氣液聯(lián)動(dòng)閥的維護(hù)保養(yǎng)與典型故障處理

杜 凱，遲百川

（1.河北中博能源集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000；2.國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司山東省分公司，山東濟(jì)南 250101）

0 引言

近年來，天然氣長輸管道事業(yè)發(fā)展迅猛，氣液聯(lián)動(dòng)閥作為其中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，主要承擔(dān)著干線截?cái)?、緊急放空等任務(wù)[1]。某天然氣增壓站采用SHAFER 系列氣液聯(lián)動(dòng)閥[2-3]，主要型號(hào)包括：9870-S、10726-S、10822-S，為確保其安全、平穩(wěn)、可靠運(yùn)行，需要定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理發(fā)生的故障。本文介紹SHAFER 氣液聯(lián)動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)、工作原理及操作方法，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)維護(hù)保養(yǎng)的內(nèi)容及注意事項(xiàng)。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，對出現(xiàn)頻次較高的典型故障進(jìn)行分析，給出可行的解決方案，并對氣液聯(lián)動(dòng)閥的后期運(yùn)行提出可行性建議。

1 氣液聯(lián)動(dòng)閥簡介

1.1 結(jié)構(gòu)

氣液聯(lián)動(dòng)閥主要由球閥[4]和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電子控制單元（LineGuard 2200）[5]、提升閥及操作手柄、開路先導(dǎo)閥、關(guān)路先導(dǎo)閥、減壓閥、油速調(diào)節(jié)閥、手動(dòng)換向閥、手動(dòng)液壓泵、復(fù)位手柄、氣液罐、備用氣源罐、擺缸、電磁閥、引壓管和閥位指示器等部分[2-3]（圖1）。

1.2 工作原理

以10822-S 型SHAFER 氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，它具有就地開關(guān)控制（分為就地氣動(dòng)開關(guān)控制和就地手動(dòng)液壓控制）、遠(yuǎn)程開關(guān)控制、ESD[6]緊急關(guān)斷控制、電子控制單元檢測管線壓力超限后自動(dòng)關(guān)閥控制、ESD 及電子控制單元關(guān)閥后的手動(dòng)復(fù)位控制等功能，同時(shí)也能保證電子控制單元關(guān)閥及ESD 關(guān)閥具有最高的優(yōu)先級(jí)。

1.2.1 就地手動(dòng)液壓操作開/關(guān)閥門原理

手動(dòng)液壓操作開關(guān)閥門前，先推入操作面板中間部位側(cè)面的手動(dòng)換向閥，并確認(rèn)所推入的手動(dòng)換向閥對面的手動(dòng)換向閥被推出。推入左側(cè)帶有OPEN 標(biāo)識(shí)的手動(dòng)換向閥，并確認(rèn)右側(cè)帶有CLOSE 標(biāo)識(shí)的換向閥為拉出狀態(tài)，為導(dǎo)通開閥油路同時(shí)關(guān)閉關(guān)閥油路，反之，為導(dǎo)通關(guān)閥油路同時(shí)關(guān)閉開閥油路。手動(dòng)液壓操作的原理類似操作打氣筒，推入手動(dòng)換向閥后，通過重復(fù)上下壓動(dòng)手動(dòng)液壓泵操作柄，帶動(dòng)油泵內(nèi)活塞上下運(yùn)動(dòng)，從而將液壓油從氣液罐中吸入到手動(dòng)液壓泵內(nèi)。液壓油經(jīng)過油路引壓管被壓入到執(zhí)行器中，推動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)旋轉(zhuǎn)葉片帶動(dòng)閥桿閥芯動(dòng)作，直至閥門開關(guān)到位。如果閥門開關(guān)到位后手動(dòng)液壓泵操作手柄無法復(fù)位，按下手動(dòng)液壓泵中間的平衡閥按鈕，可以使液壓泵手柄順利復(fù)位。

1.2.2 就地氣動(dòng)操作開/關(guān)閥門原理

開閥操作的氣路、油路原理如圖2 所示。面對執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作面板，向靠近身體的方向拉住提升閥模塊（11）上左側(cè)的開閥手柄（15），此機(jī)械式的手柄會(huì)將力通過活塞（14）作用在動(dòng)力梭閥（16）上并將其向內(nèi)推動(dòng)，梭閥（16）動(dòng)作后會(huì)封鎖住放空管路，同時(shí)打開原來被梭閥（16）和動(dòng)力氣缸活塞（14）封鎖住的密閉空間，使動(dòng)力氣體經(jīng)過開閥氣路引壓管進(jìn)入到負(fù)責(zé)開閥功能的開閥氣液罐（2）。在開閥氣液罐（2）內(nèi)，動(dòng)力氣體驅(qū)動(dòng)液壓油通過油路引壓管進(jìn)入執(zhí)行器（1），液壓油推動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉片逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)葉片帶動(dòng)閥桿及閥芯動(dòng)作。當(dāng)閥門與執(zhí)行器全部動(dòng)作完成后，松開手柄（15），梭閥（16）在內(nèi)部彈簧的作用下恢復(fù)到初始全封閉的位置，動(dòng)力氣重新被梭閥（16）和動(dòng)力氣缸活塞（14）封鎖，同時(shí)放空通道打開，開閥氣液罐（2）及開閥氣路內(nèi)的余氣通過帶單向閥的放空引壓管放空（EXHAUST），系統(tǒng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)。關(guān)閥操作與上述過程相反。

圖2 就地手動(dòng)液壓操作開/關(guān)閥門氣路、油路原理

1.2.3 遠(yuǎn)程操作開/關(guān)閥門原理

遠(yuǎn)程操作的氣路、油路原理如圖3 所示。正常關(guān)閉狀態(tài)的開閥電磁閥（28）不帶電。當(dāng)在SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）系統(tǒng)上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程開閥操作時(shí)，開閥電磁閥（28）得電后通道打開，動(dòng)力氣體通過引壓管路進(jìn)入提升閥模塊（11）中左側(cè)氣缸內(nèi)活塞（14）前，推動(dòng)活塞（14）和梭閥（16）動(dòng)作。梭閥（16）動(dòng)作后會(huì)封鎖住開閥氣液罐（2）和氣路引壓管的放空管路，同時(shí)打開原來被梭閥（16）和動(dòng)力氣缸活塞（14）封鎖住的密閉空間，使動(dòng)力氣體經(jīng)過開閥氣路引壓管進(jìn)入到負(fù)責(zé)開閥功能的開閥氣液罐（2）。在開閥氣液罐（2）內(nèi)，動(dòng)力氣體驅(qū)動(dòng)液壓油通過油路引壓管進(jìn)入執(zhí)行器（1），液壓油推動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉片逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)葉片帶動(dòng)閥桿及閥芯動(dòng)作。當(dāng)閥門與執(zhí)行器全部動(dòng)作完成后，行程開關(guān)切斷開閥電磁閥（28）電源，開閥電磁閥（28）通道關(guān)閉，梭閥（16）前動(dòng)力氣被切斷后在彈簧的作用下復(fù)位，封鎖住梭閥（16）和動(dòng)力氣缸活塞（14）間的動(dòng)力氣體，同時(shí)開閥氣液罐（2）和氣路引壓管的放空通道打開，開閥氣液罐（2）和開閥氣路引壓管內(nèi)的動(dòng)力氣體通過放空口（EXHAUST）排出執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而關(guān)閥操作時(shí)，關(guān)閥電磁閥（27）得電打開，其他流程與開閥相似，此處不贅述。

圖3 遠(yuǎn)程操作開/關(guān)閥門氣路、油路原理

1.2.4 ESD 緊急關(guān)斷控制原理

ESD 緊急關(guān)斷控制的氣路、油路原理如圖4 所示。正常情況下，站控系統(tǒng)[7]給通常閉合的電磁閥（30）常供電，一旦其失去供電，通道將被打開，先導(dǎo)氣經(jīng)過梭閥（29）驅(qū)動(dòng)通常斷開的關(guān)閥先導(dǎo)閥（18）動(dòng)作導(dǎo)通，動(dòng)力氣經(jīng)過ESD 限位閥（31）、關(guān)閥先導(dǎo)閥（18）、梭閥（26）后進(jìn)入提升閥（11）內(nèi)，推動(dòng)右側(cè)梭閥（16）動(dòng)作，導(dǎo)通關(guān)閥氣路，驅(qū)動(dòng)閥門關(guān)閉。另外，ESD 關(guān)閥動(dòng)作的同時(shí)，先導(dǎo)氣導(dǎo)通帶有鎖閉功能的導(dǎo)閥（23）導(dǎo)通先導(dǎo)氣，觸發(fā)開路先導(dǎo)閥（22）動(dòng)作，切斷開閥氣路，以此保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)在執(zhí)行ESD 關(guān)閥命令的同時(shí)，即使再接到開閥命令也不會(huì)執(zhí)行開閥操作，從而保證ESD 關(guān)閥操作具有最高的優(yōu)先級(jí)。

圖4 ESD 緊急關(guān)斷控制氣路、油路原理

1.2.5 爆管保護(hù)原理

爆管保護(hù)的氣路、油路原理如圖5 所示。電子控制單元（20）中配置有壓力傳感器，通過絕緣接頭、引壓管連接至干線管道。當(dāng)干線管道中天然氣的實(shí)際壓力值達(dá)到設(shè)定的3 個(gè)保護(hù)條件之一（壓力大于9.5 MPa 或小于2.5 MPa，壓降速率大于等于0.15 MPa/min），且持續(xù)時(shí)間達(dá)到設(shè)定延時(shí)（120 s）時(shí)，電子控制單元（20）中正常處于關(guān)閉狀態(tài)的電磁閥得電、通道打開，導(dǎo)通先導(dǎo)氣。先導(dǎo)氣通過梭閥（29）使關(guān)閥先導(dǎo)閥（18）打開，導(dǎo)通動(dòng)力氣。動(dòng)力氣將經(jīng)過梭閥（26）進(jìn)入提升閥右側(cè)活塞（14），推動(dòng)梭閥（16）導(dǎo)通關(guān)閥動(dòng)力氣路，動(dòng)力氣流經(jīng)關(guān)閥氣路引壓管進(jìn)入執(zhí)行器的關(guān)閥氣液罐（3），驅(qū)動(dòng)液壓油通過手動(dòng)泵（4）和油速調(diào)節(jié)閥（5），進(jìn)入旋轉(zhuǎn)葉片執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉片順時(shí)針帶動(dòng)閥桿閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉閥門。

圖5 爆管保護(hù)氣路、油路原理

1.2.6 鎖定功能（防止開閥）原理

當(dāng)執(zhí)行ESD 功能或爆管保護(hù)功能后，先導(dǎo)氣流同時(shí)通過帶有鎖定功能的先導(dǎo)閥（23），此先導(dǎo)閥打開使得正常導(dǎo)通開閥氣路的先導(dǎo)閥（22）斷開，從而切斷開閥氣路。當(dāng)ESD 或爆管關(guān)閥命令執(zhí)行后，旋轉(zhuǎn)葉片執(zhí)行器將使閥門繼續(xù)處于關(guān)閉的位置。具有鎖定功能的先導(dǎo)閥（23）連續(xù)不斷發(fā)出信號(hào)切斷開閥氣路，防止動(dòng)力氣通過氣路驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉片打開閥門。

1.3 操作方法

1.3.1 就地手動(dòng)液壓泵開/關(guān)閥門

開閥門時(shí)拍入左側(cè)帶有OPEN 標(biāo)識(shí)的手動(dòng)換向閥按鈕，保證右側(cè)帶有CLOSE 標(biāo)識(shí)的關(guān)閥換向閥處于拉出狀態(tài)，上下重復(fù)壓動(dòng)手動(dòng)液壓泵手柄，直至閥門全開，關(guān)閥操作與之相反。同時(shí)，在操作過程中手動(dòng)液壓泵手柄需提到最高位置，然后下壓到底，循環(huán)往復(fù)。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際測試，DN700 的氣液聯(lián)動(dòng)閥需要反復(fù)操作200 次左右方能使球閥全開/全關(guān)。

1.3.2 就地氣動(dòng)開/關(guān)閥門

開閥時(shí)，拉開提升閥左手柄并保持，觀察閥位指示器逆時(shí)針轉(zhuǎn)至開位，此時(shí)可聽到氣流聲明顯減小，松開提升閥左手柄，開閥氣液罐和引壓管內(nèi)余氣排空。關(guān)閥則需拉開提升閥右手柄并保持，觀察閥位指示器順時(shí)針轉(zhuǎn)至關(guān)位。值得注意的是，如果關(guān)閉引壓管閥門，同時(shí)拉開提升閥的2 個(gè)手柄，將導(dǎo)致備用氣源罐內(nèi)的氣體排空。

1.3.3 遠(yuǎn)程開/關(guān)閥門

在站控室SCADA 系統(tǒng)上位機(jī)流程圖中單擊需要操作的閥門[7-8]，選擇開/關(guān)閥命令，選擇手動(dòng)，然后依次點(diǎn)擊應(yīng)用、確定即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開/關(guān)閥門（圖6）。

圖6 遠(yuǎn)程開/關(guān)閥門

2 維護(hù)保養(yǎng)

為了最大限度地避免安全生產(chǎn)事故發(fā)生，延長設(shè)備使用壽命，需定期對氣液聯(lián)動(dòng)閥進(jìn)行檢查、維護(hù)保養(yǎng)，具體頻次、保養(yǎng)內(nèi)容及注意事項(xiàng)見表1。

表1 檢查及維護(hù)保養(yǎng)概要

3 典型故障分析處理

SHAFER 氣液聯(lián)動(dòng)閥在使用的過程中，會(huì)出現(xiàn)閥門不動(dòng)作、擺缸竄油等典型故障。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，總結(jié)SHAFER 氣液聯(lián)動(dòng)閥的典型故障原因及解決辦法（表2）。

表2 典型故障原因及解決辦法

4 運(yùn)行建議

（1）嚴(yán)格執(zhí)行巡檢制度，并按要求進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。隨時(shí)掌握閥門性能狀態(tài)，異常情況及時(shí)匯報(bào)處理，避免帶病運(yùn)行。

（2）在大型場站中，會(huì)根據(jù)實(shí)際需求使用不同型號(hào)的氣液聯(lián)動(dòng)閥，要熟悉各型氣液聯(lián)動(dòng)閥間的不同點(diǎn)，如10726-S 型及10822-S 型的ESD 復(fù)位手柄向上為復(fù)位，而9870-S 型的ESD 復(fù)位手柄向下為復(fù)位。

（3）當(dāng)帶有鎖定功能的氣液聯(lián)動(dòng)閥執(zhí)行ESD功能或爆管保護(hù)時(shí)，將對閥門進(jìn)行鎖定，而鎖定功能無法上位機(jī)復(fù)位，只有通過現(xiàn)場人工手動(dòng)復(fù)位進(jìn)行解鎖。

（4）備用氣源罐上安全閥拆卸校驗(yàn)時(shí)須在備用氣源罐上安裝防爆絲堵，防止灰塵等落入備用氣源罐。如果條件允許，需安裝備用的、檢定合格的安全閥。

（5）對氣液聯(lián)動(dòng)閥進(jìn)行ESD 測試及檢修時(shí)，需要斷開氣源、放空備用氣源罐內(nèi)余氣，同時(shí)要將電子控制單元的輸出端子斷開隔離。

（6）操作氣液聯(lián)動(dòng)閥前必須先確認(rèn)場站工藝流程是否正確、周圍環(huán)境是否允許操作、各部件狀態(tài)及顯示的參數(shù)是否正確，不允許單人操作，且在操作過程要平穩(wěn)、緩慢。

（7）氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)外殼內(nèi)壁最好張貼詳細(xì)的操作說明及各部件名稱，保證工作人員嚴(yán)格按照要求步驟進(jìn)行操作，以防誤操作的情況發(fā)生。

（8）補(bǔ)充液壓油最好采用同一型號(hào)，分多次補(bǔ)充測量，不要補(bǔ)充太多，否則閥門動(dòng)作完成后會(huì)造成泄放口噴油。

（9）閥室內(nèi)氣液聯(lián)動(dòng)閥泄放口要通過金屬管道引至閥室外，防止閥門動(dòng)作后泄放的天然氣在閥室內(nèi)積聚，造成可燃?xì)怏w報(bào)警器報(bào)警，甚至引發(fā)火災(zāi)、爆炸，造成重大損失。

5 結(jié)束語

作為生產(chǎn)過程中不可或缺的設(shè)備，氣液聯(lián)動(dòng)閥在天然氣長輸管道中的作用舉足輕重。詳細(xì)介紹某天然氣增壓站采用的SHAFER 氣液聯(lián)動(dòng)閥的工作原理，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，闡述了日常維護(hù)保養(yǎng)及典型故障處理的技術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)，并對SHAFER 氣液聯(lián)動(dòng)閥后期的運(yùn)行提出可行性建議，確保在后續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行中達(dá)到保護(hù)全線管道安全、防止事故擴(kuò)大及減少經(jīng)濟(jì)損失的目的，同時(shí)也為其相關(guān)設(shè)備的安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)良運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。