一種新型氣動緊急關斷閥應用實例

徐　鎮，楊　帆，左方晨

（1.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州730000；2.中海油天津化工研究設計院有限公司；天津300131）

一種新型氣動緊急關斷閥應用實例

徐鎮1，楊帆1，左方晨2

（1.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州730000；2.中海油天津化工研究設計院有限公司；天津300131）

介紹了一種應用于氣液兩相分離器的氣動緊急關斷閥，通過對氣動緊急關斷閥氣動控制回路的特殊設計，使其具有了開啟迅速，儀表風可回收的功能，滿足了項目的設計要求。該氣動緊急切斷閥開關穩定，提高了生產過程的安全性。

氣液兩相分離器；氣動緊急關斷閥；儀表風回收；集成式

四川某高含硫氣田投產初期產出的天然氣含酸液，產出的天然氣需要先經過井口臨時分酸分離器將天然氣中的酸液分離，經由分離器液相出口管線將酸液排至酸液緩沖罐，由罐車將酸液緩沖罐中的酸液運至污水處理站進行處理。井口臨時分酸分離器屬于高壓設備，而酸液緩沖罐為低壓設備，為防止下游低壓設備超壓，故在井口臨時分酸分離器液相出口管線設置氣動緊急切斷閥作為安全保護單元［1-3］，緊急切斷閥采用彈簧復位單作用執行器。分離器處在防爆區域內，且儀表風為純凈天然氣，以電磁閥作為氣控回路主要控制元件的此類關斷閥在關斷時儀表風氣體直接排放至現場，在儀表風為天然氣的情況下不能在防爆區域內使用，也不滿足此項目對關斷閥開啟時間≤3S的要求。

本文介紹的新型氣動緊急切斷閥，采用集成化、模塊化設計［5-6］。在常規氣動緊急關斷閥的氣控回路上增加了氣控閥、單向閥等元器件［4］，集成后的關斷閥其開啟及關閉時動作迅速，動作時排出的儀表風天然氣可由一路外接管線回收，性能突出、安全可靠，滿足現場使用條件。

1　常規的氣動緊急關斷閥在此項目中應用存在的問題及分析

常規的氣動緊急關斷閥主要由執行器、限位開關、過濾減壓閥、電磁閥等組成（圖1）。在該氣控回路中，兩位三通電磁閥作為氣路主要控制元件，當電磁閥得電時，氣缸向右側壓縮彈簧，球閥開啟并保持此狀態，當發生突發情況，電磁閥失電，氣缸在彈簧作用下返回，球閥迅速關閉。這種結構的緊急關斷閥在此項目中應用存在一些問題。

圖1　常規氣動緊急關斷閥氣路原理圖

1）開啟速度慢。電磁閥的口徑一般都較小，受到這一因素的影響，氣體通過電磁閥進入氣缸的速度受到限制，導致氣缸動作的速度緩慢，閥開啟速度慢。達不到此項目要求的3秒內需迅速開啟的要求。

2）存在安全隱患。常規的氣動緊急關斷閥在關閉時，氣缸在彈簧作用下返回，儀表風氣體會通過電磁閥就地排放，此項目氣動儀表的儀表風為純凈天然氣，排出的天然氣導致生產場合存在極大的安全隱患。

2　新型氣動緊急關斷閥組成及工作原理

這種新型的氣動緊急關斷閥由過濾減壓閥、電磁閥、止回閥、氣控閥、快排閥、氣動執行器、限位開關和球閥組成［7］（圖2）。

1）過濾減壓閥。除去儀表風氣體中的油、水、塵等雜質，同時使壓力平穩的輸出，保證壓力穩定［8］。

2）電磁閥。通過線圈的得電與失電完成氣路換向，用于控制氣控閥。

3）止回閥。儀表風氣體只可單向通過，不能夠逆向流通。

圖2　凈化天然氣供氣氣路原理圖

4）氣控閥。加壓控制的兩位3通氣動換向閥（圖2），A接氣源，R接排氣側，P接快排閥，無壓力作用時A、R導通。當電磁閥得電壓縮空氣作用于氣控閥，A、P導通，儀表風迅速進入氣缸，氣控閥達到快開的目的。

圖3　氣控閥原理圖

5）快排閥。安裝在氣控閥與氣缸之間，P接氣源，A接執行器，T接排氣側（圖4）。當P有壓縮空氣輸入時，推動閥芯右移，P與A通，給執行器供氣；當P無壓縮空氣輸入時，執行器中的氣體通過A使閥芯左移，堵住P、A通路，同時打開A、T通路，氣體通過T快速排出。快排閥加快了氣缸往復運動速度，使得關斷閥可以迅速關閉。

圖4　快排閥原理圖

6）氣動執行器。采用彈簧復位單作用氣缸，氣源進入時推動活塞，客服彈簧壓力，氣缸推動閥桿逆時針運動，閥門打開。供氣壓力失去，彈簧推動活塞回到原來位置，氣缸推動閥桿順時針運動，閥門關閉。

7）限位開關。接近式限位開關，反饋閥門開關狀態至中控。

8）球閥。法蘭連接的全通徑球閥，閥體及內件材質為Inconel625，耐酸腐蝕。

其工作原理如下。快排閥、電磁閥、氣控閥均有一路出口被連接至一路，并安裝了單向閥，這個出口統稱為氣控附件的排氣側。分離器裝置正常工作時，中控給電磁閥通電，氣源壓力通過電磁閥作用于氣控閥。氣控閥A、P導通，快排閥P、A導通給執行器供氣，閥迅速開啟。普通電磁閥通徑較小，無法完成閥門的迅速開啟，在這里增加大通徑的氣控閥是達到閥門能夠迅速開啟的要求。此時限位開關反饋的閥開狀態為閉合的觸點信號。當出現緊急情況時，中控觸發緊急關斷指令，電磁閥失電氣路換向，儀表風入口側被切斷，導向排氣側。故作用于氣控閥的壓力消失，氣控閥A、R導通。快排閥P無壓縮氣體輸入，A、T導通，執行器內的壓縮氣體通過T快速排出，閥迅速關閉。分離器撬外預留了一路凈化天然氣回收接口，在閥門關閉時快排閥、氣控閥及電磁閥均會排出凈化天然氣，為了能滿足集成化的設計思路，緊急關斷閥需要預先將快排閥、氣控閥及電磁閥的排氣側連接至一路。實際操作發現如果不加裝單向閥而只是簡單的將這3路排氣側連接起來，則閥門無法正常關閉。經過分析后得出結論：電磁閥、氣控閥、快排閥之間在關斷時排氣側互相之間存在干擾，最終導致氣缸無法動作，閥門無法關閉。在電磁閥、氣控閥及快排閥排氣側安裝單向閥，可以取消它們之間的互相干擾，成功的解決了這個問題，同時也隔離了凈化天然氣回收系統。

氣動執行器上配裝了手動操作的手輪，在氣動執行機構失效時可以手動關閉閥門。

3　新型氣動緊急關斷閥主要功能及性能指標

1）迅速開關。當收到DCS開信號，氣源可迅速通過氣控閥進入氣缸，迅速開啟。當收到DCS關信號，氣缸內的壓縮空氣可迅速通過快排閥排出，迅速關閉。開關時間均小于3s。

2）開關信號反饋。限位開關選擇感應式，接觸式限位開關易出現行程開關與極限位置的擋塊接觸不良無反饋信號的問題，且使用壽命短。當閥門開啟反饋信號為閉合的觸點信號，閥門關閉反饋信號為斷開的觸點信號。

3）儀表風回收。可預留了一路儀表風回收接口，由外接系統回收。

4　應用實例

2015年6月這種新型改進后的關斷閥應用在四川元壩氣田二期滾動開發項目中的分水分離器撬上，公稱通徑DN80，壓力等級CLASS1500，閥體及內件材質Inconel625。至今運行良好，各項性能指標都達到了設計要求，取得了滿意的應用效果。

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