氣動執(zhí)行器在高危泵切斷閥上的應(yīng)用

陳 剛

(中國石化儀征化纖股份有限公司PTA生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900)

在PTA生產(chǎn)中，有很多易燃、有毒有害介質(zhì)需要通過泵輸送，這些高危泵機械密封運行風(fēng)險大、易泄漏、不可控，在機械密封發(fā)生泄漏時，必須迅速切斷泵的進出口閥，以避免事故擴大，而部分大口徑手閥開關(guān)一次需要近20 min，所以須對易燃、有毒有害類物料的高危泵出口閥和入口閥進行改造。以氣動執(zhí)行器進行控制可提高閥門的切斷速度，且距離遠，能降低人員的操作風(fēng)險。

1 氣動執(zhí)行器的原理和特點

氣動執(zhí)行器是一種作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的氣動執(zhí)行元件，是一種把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用相當(dāng)于電動機或液壓馬達，它輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動。在氣壓傳動中使用廣泛的是葉片式、活塞式和齒輪式氣動馬達。

氣動執(zhí)行器是以壓縮空氣為工作介質(zhì)的原動機，它是采用壓縮氣體的膨脹作用，把壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的動力裝置，通常也叫做氣動馬達，如圖1所示。

各類型式的氣動執(zhí)行器盡管結(jié)構(gòu)不同，工作原理也有區(qū)別，但大多數(shù)氣動執(zhí)行器具有以下特點:

a)可以無級調(diào)速。只要控制進氣閥或排氣閥的開度，即控制壓縮空氣的流量，就能調(diào)節(jié)馬達的輸出功率和轉(zhuǎn)速，以達到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和功率的目的。

b)能夠正轉(zhuǎn)也能反轉(zhuǎn)。大多數(shù)氣動執(zhí)行器只要簡單地用操縱閥來改變馬達進排氣方向，即能實現(xiàn)氣馬達輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以瞬時換向。在正反向轉(zhuǎn)換時，沖擊很小，如圖2所示。

圖1 氣動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)

圖2 氣動執(zhí)行器操作示意

氣馬達換向工作的一個主要優(yōu)點是它具有幾乎在瞬時可升到全速的能力。葉片式氣馬達可在一轉(zhuǎn)半的時間內(nèi)升至全速;活塞式氣馬達可以在不到1 s的時間內(nèi)升至全速。利用操縱閥改變進氣方向，便可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的時間短，速度快，沖擊性小，而且不需卸負荷。其結(jié)構(gòu)特征如下:

①具有寬的轉(zhuǎn)矩范圍，輸出轉(zhuǎn)矩從100～80 000 Nm，能更好地匹配不同大小閥門的使用要求;

②提供多種連接方式及尺寸，可以很好地匹配不同尺寸規(guī)格的閥門;

③動力源采用壓縮空氣，設(shè)備整體采用金屬材料，具有安全防爆、耐高溫的特點，適用于各種防爆、高溫、危險場合;

④外殼額定防護等級為塵封、防水的IP65防護等級;

⑤配備手輪及切換裝置，可方便地進行手動操作，操作方法與普通手動閥門一致;

⑥配備限位裝置和開度指示裝置;

⑦配備獨立的氣源控制箱，可在離開閥門的地方操作氣源控制箱內(nèi)的手動換向閥開關(guān)閥門;

⑧執(zhí)行器加裝帶緩沖墊的高度可調(diào)式支承架，避免執(zhí)行器的質(zhì)量及振動對管道的影響。

c)使用空氣作為介質(zhì)，無供應(yīng)上的困難，用過的空氣不需處理，放到大氣中無污染，壓縮空氣可以集中供應(yīng)，遠距離輸送。

氣動執(zhí)行器有兩個進氣口，一個主排氣口。馬達工作時從一個進氣口進氣，則另一進氣口為副排氣口，若需馬達旋轉(zhuǎn)方向改變時，只需將進氣口與副排氣口交換位置即可，所以選用的控制閥必須具備上述功能才能使馬達正常工作。在進行管道布置時，氣源與氣馬達之間的管道通徑(包括管道附件、控制閥、油霧器等)均不得小于與馬達相適應(yīng)的最小內(nèi)徑，且管道不得有嚴重的節(jié)流現(xiàn)象，如圖3所示。管道接頭處應(yīng)牢固、密封，不得有泄漏現(xiàn)象，否則氣動馬達達不到應(yīng)有的工作性能。

圖3 氣源配管圖

d)具有較高的起動力矩，可以直接帶載荷起動，功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬，功率小至幾百瓦，大至幾萬瓦，轉(zhuǎn)速可從0一直到每分鐘萬轉(zhuǎn)。

行程限位非常重要，可避免執(zhí)行器開關(guān)過度對閥門閥體及氣動執(zhí)行器自身造成損傷，更可確保每次開關(guān)閥門可靠。如果沒有配置此裝置，可能會導(dǎo)致以下后果:

①由于氣源壓力的變化導(dǎo)致力矩過大，損壞閥桿或閥門密封面;

②閥門全關(guān)后不能再次開閥，這是因為關(guān)閥時閥板為動摩擦，全關(guān)后再次開閥時閥板為靜摩擦，所以開閥比關(guān)閥力矩大。

2 氣動執(zhí)行器與傳統(tǒng)的氣動馬達的性能比較

PTA裝置以前改造的部分氣動馬達由于缺少過載保護限位裝置，閥門開關(guān)到位后氣動馬達還在繼續(xù)工作，最終導(dǎo)致齒輪損壞。

氣動執(zhí)行器是一種由氣動馬達驅(qū)動的多圈回轉(zhuǎn)執(zhí)行器，吸收國外先進氣動馬達技術(shù)可實現(xiàn)集中遠距離控制閥門啟閉及開度調(diào)節(jié)。直接安裝在閘閥、截止閥等閥桿作多圈回轉(zhuǎn)或直線運動的閥門及其它類似設(shè)備，也可以與蝸輪蝸桿等結(jié)構(gòu)的齒輪箱組合使用于球閥、蝶閥等部分回轉(zhuǎn)的閥門，可以很方便地將手動操作閥門改裝成氣動操作。

工作安全，不受振動、高溫、電磁、輻射等影響，適用于惡劣的工作環(huán)境，在易燃、易爆、高溫、振動、潮濕、粉塵等不利條件下均能正常工作。

有過載保護作用，不會因過載而發(fā)生故障。過載時，馬達只是轉(zhuǎn)速降低或停止，當(dāng)過載解除，立即可以重新正常運轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生機件損壞等故障?？梢蚤L時間滿載連續(xù)運轉(zhuǎn)，溫升較小。

具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、馬力大、操縱容易、維修方便等特點。

3 氣動執(zhí)行器與儀表控制閥性能比較

儀表開關(guān)閥具有遠距離操作、閥門切斷迅速等特點，但是儀表閥氣缸體積較大，安裝空間需求較高，同時投資高，閥門需要送到DCS來操作，需要鋪設(shè)電纜，購買安全柵和DCS卡件等系統(tǒng)資源;控制閥的故障率也較高，還會受到閥門失電、電磁閥故障、DCS安全柵和卡件故障等很多因素的影響，導(dǎo)致閥門誤動作。筆者所在的PTA裝置在PX儲罐區(qū)罐根閥改造過程中，曾經(jīng)遇到正常出料的閥門因為電磁閥失電，造成閥門關(guān)閉而導(dǎo)致裝置停車的情況。

氣動執(zhí)行器安裝體積較小，成本只有同口徑儀表控制閥一半。氣動執(zhí)行器開關(guān)都需要氣源驅(qū)動，每次選擇開或關(guān)以后，閥門動作到位后就處于保持狀態(tài)，不會因為外界因素干擾導(dǎo)致閥門突然關(guān)閉，避免引起生產(chǎn)波動。氣動執(zhí)行器也可以根據(jù)需要，配備防爆電磁閥和回訊器，接入DCS遠程控制閥門，閥位回訊分為開關(guān)二位式和4～20 mA模擬量連續(xù)閥位式。配備閥門控制器可實現(xiàn)4～20 mA模擬量輸入調(diào)節(jié)控制。

4 氣動執(zhí)行器改造注意事項

高危泵截止閥有很多類型，工藝介質(zhì)的工況也不同，例如溫度、壓力、閥門前后壓差等等，需要配置不同型號的氣動執(zhí)行器，選擇合適尺寸和扭矩的氣動執(zhí)行器，既避免投資浪費，還能保證閥門操作正常。

定期維護保養(yǎng)氣動執(zhí)行器，檢查過載保護裝置，確保過載保護裝置起作用，以避免損壞齒輪;定期加潤滑脂，確保傳動裝置潤滑正常;定期排放氣源過濾器，以避免氣源雜質(zhì)進入執(zhí)行器，造成部件磨損。

由于PTA工藝介質(zhì)存在高溫、高壓和強腐蝕性，閥門內(nèi)件長期使用出現(xiàn)沖刷、腐蝕，造成閥門內(nèi)漏，部分閥門無法修復(fù)需要更換新閥。不同廠家生產(chǎn)的工藝閥門蝸輪蝸桿連接尺寸不同，造成與現(xiàn)有的氣動執(zhí)行器連接不上，需要重新加工連接支架，所以申報工藝閥門時，需要提供連接支架螺栓孔距，避免重復(fù)制作連接支架，造成資源浪費。

5 結(jié)語

PTA裝置的高危泵截止閥種類很多，介質(zhì)的壓力等級和閥門口徑也很多，要根據(jù)實際情況選擇不同型號的氣動執(zhí)行器，確保氣動執(zhí)行器的力矩和開關(guān)形式能滿足生產(chǎn)要求。同時高危泵進出口的閥門長期處于全開、全關(guān)狀態(tài)，不需要調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)開度控制，選擇氣動執(zhí)行器的投資成本較低，而且故障率也較低，能夠同時滿足化工裝置的安全要求和生產(chǎn)要求。

通過氣動執(zhí)行器的改造，可以節(jié)約大量的人力成本，原本兩個人操作、耗時近20 min的大口徑閥門，現(xiàn)在只需要1個操作工、不到20 s的時間就可以實現(xiàn)開關(guān)。在出現(xiàn)介質(zhì)泄漏和火災(zāi)等危險情況的時候，還能夠遠距離迅速切斷閥門，以避免事故的擴大。