干線截?cái)嚅y電控單元故障分析與建議

劉君濤

摘 要：本文介紹了澀寧蘭干線截?cái)嚅y汽車電子控制單元的運(yùn)行機(jī)制，分別闡述了其常見的故障，對(duì)常見故障的分析方法亦做出了簡(jiǎn)單論述，對(duì)氣路連接、壓力變送器、供電系統(tǒng)和電控單元失效故障及其可能造成的結(jié)果進(jìn)行了重點(diǎn)分析，針對(duì)各種故障提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：干線截?cái)嚅y；電控單元；故障；方案

1 前言

干線截?cái)嚅y是為防止管道事故擴(kuò)大、減少環(huán)境污染與管內(nèi)氣體損失，便于維修而在管道沿線安裝的用于截?cái)喙芫€的閥門。從理論上講，澀寧蘭全線干線的截?cái)嚅y閥門上具有電子爆管檢測(cè)裝置，這是配備在Shafer執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的電子單元，截?cái)嚅y可憑借檢測(cè)天然氣管線內(nèi)的壓力，記錄管道內(nèi)氣壓變化值，在短時(shí)間內(nèi)控制閥門的開關(guān)，以此來(lái)及時(shí)自動(dòng)中斷命令，防止管道泄漏，從而快速有效地控制截?cái)嚅y，以達(dá)到管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2 閥室電子單元的工作原理

2.1 部件組成

Lineguard2200型電控單元主要由Fisher ROC300系列遠(yuǎn)程控制器、電磁閥、電池組和壓力變送器四部分組成，使用以Windows為基礎(chǔ)的軟件Roclink，用以監(jiān)控壓力、記錄數(shù)據(jù)和控制閥門。

HPG系統(tǒng)為國(guó)產(chǎn)爆管檢測(cè)系統(tǒng)，同樣由遠(yuǎn)程控制器、電磁閥、電池組和壓力變送器四部分組成，使用可以在Windows環(huán)境下運(yùn)行的HPGlink軟件，與Lineguard2200型電控單元一樣具有壓力監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)記錄和閥門控制功能，能夠?qū)aniel modbus協(xié)議的信息進(jìn)行處理。同時(shí)用戶還可以自行配置相關(guān)參數(shù)。

2.2 檢測(cè)原理

首先，我們?cè)O(shè)定一個(gè)取樣周期，在每5秒記錄一次兩種檢測(cè)系統(tǒng)的壓力傳感器對(duì)管線壓力值的基礎(chǔ)上，計(jì)算出其壓力的平均值。當(dāng)觸動(dòng)警報(bào)值時(shí)，控制器便會(huì)發(fā)出警報(bào)。當(dāng)平均壓力或其壓降速率達(dá)到關(guān)斷值且關(guān)斷報(bào)警超過(guò)180秒后控制器則會(huì)進(jìn)行關(guān)斷，在電磁閥作用下，氣路疏通，由此讓執(zhí)行系統(tǒng)借助氣缸中的動(dòng)力進(jìn)行關(guān)斷。其中，用戶可自行設(shè)定電控單元的警報(bào)參數(shù)值、延遲時(shí)間等，控制器和CF卡會(huì)完整保存報(bào)警記錄。

3 故障類型和分析方法

3.1 按故障影響分類

從閥門的關(guān)斷是否對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生直接影響看，一般性故障、失效故障和誤關(guān)斷故障是電控單元的三大主要失效故障。其中，一般性故障是指系統(tǒng)某一部分元件失效或不滿足運(yùn)行條件，但系統(tǒng)仍然可以執(zhí)行和檢測(cè)管線超壓、破管等情況；失效故障是指不能執(zhí)行和檢測(cè)管線超壓、破管等情況；誤關(guān)斷故障是指管道在正常情況下執(zhí)行關(guān)斷命令導(dǎo)致中斷輸氣，這時(shí)只有及時(shí)處置，才能維持管道的正常運(yùn)行，保持安全性。

3.2 按故障部位分類

從硬件故障角度看，按照電子控制單元的故障位置分類，大體上包括氣路連接、壓力傳感器失效、主板硬件以及供電等方面的故障。從軟件故障角度看，程序丟失、主板數(shù)據(jù)漂移也能夠造成故障。除此之外，電控單元的固有缺陷同樣會(huì)使監(jiān)控功能失效。筆者主要從氣路連接故障、壓力傳感器失效、供電故障和電控單元自身失效進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決方法。

4 故障原因分析及對(duì)策

4.1 壓力傳感器失效

壓力傳感器連線虛接、斷開或其固有故障所產(chǎn)生的測(cè)量值如果有偏差就會(huì)致使壓力檢測(cè)值失真。例如，澀寧蘭全線爆管檢測(cè)系統(tǒng)配置Rosemount 3051TG，這一系列的壓力變送器采用兩線制結(jié)構(gòu)，變送器準(zhǔn)確度達(dá)到0.5級(jí)，量程在0～10MPa。在實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)，變送器的測(cè)量值或偏大或發(fā)生故障，由此導(dǎo)致壓力測(cè)量值超出報(bào)警限值，造成閥門關(guān)斷。

為解決此類故障，我們需定期檢定變送器，并在檢定作業(yè)時(shí)進(jìn)行必要的清洗，以此保障傳感元件不被雜質(zhì)侵襲。除此之外，HPG系統(tǒng)本身具有壓力變送器失效檢測(cè)功能，Lineguard2200系統(tǒng)可通過(guò)加載與之相應(yīng)配套的補(bǔ)丁程序進(jìn)行檢測(cè)，其原理是關(guān)注壓力變送器的高低壓狀況。當(dāng)壓力變送器失效，系統(tǒng)將通過(guò)初始化壓力變送器或重新熱啟動(dòng)ROC來(lái)使壓力變送器恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。

在電控單元中增加監(jiān)測(cè)程序以求監(jiān)測(cè)電源電壓。如果電源電壓在壓力變送器正常工作電壓值的10.5V以下，該功能將使電控單元的自動(dòng)關(guān)斷功能失效（如果系統(tǒng)正在下發(fā)關(guān)閥命令，則等待閥門全關(guān)到位之后系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷功能失效），直至電源電壓恢復(fù)到正常工作范圍。

4.2 電控單元失效

當(dāng)出現(xiàn)以下兩種情況時(shí)，電控單元失效。第一，當(dāng)系統(tǒng)電源電壓低于10.5V時(shí)，電源電壓檢測(cè)程序或太陽(yáng)能控制器工作，使得電控單元自動(dòng)關(guān)斷功能失效或電控單元自動(dòng)休眠，失去對(duì)干線截?cái)嚅y的緊急關(guān)斷功能。第二，當(dāng)電控單元本身存在故障時(shí)，會(huì)發(fā)出誤關(guān)斷命令到氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，導(dǎo)致關(guān)斷截?cái)嚅y，進(jìn)而致使管道系統(tǒng)產(chǎn)生安全隱患。為防止上述問(wèn)題產(chǎn)生，澀寧蘭管線提出了相應(yīng)的解決方案，即在RTU程序中新增單獨(dú)的壓力監(jiān)測(cè)功能。

RTU控制器與電控單元組成主備控制器，共同檢測(cè)天然氣管線的壓力，確保在管道泄漏時(shí)及時(shí)且自動(dòng)進(jìn)行關(guān)斷，以此快速關(guān)斷截?cái)嚅y來(lái)排除危險(xiǎn)。該方案中，如果RTU控制器失效，則DO1無(wú)輸出，KR繼電器線圈掉電，常閉觸點(diǎn)M2閉合，電控單元控制器接管控制權(quán)，由DO3口控制電磁閥的開關(guān)；當(dāng)RTU控制器工作正常時(shí)，DO1輸出，KR通電閉合，常開觸點(diǎn)M1接通，RTU控制器接管控制權(quán)，DO2開關(guān)電磁閥。

5 總結(jié)

閥室電控單元失效故障大都是由于壓力變送器、蓄電池、接線等故障所致，在對(duì)全線電控單元加裝壓力變送器失效監(jiān)測(cè)程序、電源電壓監(jiān)測(cè)程序以及太陽(yáng)能控制器后，澀寧蘭未出現(xiàn)過(guò)干線截?cái)嚅y誤關(guān)斷事件，說(shuō)明之前所采取的改進(jìn)措施成效顯著。同時(shí)，在RTU閥室中針對(duì)電控單元失效事件提出了專門的整改意見，進(jìn)一步提高了干線截?cái)嚅y的安全性和可控性。

參考文獻(xiàn)

[1]楊雪富，賴河平，徐淑鳳.輸氣干線截?cái)嚅yLineGuard 2200電控單元故障探討[J].中國(guó)科技博覽，2014（21）：385-385.

（作者單位：中石油管道聯(lián)合有限公司西部管道蘭州輸氣分公司）