天然氣閥門執行器維護注意事項及常見故障分析

李乃安 陳佳欣

摘 要：在閥門的日常使用中，各類執行器在石油、化工、天然氣管線的運用量非常大。執行器不僅是自動化控制的關鍵設備，更是安全生產的有力保障，在突發事件發生時能夠在智能、人工干預下做出快速反應，合理、穩定的利用能夠大大提高安全保障。但由于執行器發展在國內時間較晚，更多應用的是國外引進產品，但相對于引進產品的配套技術人員較為匱乏，造成對此類產品的專業維護價格也較為昂貴，部分能源企業對此類技術含量高的設備運維重視程度不夠，當出現突發事件時候可能因此類產品運維不到位不能正常使用而帶來災害性后果。本文針對天然氣長輸管線閥門執行器的日常保養注意事項以及常見故障分析做以介紹，為天然氣企業的設備平穩運行提供參考。

關鍵詞：執行器;維護;故障分析

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

引言

目前我國天然氣長輸管道閥門電動執行機構主要依靠進口，增加了天然氣管道建設和運營成本，制約了天然氣管道行業的發展。有必要開展天然氣長輸管道設備的國產化研究，在大口徑天然氣管道上使用國產電動執行機構替代國外進口產品，提高我國天然氣管道設備的保障能力。中國石油西氣東輸管道公司聯合4個廠家開展了天然氣管道閥門電動執行機構的研制工作，對標國外先進產品關鍵指標，制定了電動執行機構研制技術條件，完成了首批國產化電動執行機構的產品設計、樣機試制、工廠試驗和產品工業性試驗。國產化電動執行機構產品的性能達到了研制技術條件要求和國內外相關技術標準要求，具備批量生產條件，電動執行機構國產化定型產品可在天然氣長輸管道建設中推廣應用。

1壓縮天然氣發動機系統功能

本研究以YC6G260N天然氣發動機為研究對象，該發動機應用于重型商用車。該發動機采用增壓中冷、稀薄燃燒、單缸高能點火的技術路線，該系統具有穩態性能好、易于實現等優點。天然氣發動機控制器（ECU）的主要功能包括：及時采集各種傳感器和開關的信號參數，處理后傳送給上層控制軟件;同時從上層控制軟件接收控制指令從而驅動執行器運行;與系統監測軟件通信;與系統標定軟件通信，實現在線標定的功能;與診斷工具通信等。CNG發動機空氣管理系統由進氣量控制、增壓壓力控制以及防喘振控制三部分組成，相應的執行器由電子節氣門、廢氣旁通閥、旁通控制閥、防喘振閥、增壓器等部件組成。CNG發動機空氣管理系統的作用是根據發動機工況提供適宜的空氣量，同時向ECU傳遞此信息，并根據ECU的指令完成空氣量的調節。CNG稀燃增壓發動機需要對缸內的空燃比進行閉環控制，因而需要對節氣門、增壓器和旁通閥進行靈活、快速地控制。CNG稀燃增壓發動機的瞬態特性與空氣量、燃氣量、空燃比、增壓壓力等的瞬態控制密切相關，對控制系統硬件驅動的瞬態控制要求是硬件能夠在瞬態工況下做到實時精確反應：1）電子節氣門控制滿足瞬態響應的需求，節氣門的實際開度可以實時瞬態跟隨其目標開度;在任何工況點的任意階躍響應的建立時間應該在100ms以內;2）增壓壓力的控制在執行器響應的范圍內，滿足增壓壓力的控制需求。本研究重點針對空氣管理關鍵執行器電子節氣門和旁通閥的控制。

2天然氣閥門執行器的維護注意事項及常見故障分析

2.1破管功能

破管功能檢測參數是高限、低限、壓降速率，這三個參數根據管線運行工況計算出（設計院負責），現在主流的執行器破管保護系統有ELBS-LK（BIFF），LINGUARD2200、LINGUARD2000（shafer）、PLPG2010（邁可森）等等，此類都是電子破管，都帶有傳感器，傳感器數據上傳到系統運算;老一點還有機械式比較罐，根據單位時間壓差計算;還有一種就是有SCADA系統負責運算控制的方式。在現場管線處安裝壓變，將壓變數據采集傳輸至SCADA控制中心，由中心計算機運算數據控制閥門開關動作。為增加數據安全，也可做冗余壓變。針對此類功能維護，一般還是保證數據傳輸以及數據準確度。

2.2閥門電動執行機構國產化研制

閥門電動執行機構是長距離天然氣輸送管道的關鍵設備之一，它的作用是接收計算機發出的控制信號，并把它轉換成閥門的開關動作，使生產過程按照預先規定的要求正常進行。首套國產化閥門電動執行機構研制確定為12MPa、DN1200閥門（含12MPa、DN1200及以下閥門）配套的智能電動執行機構。其結構特點為：機械整機結構采用非侵入式雙密封結構設計，達到最高IP68防護等級;具有增量和絕對編碼器可選擇的位置測量方式，具有自主研發的扭矩測量機構，能夠進行精確的力矩檢測;具有自診斷、自巡檢、現場總線和多重保護等完善的自保護功能。

2.3旁通閥控制特性分析

稀燃發動機的渦輪遲滯時間比自然吸氣的當量發動機要大得多，減少時間遲滯的一個可行方法是使渦輪始終保持在較高的轉速，然后通過節氣門減少進入進氣歧管的進氣流量和壓力。但是進氣管壓力增大會導致油耗增加。旁通閥最簡單的控制是在空氣路到旁通執行器之間直接提供增壓壓力。當增壓壓力推開旁通閥執行器的彈簧時，旁通閥打開。旁通控制閥根據PWM控制信號提供給旁通閥執行器所需的壓力，然后旁通閥執行器將此壓力轉化為線性運動以驅動旁通閥。

結語

（1）站控系統在采集總線控制器內的信息時，首先要在大量信息中篩選出有用的數據，并確保下發命令準確、有效的傳遞到現場執行器內。站控系統集成商與總線控制器廠家要提前結合雙方意見，確定雙方設備通信類型及數據點表，避免因通信地址錯誤導致站控系統采集數據不正確。（2）由于總線控制器與現場執行器采用通信形式傳遞閥門狀態，在執行器供電異常或中斷中，現場閥門狀態信號將丟失，無法及時真實反映閥門狀態。站場運行人員需現場監控閥門狀態，對于閥位重要的閥門（如流量比對閥門、緊急放空閥門），站控系統中應做好邏輯保護，避免因供電異常通信中斷導致的工藝流程設備誤動作。

參考文獻

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