閥島在胺液凈化撬裝設備上的應用探討

劉明慧 秦統昌

中國石油天然氣第一建設有限公司 河南洛陽 471023

在醇胺法脫硫裝置中，基于離子交換的胺液凈化系統可有效凈化胺液，因而得到了越來越廣泛的應用。胺液凈化撬裝設備內儀表較多， 僅氣動控制閥門就多達18 臺；每一個氣控閥門都需要單配3 根電氣管線和1 根儀表風線，線路敷設繁瑣；且撬裝框架空間大小僅為2m（長）×2.5m（寬）×2.3m（高），布線空間狹小，實施難度大。因此，急需采用一種省時、省料、省空間的儀表設計方案，而閥島的出現解決了這一難題。閥島與胺液凈化撬裝設備的數字化控制相適應，其控制系統采用了電控氣的集成控制系統，該控制系統不僅節省了閥門布線空間（省去以往大量的電路、氣路控制管線材料及安裝連接步驟），而且提高了胺液凈化撬裝設備的自動化程度。

本文以胺液凈化撬裝設備為例，介紹了閥島的特性、組成、選型及在撬裝設備氣控系統中應用的優點。閥島外觀實物如圖1 所示。

圖1 閥島外觀實物圖

1 閥島的工作原理

閥島是一種集氣動電磁閥、控制器、電信號輸入/輸出模塊于一體的整套系統控制單元。閥島可以將氣動電磁閥、控制器及電信號輸入/ 輸出模塊以多種組合方式靈活地組裝成為一個整體，用戶端只需將控制總線與閥島電信號輸入/ 輸出模塊相連，再用氣管將電磁閥的輸出口連接到相應的氣動閥門執行機構上，通過上位機對其進行程序編輯，即可完成閥門所需的控制任務。

2 閥島的基本特性

閥島的基本特性如下：

（1）自動化程度高。閥島具有可調節噴射脈沖，同一閥島可以輸出多種不同的壓力，并且采用集中供氣、集中排氣，減少了進、排氣時間。

（2）接口形式多樣，方便用戶選擇。可適用于各種流行的工業現場總線，如AS-i 接口、多針插頭接口、PROFIBUS DP 接口等，方便現場設備與上位機之間的通訊。

（3) 故障診斷迅速。閥島具有自診斷功能，可準確預測或尋找故障，提高了系統的可靠性及可控性。

（4）功耗低、響應快速。閥島控制功率大部分在1～2W，最小為0.35～0.5W；響應時間10～20ms，可滿足各工況條件下對閥門起停時間的要求。

3 閥島的組成及選型

本文所述閥島是目前最新形式——模塊式閥島。閥島由控制器模塊、電磁閥、電信號輸入/ 輸出模塊組成。閥島中央為控制器模塊；閥島右側為電磁閥，每1個或2 個電磁閥裝在帶有統一氣路、電路接口的閥座上，閥座的次序可以自由選定，個數可增減；閥島左側為電信號輸入/ 輸出模塊，提供完整的電信號輸入/輸出接口。以下就閥島模塊化電信號輸入/ 輸出元件接口形式和閥島模塊化氣動元件的組成做詳細說明，并以胺液凈化撬裝設備的閥島選型為例，探討如何對閥島進行選型。

3.1 模塊化電信號輸入/ 輸出元件接口形式

模塊化電信號輸入/ 輸出元件一般指閥島電信號輸入/ 輸出模塊與上位機接口的連接形式，接口有多種形式，包括單個接口、多針插頭接口、AS-i 接口、CPI現場總線接口等。

（1）單個接口：是指單塊氣路板，用于遠離閥島的驅動器，通過標準4 針M8 插頭（EN 60947-5-2)建立電氣連接。單個接口的閥島通用性強，對控制器無特殊要求，并且其驅動器具有極性容錯功能。閥島插座上帶有LED 顯示器和保護電路，分別用來顯示閥的工作狀態和防止過電壓保護。在工程上單個接口的閥島成本比較高，通常不被選用，一般用單個電磁閥和單氣路管線代替。

（2）多針插頭接口：通過多芯電纜連接多針插頭的接口形式，將上位機的控制信號傳輸到閥島，大大減少了安裝時間。多針插頭接口的閥島可配備最多24 個電磁線圈，相當于4～24 片單控閥或2～24 片雙控閥或兩種規格的組合。其頂蓋上不僅有電氣多針插頭，而且還帶有LED 顯示器和保護電路。

（3）AS-i 接口：其顯著特點是數據信號和電源電壓由同一根2 芯電纜同時傳輸。電纜形狀、顏色有不同標識，方便用戶排除極性錯誤。對于AS-i 接口形式，每個模塊通常提供4 個地址，因此一個AS-i 閥島可安裝4 個單控閥或2 個雙控閥。

（4）CPI 總線形式：用于CPI 安裝系統的閥島帶CP 接口用于連接上位機現場總線節點或控制模塊。一個總線接口可實現分散輸入/ 輸出單元的驅動，其閥島的驅動有多種協議，常采用PROFIBUS DP 總線協議與上位機通訊。CPI 總線設備將分散的輸入/ 輸出單元串接起來，最多可連接4 個分支。每個分支可包括16 路輸入和16 路輸出，并且通過總線電纜可以同時輸出電源和控制信號。CPI 總線形式一般用于閥門集中（最多可用于64 個閥門）的開關控制。

（5）閥島模塊化電信號輸入/ 輸出元件的選型原則為：根據用戶所需控制接口、通訊接口的形式及控制閥門的數量來確定模塊化電信號輸入/ 輸出元件的型號。胺液凈化撬裝設備有18 臺閥門需要邏輯控制，根據控制閥門數量、通訊接口形式，閥島模塊化電信號輸入/ 輸出元件選型為經濟型的多針插頭接口。多針插頭接口形式的閥島最多可以控制24 路輸出，滿足18臺電磁閥的控制需求。所以此撬的閥島選用多針插頭接口，頂蓋上的多針插頭采用27 芯EXAIIT4，其作用是將上位機控制信號通過多芯電纜傳輸到閥島，控制閥島完成各項預設功能。

3.2 模塊化氣動元件

模塊化氣動元件俗稱氣路系統，由氣路板和電磁閥組成。各氣路板由螺絲連接在一起，構成閥體的支撐，氣路板主要用作閥島進氣和排氣的通道，以及每片閥驅動氣缸的工作氣路。氣路板之間一般由3 個螺栓緊固連接，單個端子部分可以隔離，通過旋開螺絲可以增加氣路板，確保快速可靠地擴展閥島。

閥島模塊化氣動元件的選型原則為：根據撬裝設備內控制閥的數量來確定模塊化氣動元件的功能閥片、氣路板等數量。因胺液凈化撬裝設備內有18 臺閥門需要控制，閥島選擇由9 組功能閥片、氣路板、安裝附件組成。功能閥片的每一片代表2 個二位三通電磁閥，該閥島共有18 個二位三通電磁閥。氣路系統功能圖如圖2 所示。

圖2 閥島氣路系統功能圖

4 閥島應用的場合及優點

4.1 閥島應用的場合

閥島一般應用在控制閥門比較密集、數量較多（5臺以上）、氣路管線敷設長度不超過5m、現場施工操作空間狹窄、自動化控制要求較高的場合。

4.2 閥島應用的優點

以往裝置內的氣動控制閥控制配線多，同時采用電纜及儀表風兩種管配線方式。控制電纜由接線箱分別引出到控制閥門自帶的電磁閥上，電纜敷設多采用穿管或者槽盒敷設，占據大量空間，且電氣材料種類、用料較多。儀表風由總儀表風管線分支到氣源分配器，再由氣源分配器分配到控制閥自帶的過濾器上，儀表風線配線繁瑣，風線節點多存在漏氣點，風線管件繁多，施工環節繁瑣。對照傳統控制閥的電路與氣路配線方式，以閥島在胺液凈化撬裝設備的應用為例，對其優點進行分析。

4.2.1 節約電磁閥成本

以往有多個控制閥分散在同一個區域時，隨著單配電磁閥防塵、防爆等要求的提高，電磁閥的成本相對也越來越高。而閥島可以把電磁閥集中成排安裝在防水、防塵、防爆的PLC 柜或控制箱內，從而降低了對電磁閥的要求，即大大降低了電磁閥的成本。

4.2.2 節約過濾器、壓力表、減壓閥成本

以往18 臺控制閥門，每一臺都需單配壓力表、過濾器、減壓閥。而閥島只需在撬裝風線主管線進氣端加裝一套過濾器、壓力表、減壓閥，即可滿足全撬18 臺控制閥儀表風的過濾、控制要求，從而大大節約了成本。

4.2.3 節省現場電纜、電氣配管材料，簡化施工流程

以往18 臺閥門每個控制閥需單配電磁閥電源電纜、閥位顯示電纜。而使用閥島，則只需PLC 通過1 根總線電纜與閥島控制器通訊，再由控制器來控制18 臺閥門的進停氣。因此，閥島的應用節省了電纜及保護管的材料，省去電纜敷設、電氣配管等施工工序，縮短了施工工期。

4.2.4 節省空間

撬裝設備要求結構緊湊，空間小，而儀表設備配線空間不足。閥島只需將1 根風線軟管連接到控制閥門氣缸進氣接口上，就能滿足對閥門的控制，節省了電磁閥、電纜敷設、過濾器、減壓閥和儀表管支架的空間。

4.2.5 實現集中控制

閥島通過其控制器就可以集中控制18 臺電磁閥的起停工作，集中控制快速、便捷，故障率低。

4.2.6 節約安裝成本

原有布設方式，需要大量的電纜敷設、電纜格蘭安裝、電纜穿線配管安裝、儀表風線鍍鋅鋼管安裝、各類線管支架的預制安裝，大大增加了人工成本。而閥島的應用可以減少這些安裝步驟，將18 臺電磁閥集成在一個閥島模塊內，通過1 根總線與PLC 通訊，通過邏輯控制每一氣路的開關，氣路軟管和快速接頭將閥島與控制閥連接，構成集中控制，連接管路簡單，從而節約安裝成本。

4.3 閥島的適用范圍

因閥島氣路采用塑料軟管敷設，如果長距離供氣，其氣損耗量勢必加大，引起氣壓降低過多，致使末端氣壓不足，達不到閥門開啟的條件。故不適宜控制距離過長、閥門分散的情況。推薦在短距離范圍內、閥門較集中的情況下使用閥島，比如撬裝設備。

5 結束語

在胺液凈化撬裝設備中，采用閥島對氣控閥門進行集中控制，可以節省大量空間，降低現場設備的初始安裝費用，節約昂貴的電纜、格蘭、電磁閥、過濾器等材料費用及施工費用，增強了現場控制的靈活性，提高了信號傳輸的精度，減少了系統運行維護的工作量，可給生產帶來巨大收益。