油氣回收裝置電動(dòng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)淺析

李磊(中海石油葫蘆島精細(xì)化工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

輕質(zhì)油品在裝卸車過程中會(huì)有大量的油氣會(huì)揮發(fā)，蒸發(fā)的油氣主要成分為丁烷、戊烷、苯、二甲苯、乙基苯等氣態(tài)混合物，這些揮發(fā)的油氣不但因油品裝車時(shí)油品損耗造成使資源浪費(fèi)，而且因油氣揮發(fā)排入大氣同空氣混合產(chǎn)生燃易爆氣體帶來現(xiàn)場(chǎng)安全隱患，同時(shí)揮發(fā)的油氣也給大氣造成環(huán)境污染。當(dāng)油氣混合物中的某些成分被紫外線照射以后會(huì)與空氣中其他氣體發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，形成毒性更大的有害污染物，這對(duì)裝卸車作業(yè)人員的身體健康也會(huì)造成嚴(yán)重危害，尤其夏季這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。為了消除安全隱患、貢獻(xiàn)更高的環(huán)境空氣質(zhì)量及充分提高油品回收率創(chuàng)造利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，我公司上了一套江蘇惠利特有限公司的氣體回收系統(tǒng)裝置，使上述不利因素現(xiàn)象得到了極大改觀。

1 油氣回收工作原理和工作過程

油氣回收的原理是利用一種對(duì)油品有的獨(dú)特吸附能力的吸附材料活性炭和一定的工藝來完成的，當(dāng)油氣的混合物流過活性炭(特殊吸附材料)表面時(shí)大量的烴組分將被這種特殊的吸附材料吸附到表面，直到達(dá)到吸附飽和為止，由于活性炭的特性是單位體積有著極大的表面積，所以可以有效地吸附油氣中的烴組分，由于這種特殊的活性炭對(duì)空氣的吸附能力很差不容易吸附，所以當(dāng)油氣的混合物通過這種活性炭后油氣混合物中的烴組分與空氣就得到了很好的分離，最后吸附飽和了烴類的活性碳中再通過一定的工藝方法(如降壓處理)將活性碳中的烴類油份分離出來即達(dá)到油氣回收的目的。我公司引進(jìn)的是由江蘇惠利特環(huán)保設(shè)備有限公司制造的一套變壓吸附流程的油氣吸附系統(tǒng)裝置，整套系統(tǒng)裝置由PLC與操作站通過網(wǎng)絡(luò)通信完成程序控制，操作站的人機(jī)界面設(shè)有整個(gè)系統(tǒng)控制流程圖，主界面如圖1所示。由操作員通過遠(yuǎn)程監(jiān)視及控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)有登錄窗口，“自動(dòng)運(yùn)行”“時(shí)間控制”“調(diào)試模式”“手動(dòng)模式”“系統(tǒng)報(bào)警”“數(shù)據(jù)查詢”“歷史曲線”“參數(shù)設(shè)定”模式。

這套裝置的工藝過程是由兩個(gè)交替起吸附、脫附作用的A罐、B罐組成，當(dāng)A罐處于吸附過程時(shí)，另一個(gè)B罐則處于脫附過程。以圖中目前狀態(tài)來說，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)來的油氣通過風(fēng)機(jī)C-101、電動(dòng)三通閥進(jìn)入吸附狀態(tài)的罐B后，在B罐內(nèi)被活性碳所吸附，直至吸附到飽和，而未被吸附的空氣則通過活性炭后經(jīng)排空口排入大氣。同時(shí)當(dāng)B罐處于吸附過程時(shí)A罐則處于脫附過程，脫附過程是通過一個(gè)真空泵P-101對(duì)A罐進(jìn)行降壓抽真空，即將A罐內(nèi)吸附在活性炭上的油組分與活性炭進(jìn)行分離的過程，這個(gè)過程含有兩個(gè)非常重要的作用：(1)使分離后的活性炭可以再重復(fù)利用，被稱為活性碳再生；(2)將油氣分子從活性炭上分離出來。分離出來的油氣分子被真空泵P-101抽出，并經(jīng)管道從吸收塔T-101中部自下而上的進(jìn)入吸收塔與塔內(nèi)自上而下的噴淋吸收用的同類油品進(jìn)行逆向接觸完成吸收過程。 而這整改過程是由時(shí)間程序控制系統(tǒng)來使兩個(gè)罐(A罐、B罐)交替完成吸、脫附過程，從而達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)的目的。

圖1 油氣回收工藝流程

2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成及作用

本氣體回收系統(tǒng)裝置中的控制閥全部采用的是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，型號(hào)是ITQ-0350與ITQ-0100，其生產(chǎn)商是由江蘇惠利特環(huán)保設(shè)備有限公司自己制造的調(diào)節(jié)閥與韓國(guó)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組裝而成[1]。

在我廠這套氣體回收裝置中共有5臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，位號(hào)分別是MHV-01，MHV-02，MHV-03，EBV-01，EBV-02，其中MHV-01，MHV-02，MHV-03擔(dān)負(fù)著氣體回收系統(tǒng)的A罐、B罐的吸附、脫附的切換作用，而EBV-01，EBV-02控制吸附塔液面，它們的穩(wěn)定工作是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的最重要設(shè)備，雖然是兩位式控制，但它的靈敏度、角行程、密封性、扭矩等指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行都有非常重要考究，靈敏度不行影響閥的開、關(guān)閉時(shí)間，角行程不夠影響閥門的密封性，角行程限位不好影響閥的壽命，密封性不好直接影響脫附效果。因此每臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)氣體回收這套系統(tǒng)的正常運(yùn)行都起著關(guān)鍵性的作用。

3 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥運(yùn)行中存在的問題

3.1 故障現(xiàn)象

油氣回收系統(tǒng)的位號(hào)MHV-01，MHV-02，MHV-03這3個(gè)電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行A罐、B罐進(jìn)行吸附、脫附切換作用的重要設(shè)備，要根據(jù)工藝程序控制的需要進(jìn)行頻繁的狀態(tài)切換。這種頻繁動(dòng)作會(huì)使調(diào)節(jié)閥的各種動(dòng)作部件的負(fù)荷率增加而出現(xiàn)故障，往往會(huì)在工作過程中突然出現(xiàn)不工作現(xiàn)象，在維修檢查時(shí)用手輪將閥門轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后重新啟動(dòng)程序閥門就又能轉(zhuǎn)動(dòng)，但旋轉(zhuǎn)到某一固定角度后就不再動(dòng)了，再重復(fù)上述維修過程其結(jié)果同樣出現(xiàn)[2]。為了徹底弄清這種情況的故障對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了拆解后發(fā)現(xiàn)，造成這種故障的原因是由離合器箱內(nèi)的銅質(zhì)螺旋齒輪磨損壞，可以看到螺旋齒輪大部分齒磨損嚴(yán)重，其中一處位置的齒已磨平，所以當(dāng)螺旋齒輪旋轉(zhuǎn)到磨平此磨平位置時(shí)與蝸桿已不能咬合，因此電動(dòng)調(diào)節(jié)閥才會(huì)出現(xiàn)上述故障時(shí)如第一條所描述的現(xiàn)象。

3.2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)動(dòng)作原理

基于此原因我們仔細(xì)的研究了電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)工作原理進(jìn)行了剖析，電動(dòng)機(jī)減速后首先通過編號(hào)9的第一傳動(dòng)桿(1st Drive shaft)將力矩傳遞到離合器機(jī)構(gòu)中的編號(hào)22的螺旋齒輪(Belical gear)使其轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再由這個(gè)螺旋齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)編號(hào)10的第二傳動(dòng)桿(2st Drive shaft)轉(zhuǎn)動(dòng)，最后由第二傳動(dòng)桿帶動(dòng)與調(diào)節(jié)閥桿相連編號(hào)13的渦輪(worm gear)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥桿一個(gè)扭力使閥門轉(zhuǎn)動(dòng)到開或關(guān)的位置。

3.3 PLC對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的控制原理

本氣體回收裝置PLC對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的控制原理非常簡(jiǎn)單，當(dāng)PLC將信號(hào)送給馬達(dá)1號(hào)線時(shí)，馬達(dá)正轉(zhuǎn)閥開，當(dāng)PLC將信號(hào)送給馬達(dá)2號(hào)線時(shí)，馬達(dá)反轉(zhuǎn)閥關(guān)，3號(hào)線是公共端，假如當(dāng)PLC給一個(gè)關(guān)閥信號(hào)時(shí)B罐與真空泵連同，A罐與真空泵被截止，當(dāng)關(guān)閥信號(hào)使閥門達(dá)到全關(guān)位置并觸發(fā)極限開關(guān)時(shí)，極限開關(guān)將閥門狀態(tài)信號(hào)反饋給PLC，PLC接到指令切斷關(guān)閥信號(hào)1使關(guān)閥動(dòng)作停止，因而完成一次調(diào)節(jié)動(dòng)作過程。同理完成開閥動(dòng)作。

4 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥故障原因分析

造成這一故障現(xiàn)象的原因主要有以下五方面原因：

第一是設(shè)備制造方面的原因，由于這種電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是由江蘇惠利特公司采用韓國(guó)執(zhí)行器組合而成，因此廠家在設(shè)計(jì)制造這款調(diào)節(jié)閥時(shí)有可能存在組合設(shè)計(jì)不合理因素，如執(zhí)行器選型等。制造與安裝工藝不到位，如組裝定位有偏差、調(diào)節(jié)閥盤根過緊造成閥門開閉扭矩過大使齒輪摩擦力增加；

第二是調(diào)校方面，閥門在投用前限位調(diào)試不合適造成閥門已開或關(guān)到位，因限位回訊不到位造成PLC不能發(fā)出停止命令，而使第一傳動(dòng)桿繼續(xù)加力使第一傳動(dòng)桿與螺旋齒輪摩擦力增加從而使摩擦損耗加大；

第三是閥門維護(hù)保養(yǎng)潤(rùn)滑不夠，如閥內(nèi)有積物沒有及時(shí)清理造成閥門在關(guān)，調(diào)節(jié)閥盤根調(diào)整不合適或潤(rùn)滑不好也是造成扭力傳遞過大從而增大了摩擦損耗的原因。

第四是離合器箱內(nèi)潤(rùn)滑油臟污，潤(rùn)滑油內(nèi)有磨損的顆粒狀物質(zhì)，使第一傳動(dòng)桿與螺旋齒輪摩擦損耗加速；

第五是螺旋齒輪材質(zhì)，因螺旋齒輪材質(zhì)是銅質(zhì)較軟，在與第一傳動(dòng)桿摩擦期間將首先被磨損壞。

5 針對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥存在結(jié)構(gòu)缺陷問題的改進(jìn)方法

本條是本論文論述的重點(diǎn)。對(duì)于本氣體回收裝置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥可能存在的設(shè)計(jì)及制造缺陷的改進(jìn)方法是，就現(xiàn)有的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，利用氣動(dòng)活塞式執(zhí)行器取代電動(dòng)執(zhí)行器的可行性進(jìn)行探討，這主要基于以下六點(diǎn)看法。

(1)零配件采購(gòu)不易，周期長(zhǎng)，價(jià)格高。因電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行器為韓國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品，齒輪損壞后需要代理商從韓國(guó)訂購(gòu)，采購(gòu)周期長(zhǎng)價(jià)格高，曾經(jīng)因齒輪損壞等配件使我們的氣體回收裝置停用一個(gè)多月，是公司減少了應(yīng)得的利潤(rùn)效益。

(2)電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)麻煩。因電動(dòng)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換元件后的調(diào)校定位較難，因極限開關(guān)調(diào)整與閥門極限位調(diào)整不方便需反復(fù)進(jìn)行，工作量較大。

(3)采用氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。采用氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣為能源，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推力大、本質(zhì)防爆、價(jià)格便宜、維修方便等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而它被廣泛地應(yīng)用在石油、化工、冶金、電力等工業(yè)調(diào)節(jié)執(zhí)行設(shè)備上作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因而它是本裝置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上執(zhí)行器最理想的替代設(shè)備。

(4)氣源取用方便。氣體回收系統(tǒng)裝置緊鄰向其他生產(chǎn)單元提供儀表凈化風(fēng)的管廊，因此改造時(shí)不需要長(zhǎng)距離的儀表風(fēng)線配管，能方便地把儀表凈化風(fēng)引入到氣動(dòng)執(zhí)行器附近為其提供能源。

(5)技術(shù)改造易行、費(fèi)用不高。根據(jù)本裝置的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的電氣原理圖，我們可以看出，PLC輸出兩路信號(hào)，分別是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開閥信號(hào)與關(guān)閥信號(hào)，為兩位式控制，沒有復(fù)雜的控制要求，這就使改造變得簡(jiǎn)單易行，每臺(tái)閥只需購(gòu)置一套扭矩力與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器一樣的氣動(dòng)活塞式執(zhí)行器并配備相應(yīng)的開、關(guān)電磁閥和一只配套的極限開關(guān)就可達(dá)到與原電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的相同工作目的，并且氣動(dòng)活塞式執(zhí)行器國(guó)內(nèi)有很多成熟的生產(chǎn)廠家。

(6)壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便、簡(jiǎn)單。氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，只要保證相應(yīng)的密封及潤(rùn)滑就能長(zhǎng)周期的可靠工作。

基于以上幾點(diǎn)原因，我認(rèn)為根據(jù)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上執(zhí)行器與閥體連接的螺孔距、閥桿連接形式、原電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的扭矩要求來確定氣動(dòng)活塞式執(zhí)行器的選型，并根據(jù)上述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的電氣工作原理，按技術(shù)改進(jìn)后的電氣接線圖進(jìn)行配置接線即可到達(dá)原電動(dòng)執(zhí)行器相同的工作目的，特別是對(duì)極限開關(guān)的調(diào)整要求已降到了最低，且調(diào)整非常方便。

6 結(jié)語

如果通過對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)成功，可以降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)備的故障率，使日常維護(hù)變得簡(jiǎn)單，有效地降低裝置的維護(hù)成本，能有效提高油氣回收利潤(rùn)，能大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)。