SHAFER氣液聯動執行機構維保探討

楊日永，康 亮，彭振華

（中國石油西氣東輸管道公司山西管理處，山西 太原 030001）

隨著西氣東輸管道輸量的逐年增加，作為監控輸氣管線運行重要“保護器”的指標——線路截斷閥的性能顯現出突出的作用，同時，它是確保管道安全平穩高效運行的必要條件。線路截斷閥由美國生產SHAFER氣液聯動執行機構控制執行，它的維護保養逐漸成為設備管理工作中關注的焦點之一。目前，西氣東輸共有SHAFER氣液聯動執行機構327臺，根據維護保養工作中遇到問題的迎刃而解，筆者總結積累了一些經驗。

總體而言，為了使SHAFER閥保持良好的工作狀態，管理人員要做好以下3個方面的工作，即弄清設備原理、做好日常維護、學會處理故障。

1 SHAFER氣液聯動執行機構的組成、原理

1.1 主要組成部分

SHAFER氣液聯動執行機構主要由提升閥氣路控制塊、手動泵裝置、執行器、氣液罐、備用氣源罐、限位開關、LINEGUARD控制箱等部分組成。

圖1 提升閥氣路控制塊內部結構

1.1.1 提升閥氣路控制塊

提升閥氣路控制塊是SHAFER執行機構控制系統的核心，通過控制動力氣進入開或關氣液罐來驅動執行器達到開關閥門的目的。它的主要結構包括：提升閥、提升閥彈簧、推動栓、手柄、一級過濾器、二級過濾器、開、關電磁閥。

1.1.2 手動泵裝置

手動泵的原理類似于打氣筒，通過上下壓動操作柄帶動油泵活塞上下運動，將液壓油從氣液罐中抽到油泵內再壓入執行器中，最大能輸出2 000 psi（約合13.79 MPa）的壓力。在用手動泵進行閥門開關動作的過程中，不需要氣路參與控制，所以當氣路出現故障或執行機構進行檢修時，需要關閉動力源，及時排空儲氣罐內氣體，可以采用這種方法對閥門進行開關。開關閥門時先推入側面手掌按鈕，也就是將開、關選擇接頭推入選擇器內合適位置使得油泵與氣液罐、執行器間油路連通。

手動泵的外部結構和工作原理見圖2。當油泵活塞向上運動時，氣液罐內液壓油依次通過氣液罐選擇器單向閥、抽油單向閥進入活塞缸內；當油泵活塞向下運動時，活塞泵內液壓油通過排油單向閥、選擇器接頭壓入執行器，推動旋轉葉片轉動，使閥門動作。

圖2 手動泵裝置結構及原理

1.1.3 執行器

執行器主要由執行器缸、旋轉葉片和止動器組成，其中僅有旋轉葉片1個活動部件。執行器缸被旋轉葉片和止動器分隔成了4個扇形腔體，相對的兩個扇形腔通過位于上下蓋板的連接通道相互連通。液壓油在高壓氣體或手動油泵的作用下進入執行器缸內開或關腔體，旋轉葉片兩側壓差增大，推動旋轉葉片帶動旋轉葉片中心的傳動軸轉動，帶動閥門動作。

1.1.4 氣液罐

氣液罐的主要作用是存儲液壓油和氣體。正常情況下，當執行機構不動作時，氣液罐通過提升閥氣路控制塊的排污孔和大氣連通，即氣液罐不帶壓。松開氣液罐頂部的卡套接頭和注油堵頭，抽出油尺可以檢查罐內液壓油油位。

1.1.5 備用氣源罐

備用氣源罐通過1個單向閥和1個球閥與管道連接，當管道壓力超過罐內壓力時，即向罐內補充氣體。所以在管道壓力波動不大的情況下，罐內壓力和管道壓力應大致相等。備用氣源罐的主要作用是當失去來自管道的動力氣源時，可以使用儲氣罐內氣體作為動力氣源，見圖3。

圖3 氣液罐、備用氣源罐位置

1.1.6 限位開關

限位開關位于執行器上方，其主要功能是為執行機構開關電磁閥提供24 V電源，接收遠控開關閥信號、發出開關到位的反饋信號等。在日常檢查時，主要的測試點是：限位開關內接線端子1、32間有24 V電壓為遠控開閥命令，接線端子2、32間有24 V電壓為遠控關閥命令；接線端子7、11接通表明執行機構開到位，接線端子8、12接通表明執行機構關到位；接線端子25、27間有約60Ω電阻表示開電磁閥線圈完好，接線端子26、28間有約60Ω電阻表示關電磁閥線圈完好。

1.1.7 LINEGUARD控制箱

LINEGUARD是內部集成管道監視及爆管檢測的自立式系統，提供對單個閥門的數據采集及監督控制，本地操作也可通過SCADA系統遠程操作。

目前，西氣東輸管道上使用的版本為LINEGUARD2200，主要由控制板（Fisher ROC312 Controller)、壓力傳感器、電磁閥、電池組4個部分組成。其主要功能有檢測管道中氣體的壓力、記錄管道中氣體的壓力變化、自動關斷閥門、閥門自動關斷后鎖定（防止開啟）。其工作過程為：每5 s讀取壓力傳感器中管線中介質壓力；然后按照用戶設定時間段（西氣東輸管道設定值為30 s）計算平均壓力；利用平均壓力與設定值（低壓、高壓、壓降速率）比較，當超出設定值范圍時自動關斷閥門；記錄異常壓力值和發生的時間。

1.2 工作原理

目前，在西氣東輸管道中應用的SHAFER氣液聯動執行結構型號很多，但工作原理都基本相同。因為手動泵液壓開關閥門過程中氣路未參與控制，原理比較簡單，所以這里不再做詳細闡述。下面將以在山西管理處使用最多的9870-S型氣液聯動執行機構為例，對就地氣動、遠程氣動和自動關斷的工作原理進行探討，見圖4。

1.2.1 就地氣動（以開閥為例）

就地氣動開閥時，拉下提升閥氣路控制塊上的開操作桿。提升閥16被向上頂起，此時提升閥狀態見圖4中18就地氣動開閥所示，干線天然氣依次通過24、17、9、12，進入開罐，推動旋轉葉片轉動，從而使得傳動軸轉動帶動閥門動作。當閥位指示器指向“開”位置時，松開操作桿，開閥操作完成，就地氣動關閥操作的原理與開閥操作相同。

1.2.2 遠控氣動（以關閥為例）

圖4 SHAFER 9870-S流程

遠控氣動關閥時，北京調控中心給出關閥指令，通過RTU傳至SHAFER氣液聯動執行機構接線頭，電磁閥27打開。干線天然氣依次通過 24、17、9、12、13、27、26，進入提升閥氣路控制塊將提升閥頂起。提升閥被頂起后，來自干線的天然氣經過一級過濾器12過濾后，大部分進入關氣液罐，推動旋轉葉片轉動，為傳動軸帶動閥門動作提供動力；小部分繼續經二級過濾器13過濾后為頂起提升閥提供動力。當閥門關到位時，執行機構發饋一個關到位的信號通過RTU傳至北京調控中心，關閥信號撤消，電磁閥27失電關閉，關閥操作完成，遠控開閥操作原理與遠控關閥操作相同。

1.2.3 自動關斷

LINEGUARD控制系統為SHAFER執行機構提供了自動檢測關斷的功能。當檢測到管道壓力過高、過低或壓降速率過快的情況時，LINEGUARD會控制執行機構自動關斷閥門。當LINEGUARD通過閥25連接的管道檢測到以上3種情況其中任一種時，LINEGUARD控制箱內電磁閥得電打開。經兩級過濾后的天然氣通過調壓閥19將壓力調整為0.8 MPa左右，再通過LINEGUARD控制箱內電磁閥，到達兩路常關氣動閥18使得閥18開啟。干線天然氣依次通過 24、17、9、12、13、18、26，進入提升閥氣路控制塊將提升閥頂起。提升閥被頂起后，來自干線的天然氣經過一級過濾器12過濾后，大部分進入關氣液罐，推動旋轉葉片轉動，為傳動軸帶動閥門動作提供動力；小部分繼續經二級過濾器13過濾，其中一小部分經過調壓閥19調壓后為氣動閥18開啟提供動力，其余氣體為頂起提升閥提供動力。當閥門關到位后，執行機構發饋一個關到位的信號到LINEGUARD控制系統，控制箱內電磁閥失電關閉，氣動閥18關閉，閥門自動關斷操作完成。

2 SHAFER氣液聯動執行機構的日常維護保養

根據山西管理處在維保工作中積累的經驗，在進行日常維護保養時,除了嚴格按照《Q/SY XQ 36-2003SHAFER氣液聯動執行機構操作維護規程》與《ZD 02/SY A/O線路氣液聯動截斷閥操作作業指導書》中的規定執行以外，還應注意以下方面。

（1）對SHAFER執行機構氣液罐油位定期進行檢查時的標準為：關閥狀態下，關罐油位比油尺上白線低約5 cm，以剛好接觸油尺為宜；開罐油位比油尺上白線高約5 cm。開閥狀態下兩氣液罐的油位與之相反，否則應對氣液罐油位進行調整。

（2）應定期對LineGuard控制箱內蓄電池進行檢查。如果蓄電池電壓不足，在失去TEG電源的情況下，由于電壓過低，會造成壓力變送器測量數據偏小，導致電磁閥誤動作，關斷線路截斷閥。

（3）在檢查氣液罐油位或對執行機構進行排污時，首先關閉動力氣源根部球閥，然后排空備用氣源罐內氣體（提升閥氣路控制塊上壓力表指示0 MPa），確認排氣口無氣體排出后再進行操作，以避免因電磁閥損壞使氣液罐帶壓而造成事故。

（4）檢查手動泵系統密封情況。保持手動泵開、關手掌按鈕處在拔出狀態，提起操作手柄壓下，如壓不動，則說明手動泵系統密封良好。

（5）對于露天安裝的SHAFER執行機構，應定期檢查LINEGUARD控制箱是否嚴密關閉，嚴格防止其進水。

（6）當執行機構動作時，可以通過管路表面的結霜情況來簡單判斷氣路走向及該管路是否暢通。

（7）冬季來臨前應對執行機構擺缸進行排污。排污時緩慢旋出擺缸底部4個排污塞，以免液壓油噴出，排污完畢后重新檢查氣液罐內油位。

（8）SHAFER氣液聯動執行機構一般不會出現機械故障。發現故障后為快速處理，應首先檢查執行機構電磁閥、氣動閥及限位開關內接線是否正常。

（9）確認高壓軟管一端安裝在氣液聯動執行機構的排氣孔，另一端引至閥室室外并裝有消聲器，以減少噪聲污染。

3 SHAFER氣液聯動執行機構常見故障的處理方法

除《Q/SY XQ 36-2003SHAFER氣液聯動執行機構操作維護規程》中所列故障及處理方法外，執行機構還有以下這些比較常見的故障，具體現象、原因及處理方法見表1。

表1 常見故障及處理方法