偏差，這樣就會造成安全柵的實際輸出值與變送器的輸出電流值不成比例，相應(yīng)的控制室人機界面的顯示數(shù)據(jù)就與現(xiàn)場儀表存在偏差。

實際偏差圖如圖3所示，從圖中很明顯可以看出，若將輸入端量程設(shè)置為0～20 mA，則在變送器輸出范圍為4～20 mA時，藍(lán)色線所對應(yīng)的輸出值為人機界面顯示值，灰色線為現(xiàn)場變送器顯示值，很明顯能看出兩者之間存在偏差值。

HPU廠家決定用PACTware軟件通過安全柵自帶的RS232串行接口對安全柵重新進行診斷及參數(shù)設(shè)，使得現(xiàn)在變送器與人機界面顯示數(shù)值能保持一致。

⑤當(dāng)閥門開或是關(guān)的過程中，西門子系統(tǒng)未能檢測到70%和80%的閥位反饋信號。由于這兩個信號均為瞬時開關(guān)量，閥門在開閥和關(guān)閥的過程中，70%和80%的閥門反饋信號均能在盤柜側(cè)用萬用表量到，西門子控制系統(tǒng)存在問題。由于70%和80%的閥位反饋信號均為瞬時數(shù)字量，閥門開關(guān)時速度快，信號本身持續(xù)的時間非常短，特別在小尺寸的SDV閥門顯得尤為突出。與西門子廠家仔細(xì)討論后得到以下結(jié)果：PLC在每個掃描周期中集中一段時間對I/O信號進行處理，這將有可能造成輸入信號丟失。當(dāng)輸入信號在I/O刷新時間尚未到來時發(fā)生變化，則當(dāng)I/O刷新時間到來時因輸入信號的變化卻已過去而造成輸入信號丟失，圖4表示了掃描周期與輸入信號丟失的關(guān)系。

如圖4所示，掃描周期T由t1，t2，t3，t4部分組成。其中，t1為共同掃描時間；t2為外設(shè)掃描時間；t3為用戶程序執(zhí)行時間；t4為I/O刷新時間；tS為輸入信號持續(xù)時間。如果tS

tS≥T

西門子廠家縮短對70%及80%閥位反饋信號的掃描周期由200～100 ms，更改后重新進行測試均能接收到70%及80%的閥位反饋信號。

⑥SDV閥的PST測試功能是為了檢驗閥門在長時間不開關(guān)動作的情況下能否正常工作。其內(nèi)部控制邏輯為按下PST按鈕，閥門開始關(guān)閉，在檢測到80%反饋信號以后閥門會由關(guān)閥轉(zhuǎn)為開閥直到閥門全開，然而我們在調(diào)試小尺寸SDV閥門在進行遠(yuǎn)控PST命令時，閥門在開度為80%～100%的范圍內(nèi)進行反復(fù)開關(guān)動作的問題。與SDV閥及西門子廠家仔細(xì)分析研究發(fā)現(xiàn)是由控制系統(tǒng)給出的PST命令持續(xù)時間過長導(dǎo)致，控制系統(tǒng)給出的遠(yuǎn)控PST命令持續(xù)時間為10 s。大尺寸的閥門行程比較長，從閥門全開狀態(tài)關(guān)閥至80%的時間遠(yuǎn)不止10 s，當(dāng)閥門關(guān)至80%時而轉(zhuǎn)為開閥的狀態(tài)時，PST命令已經(jīng)消失；反之小尺寸的SDV閥門行程小，閥門從全開狀態(tài)關(guān)閥至80%的時間非常短且小于10 s，當(dāng)閥門執(zhí)行PST命令閥門關(guān)至80%后全開，此時控制系統(tǒng)給出的PST命令仍然存在，所以導(dǎo)致閥門重新執(zhí)行PST命令，直至PST命令消失后閥門最終開到全開狀態(tài)。西門子廠家對遠(yuǎn)控PST命令持續(xù)時間更改為1 s后，SDV的PST測試功能正常工作。

4 結(jié) 語

SDV閥門的成功安裝調(diào)試，避免了投產(chǎn)運行中出現(xiàn)的種種問題，為整個工程順利中交打下了基礎(chǔ)，節(jié)省了大量的人力，物力和財力。本文著重總結(jié)了SDV閥門的調(diào)試要點、控制原理及調(diào)試過程中常見的問題，隨著科技的發(fā)展，新設(shè)備、新技術(shù)的不斷使用，在遇到新型的液壓驅(qū)動SDV閥時，我們將借鑒以往的調(diào)試經(jīng)驗避免類似問題的發(fā)生。

參考文獻：

[1] 沈雪松，吳榮珍，熊瑞平.液壓驅(qū)動閥門的控制設(shè)計與探究[J].中國測試技術(shù)，2005，（2）.