油氣回收裝置電動閥執行機構淺析

李磊(中海石油葫蘆島精細化工有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

輕質油品在裝卸車過程中會有大量的油氣會揮發，蒸發的油氣主要成分為丁烷、戊烷、苯、二甲苯、乙基苯等氣態混合物，這些揮發的油氣不但因油品裝車時油品損耗造成使資源浪費，而且因油氣揮發排入大氣同空氣混合產生燃易爆氣體帶來現場安全隱患，同時揮發的油氣也給大氣造成環境污染。當油氣混合物中的某些成分被紫外線照射以后會與空氣中其他氣體發生一系列光化學反應，形成毒性更大的有害污染物，這對裝卸車作業人員的身體健康也會造成嚴重危害，尤其夏季這種現象更為嚴重。為了消除安全隱患、貢獻更高的環境空氣質量及充分提高油品回收率創造利潤增長點，我公司上了一套江蘇惠利特有限公司的氣體回收系統裝置，使上述不利因素現象得到了極大改觀。

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油品有的獨特吸附能力的吸附材料活性炭和一定的工藝來完成的，當油氣的混合物流過活性炭(特殊吸附材料)表面時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空氣的吸附能力很差不容易吸附，所以當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到油氣回收的目的。我公司引進的是由江蘇惠利特環保設備有限公司制造的一套變壓吸附流程的油氣吸附系統裝置，整套系統裝置由PLC與操作站通過網絡通信完成程序控制，操作站的人機界面設有整個系統控制流程圖，主界面如圖1所示。由操作員通過遠程監視及控制系統的運行狀態。設有登錄窗口，“自動運行”“時間控制”“調試模式”“手動模式”“系統報警”“數據查詢”“歷史曲線”“參數設定”模式。

這套裝置的工藝過程是由兩個交替起吸附、脫附作用的A罐、B罐組成，當A罐處于吸附過程時，另一個B罐則處于脫附過程。以圖中目前狀態來說，當現場來的油氣通過風機C-101、電動三通閥進入吸附狀態的罐B后，在B罐內被活性碳所吸附，直至吸附到飽和，而未被吸附的空氣則通過活性炭后經排空口排入大氣。同時當B罐處于吸附過程時A罐則處于脫附過程，脫附過程是通過一個真空泵P-101對A罐進行降壓抽真空，即將A罐內吸附在活性炭上的油組分與活性炭進行分離的過程，這個過程含有兩個非常重要的作用：(1)使分離后的活性炭可以再重復利用，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，并經管道從吸收塔T-101中部自下而上的進入吸收塔與塔內自上而下的噴淋吸收用的同類油品進行逆向接觸完成吸收過程。 而這整改過程是由時間程序控制系統來使兩個罐(A罐、B罐)交替完成吸、脫附過程，從而達到連續生產的目的。

圖1 油氣回收工藝流程

2 電動調節閥組成及作用

本氣體回收系統裝置中的控制閥全部采用的是電動調節閥，型號是ITQ-0350與ITQ-0100，其生產商是由江蘇惠利特環保設備有限公司自己制造的調節閥與韓國執行機構組裝而成[1]。

在我廠這套氣體回收裝置中共有5臺電動調節閥，位號分別是MHV-01，MHV-02，MHV-03，EBV-01，EBV-02，其中MHV-01，MHV-02，MHV-03擔負著氣體回收系統的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，它們的穩定工作是保證系統正常運行的最重要設備，雖然是兩位式控制，但它的靈敏度、角行程、密封性、扭矩等指標對系統的正常運行都有非常重要考究，靈敏度不行影響閥的開、關閉時間，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。因此每臺電動調節閥對氣體回收這套系統的正常運行都起著關鍵性的作用。

3 電動調節閥運行中存在的問題

3.1 故障現象

油氣回收系統的位號MHV-01，MHV-02，MHV-03這3個電動三通調節閥是執行A罐、B罐進行吸附、脫附切換作用的重要設備，要根據工藝程序控制的需要進行頻繁的狀態切換。這種頻繁動作會使調節閥的各種動作部件的負荷率增加而出現故障，往往會在工作過程中突然出現不工作現象，在維修檢查時用手輪將閥門轉動一定角度后重新啟動程序閥門就又能轉動，但旋轉到某一固定角度后就不再動了，再重復上述維修過程其結果同樣出現[2]。為了徹底弄清這種情況的故障對電動調節閥執行機構進行了拆解后發現，造成這種故障的原因是由離合器箱內的銅質螺旋齒輪磨損壞，可以看到螺旋齒輪大部分齒磨損嚴重，其中一處位置的齒已磨平，所以當螺旋齒輪旋轉到磨平此磨平位置時與蝸桿已不能咬合，因此電動調節閥才會出現上述故障時如第一條所描述的現象。

3.2 電動調節閥執行機構的結構動作原理

基于此原因我們仔細的研究了電動三通調節閥的結構工作原理進行了剖析，電動機減速后首先通過編號9的第一傳動桿(1st Drive shaft)將力矩傳遞到離合器機構中的編號22的螺旋齒輪(Belical gear)使其轉動，然后再由這個螺旋齒輪轉動來帶動編號10的第二傳動桿(2st Drive shaft)轉動，最后由第二傳動桿帶動與調節閥桿相連編號13的渦輪(worm gear)旋轉，進而給電動調節閥桿一個扭力使閥門轉動到開或關的位置。

3.3 PLC對電動執行器的控制原理

本氣體回收裝置PLC對電動執行器的控制原理非常簡單，當PLC將信號送給馬達1號線時，馬達正轉閥開，當PLC將信號送給馬達2號線時，馬達反轉閥關，3號線是公共端，假如當PLC給一個關閥信號時B罐與真空泵連同，A罐與真空泵被截止，當關閥信號使閥門達到全關位置并觸發極限開關時，極限開關將閥門狀態信號反饋給PLC，PLC接到指令切斷關閥信號1使關閥動作停止，因而完成一次調節動作過程。同理完成開閥動作。

4 電動調節閥故障原因分析

造成這一故障現象的原因主要有以下五方面原因：

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

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

第三是閥門維護保養潤滑不夠，如閥內有積物沒有及時清理造成閥門在關，調節閥盤根調整不合適或潤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。

第四是離合器箱內潤滑油臟污，潤滑油內有磨損的顆粒狀物質，使第一傳動桿與螺旋齒輪摩擦損耗加速；

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

5 針對電動調節閥存在結構缺陷問題的改進方法

本條是本論文論述的重點。對于本氣體回收裝置電動調節閥可能存在的設計及制造缺陷的改進方法是，就現有的電動調節閥對其執行機構進行改造，利用氣動活塞式執行器取代電動執行器的可行性進行探討，這主要基于以下六點看法。

(1)零配件采購不易，周期長，價格高。因電動調節閥的執行器為韓國進口產品，齒輪損壞后需要代理商從韓國訂購，采購周期長價格高，曾經因齒輪損壞等配件使我們的氣體回收裝置停用一個多月，是公司減少了應得的利潤效益。

(2)電動執行器結構復雜、維護麻煩。因電動調節閥內部結構復雜，更換元件后的調校定位較難，因極限開關調整與閥門極限位調整不方便需反復進行，工作量較大。

(3)采用氣動活塞式執行機構的優點。采用氣動活塞式執行機構是以壓縮空氣為能源，具有結構簡單、動作可靠、平穩、輸出推力大、本質防爆、價格便宜、維修方便等獨特的優點，因而它被廣泛地應用在石油、化工、冶金、電力等工業調節執行設備上作為執行機構，因而它是本裝置電動調節閥上執行器最理想的替代設備。

(4)氣源取用方便。氣體回收系統裝置緊鄰向其他生產單元提供儀表凈化風的管廊，因此改造時不需要長距離的儀表風線配管，能方便地把儀表凈化風引入到氣動執行器附近為其提供能源。

(5)技術改造易行、費用不高。根據本裝置的電動調節閥的電氣原理圖，我們可以看出，PLC輸出兩路信號，分別是電動調節閥的開閥信號與關閥信號，為兩位式控制，沒有復雜的控制要求，這就使改造變得簡單易行，每臺閥只需購置一套扭矩力與電動調節閥執行器一樣的氣動活塞式執行器并配備相應的開、關電磁閥和一只配套的極限開關就可達到與原電動調節閥的相同工作目的，并且氣動活塞式執行器國內有很多成熟的生產廠家。

(6)壽命長、維護方便、簡單。氣動活塞式執行機構結構簡單，維修方便，只要保證相應的密封及潤滑就能長周期的可靠工作。

基于以上幾點原因，我認為根據電動調節閥上執行器與閥體連接的螺孔距、閥桿連接形式、原電動調節閥的扭矩要求來確定氣動活塞式執行器的選型，并根據上述電動調節閥的電氣工作原理，按技術改進后的電氣接線圖進行配置接線即可到達原電動執行器相同的工作目的，特別是對極限開關的調整要求已降到了最低，且調整非常方便。

6 結語

如果通過對電動執行機構為氣動活塞式執行機構成功，可以降低執行機構設備的故障率，使日常維護變得簡單，有效地降低裝置的維護成本，能有效提高油氣回收利潤，能大大降低安全風險。