氣動(dòng)技術(shù)在防爆區(qū)域的應(yīng)用實(shí)例

王衛(wèi)益

（中海油（南通）港口有限公司，江蘇南通 226009）

0 引言

氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣為介質(zhì)來(lái)傳動(dòng)和控制機(jī)械的一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，由于具有節(jié)能、無(wú)污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和生產(chǎn)線。為了適應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化的需求，氣動(dòng)技術(shù)不斷創(chuàng)新，推出了許多新元件，給用戶(hù)提供了更多、更廣的應(yīng)用空間，使得其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，在許多場(chǎng)合已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的機(jī)械控制、液壓控制、電器控制等形式。隨著科技的發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)將得到更大的發(fā)展并將在工業(yè)自動(dòng)化方面得到更廣泛的應(yīng)用。

1 氣動(dòng)元件的優(yōu)點(diǎn)

（1）氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。介質(zhì)為空氣，較液壓介質(zhì)不易燃燒，所以使用安全。

（2）工作介質(zhì)是取之不盡的空氣。空氣本身不花錢(qián)，排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低。

（3）輸出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸的動(dòng)作速度一般<1 m/s，快于液壓和電氣方式的動(dòng)作。

（4）可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。電器元件的有效動(dòng)作次數(shù)約為百萬(wàn)次，而一般壽命3000萬(wàn)次，某些質(zhì)量好的閥超過(guò)2億次。

（5）利用空氣的壓縮性，可貯存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣。可以短時(shí)間釋放能量，獲得間歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)，還可以實(shí)現(xiàn)緩沖。

（6）全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、防潮的能力，氣動(dòng)方式可在高溫場(chǎng)合使用。

（7）由于空氣流動(dòng)損失小，壓縮空氣可集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送。

2 氣動(dòng)元件的缺點(diǎn)

（1）由于空氣有壓縮性，動(dòng)作速度易受負(fù)載的變化而變化。

（2）在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)候，由于摩擦力占推力的比例較大，氣缸的低速穩(wěn)定性不如液壓缸。

（3）氣缸的輸出力能滿(mǎn)足工作要求，但其輸出力比液壓缸小。

3 發(fā)展趨勢(shì)

氣動(dòng)技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于各行業(yè)，其發(fā)展趨勢(shì)主要有以下7個(gè)方面。

（1）小型化、集成化。有限的空間要求氣動(dòng)元件的外形尺寸盡量小，小型化是主要發(fā)展趨勢(shì)。

（2）組合化、智能化。集成化的目的不單是節(jié)省空間，還有利于安裝、維修和工作的可靠性。

（3）精密化。帶伺服系統(tǒng)的氣缸，即使供氣壓力和所負(fù)的載荷變化，仍可獲得的定位精度。

（4）高速化。為了提高生產(chǎn)率，向高響應(yīng)、高速度方向發(fā)展，提高執(zhí)行元件的工作速度勢(shì)在必行，高速化是必然趨勢(shì)。

（5）高壽命、高可靠性和自診斷功能。氣動(dòng)元件大多用于自動(dòng)生產(chǎn)線上，元件的故障往往會(huì)影響全線的運(yùn)行。為此，對(duì)氣動(dòng)元件的工作可靠性提出了高要求，將氣動(dòng)系統(tǒng)的自診斷功能提到了議事日程上。

（6）機(jī)電一體化。在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)開(kāi)發(fā)各種形式的比例控制閥和電—?dú)獗壤?伺服系統(tǒng)，并且使其性能好、工作可靠、價(jià)格便宜是氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重大課題。

（7）安全性。氣動(dòng)元件的許多使用場(chǎng)合，在工作時(shí)間內(nèi)不能因?yàn)闅鈩?dòng)元件的質(zhì)量問(wèn)題而中斷，否則會(huì)造成巨大損失，因此氣動(dòng)元件的工作可靠性顯得非常重要。

4 氣動(dòng)技術(shù)在日常工作中的應(yīng)用實(shí)例

中海油（南通）港口有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“公司”）是中國(guó)海洋石油總公司旗下一個(gè)危險(xiǎn)石油化學(xué)品的倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)，主要用于危險(xiǎn)化學(xué)品的倉(cāng)儲(chǔ)和轉(zhuǎn)運(yùn)，屬于高危行業(yè)，除了辦公區(qū)域以外的地方都是防火防爆區(qū)域。公司在長(zhǎng)江下游地區(qū)有1個(gè)長(zhǎng)301 m、寬16 m的碼頭，碼頭上有2臺(tái)接卸成品汽柴油的船岸對(duì)接設(shè)備流體裝卸臂，購(gòu)置于2009年，其大臂垂直方向可以在的范圍內(nèi)調(diào)整，水平方向可以作回轉(zhuǎn)變幅（圖1）。由于早期生產(chǎn)的流體裝卸臂設(shè)計(jì)沒(méi)有回轉(zhuǎn)變幅預(yù)警系統(tǒng)，如果在接卸成品油時(shí)一旦船舶走錨或纜繩松脫，船體移動(dòng)出一定的范圍，船員與碼頭工作人員又沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)的情況下，可能會(huì)發(fā)生輸油臂傾覆的設(shè)備事故和化學(xué)品泄入長(zhǎng)江的環(huán)境污染事故，存在安全隱患，因此被列入公司安全整改項(xiàng)目。

為了消除安全隱患，使設(shè)備能適應(yīng)新時(shí)代的要求，需要給輸油臂加裝回轉(zhuǎn)變幅超限預(yù)警裝置，確保輸油臂在靠江那一側(cè)水平變幅達(dá)到時(shí)連續(xù)發(fā)出高音報(bào)警，及時(shí)提醒船岸工作人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、排除安全隱患。

經(jīng)聯(lián)系生產(chǎn)廠家，其現(xiàn)在生產(chǎn)的輸油臂都配有回轉(zhuǎn)變幅報(bào)警裝置，是采用本安型接近開(kāi)關(guān)對(duì)裝卸臂水平回轉(zhuǎn)及內(nèi)外臂夾角極限位置進(jìn)行檢測(cè)（具體檢測(cè)角度依據(jù)裝卸臂設(shè)計(jì)包絡(luò)范圍及現(xiàn)場(chǎng)使用需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)配置），并在裝卸臂立柱上安裝防爆控制箱用于報(bào)警輸出，并且控制箱具有開(kāi)關(guān)線路故障檢測(cè)功能，當(dāng)開(kāi)關(guān)線路故障時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警指示，以提高報(bào)警系統(tǒng)本身的可靠性?？刂葡洳捎孟逻M(jìn)下出式接線，每個(gè)接近開(kāi)關(guān)與控制箱之間采用單根控制電纜外加防護(hù)軟管布線，保證整套系統(tǒng)的防爆及防護(hù)性能滿(mǎn)足碼頭使用要求。對(duì)該輸油臂進(jìn)行改進(jìn)需要3.2萬(wàn)元人民幣/臺(tái)的費(fèi)用，而且改進(jìn)施工需要?jiǎng)佑秒姾浮飧畹裙に?，并且需要重新拉電源到輸油臂邊上供?bào)警控制箱使用。

經(jīng)過(guò)實(shí)地考察研究，在現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)安裝輸油臂。電氣報(bào)警系統(tǒng)需要碼頭無(wú)化學(xué)品船舶進(jìn)行裝卸作業(yè)，需要?jiǎng)踊鹱鳂I(yè)，必須對(duì)動(dòng)火邊緣的管線進(jìn)行吹掃清空等安全措施工作，而且需要重新排布電源線路等配套工作。而碼頭用來(lái)控制儀器儀表動(dòng)作的壓縮空氣和用來(lái)化學(xué)品管道，清空吹掃的氮?dú)舛加泄潭ǖ慕饘俟芫€，這些壓縮氣體管線除了在公司設(shè)備檢修期間停止供氣外，其余時(shí)間是常年不間斷供氣的，而且在輸油臂的近邊就有氣源的接頭。于是考慮用壓縮氣體作為動(dòng)力源來(lái)研發(fā)一套對(duì)輸油臂的報(bào)警系統(tǒng)。

經(jīng)過(guò)查閱資料、學(xué)習(xí)新的氣動(dòng)技術(shù)，初步設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)單的氣動(dòng)報(bào)警原理圖（圖2）。根據(jù)原理圖購(gòu)買(mǎi)了一些氣動(dòng)元件，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了模擬試驗(yàn)（圖3）。

圖3 氣動(dòng)元件

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)氣喇叭根據(jù)要求發(fā)出高分貝報(bào)警音后，開(kāi)始設(shè)計(jì)這套裝置在輸油臂上的安裝支座。考慮到輸油臂的回轉(zhuǎn)支撐是由16個(gè)M20的螺栓固定連接的，可以在回轉(zhuǎn)支撐下安裝固定2個(gè)平面圓弧導(dǎo)軌，作為行程開(kāi)關(guān)的定位裝置，這樣既不改變輸油臂的原有結(jié)構(gòu)，又不需要電焊氣割，只要松開(kāi)原來(lái)回轉(zhuǎn)支承的4個(gè)M20的固定螺母，把2個(gè)平面圓弧軌道的安裝孔套在螺栓上重新緊固螺母就可以了，再利用輸油臂立柱上原有的2個(gè)螺栓來(lái)安裝氣動(dòng)行程閥的固定支架（圖4）。調(diào)節(jié)二位二通機(jī)械閥的固定位置，使輸油臂回轉(zhuǎn)到設(shè)定的變幅范圍后，軌道撞到的閥滾輪上，接通氣源給氣喇叭供氣，使氣喇叭發(fā)出連續(xù)的高音報(bào)警。此外，還在輸油臂下部增設(shè)了手動(dòng)報(bào)警按鈕，確保報(bào)警裝置有效運(yùn)行（圖5）。

圖4 圓弧導(dǎo)軌和固定支架

圖5 施工現(xiàn)場(chǎng)

這次改進(jìn)利用簡(jiǎn)單的氣動(dòng)元件替代了電氣元件，既滿(mǎn)足了防爆的要求又達(dá)到了報(bào)警的效果，讓工作人員和船員在整個(gè)碼頭作業(yè)范圍內(nèi)都能聽(tīng)到報(bào)警信號(hào)。

通過(guò)對(duì)此項(xiàng)輸油臂回轉(zhuǎn)變幅預(yù)警裝置的研究，實(shí)現(xiàn)了利用平面凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位預(yù)警功能，安裝方便、快捷、省時(shí)省力、安全可靠，填補(bǔ)了此類(lèi)設(shè)備在安全預(yù)警方面使用氣動(dòng)技術(shù)的空白，解決了輸油臂無(wú)回轉(zhuǎn)變幅超限預(yù)警的問(wèn)題，優(yōu)化了設(shè)備，消除了安全隱患。

生產(chǎn)廠家用防爆電氣對(duì)公司2臺(tái)流體裝卸臂的預(yù)警裝置升級(jí)改造，不僅需要約6萬(wàn)元人民幣的費(fèi)用，還需要公司自行提供電源、重新敷設(shè)電纜。而公司自己研發(fā)的氣動(dòng)預(yù)警裝置，只是利用簡(jiǎn)單的氣動(dòng)元件來(lái)控制氣喇叭發(fā)聲報(bào)警，2套裝置零配件花費(fèi)不到1000元人民幣，節(jié)約了大筆資金，起到了降本增效的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

從上述氣動(dòng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展發(fā)展方向和應(yīng)用實(shí)例可知，在氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用上有許多工作可做，只要在自己的工作中多動(dòng)腦多實(shí)踐，一定會(huì)有更多的創(chuàng)新突破。先進(jìn)的制造技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐工作中能有效促進(jìn)和提高企業(yè)的科技和生產(chǎn)發(fā)展水平，進(jìn)而提高企業(yè)生產(chǎn)率，有助于企業(yè)在激烈的市場(chǎng)中取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從而在市場(chǎng)中處于優(yōu)勢(shì)地位，也為將來(lái)的工業(yè)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。