油氣田用閥門氣動執(zhí)行器常見故障診斷及維修

楊充 左晨 李健 李衛(wèi)

（長慶工程設計有限公司，陜西西安 710018）

隨著油田信息化管理水平的不斷提高，自動執(zhí)行器的一致性對氣田的生產(chǎn)和安全運行起到了更加關(guān)鍵的作用。自動執(zhí)行器的檢修和維護是為了保證自動執(zhí)行器的作用，自動執(zhí)行器有一定的技術(shù)門檻，其種類、廠家、型號、規(guī)格相對較多。如何即時處理常見故障，是油田開采企業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)。

1 E 系列氣動執(zhí)行器的工作原理與維護

E 系列執(zhí)行器的原理是推桿的兩端裝有兩個氣囊，氣囊的一端在通風后促進相連導軌運動，另一端氣囊去除內(nèi)部汽體，導軌包含傳動齒輪。它與閘閥固定連接的傳動齒輪的齒嚙合，控制閥體的通斷調(diào)節(jié)。E系列執(zhí)行器如圖1 所示。

圖1 氣動執(zhí)行器動作原理圖

操作和調(diào)整的閘閥一般都裝有定位器來調(diào)整閥體電源開關(guān)的大小。定位器具有內(nèi)置的閉環(huán)控制系統(tǒng)。給定預設值后，根據(jù)旋片泵的位置控制進氣口進入空氣懸浮液，推動閘閥開關(guān)值的設定。閘閥位置后，根據(jù)執(zhí)行器上的連接組織反饋定位器閘閥的具體開度與預設值進行比較。如果未達到預設值，將利用數(shù)據(jù)信號再次擴大氣閥的供氣量，以提升傳動齒輪動作并逼近預設值，為此循環(huán)系統(tǒng)調(diào)整。

定位器可以指示閘閥的具體開度、設置開度、進風源工作壓力大小、當前數(shù)據(jù)信號大小、現(xiàn)場溫度等信息內(nèi)容。進入組態(tài)軟件欄，還可以進行閘閥的靈敏度調(diào)節(jié)、電源開關(guān)位置的選擇、雙功能和單功能的選擇、報警時電源開關(guān)狀態(tài)的選擇、最小盲區(qū)選擇、語言選擇等，還可以實現(xiàn)閘閥的自動和手動校正。當出現(xiàn)問題時，故障碼指示，方便在顯示屏上提醒維護，快速找到問題根源，立即處理常見故障。

一些定位器沒有反饋。實際操作人員給出預設值后，控制柜顯示該值。目前尚不清楚閘閥的具體開度是否達到預設值。閘閥開度大時，仍控制總流量。未達到額定值時，需現(xiàn)場檢查閘閥的具體開度是否有問題。這種執(zhí)行器動作方法的關(guān)鍵在于氣泵和排氣管。幾次動作后，氣墊很容易變脆，損壞漏汽而失去作用。如果氣動閥不干凈，進入的灰塵很容易在定位器的旋片泵上造成污漬，造成定位器卡死而無法調(diào)整送風動作，失去對閘閥的緩沖作用。燈可以通過旋片泵進行清潔和維護。清洗旋片泵時，必須關(guān)閉氣動閥，以免氣動閥漏氣造成損壞。如果污漬嚴重，必須更換旋片泵更換新的定位器。氣動閥臟了會造成執(zhí)行器內(nèi)部腐蝕，對儲氣罐造成摩擦影響。通常，必須更換新的儲氣罐。如果執(zhí)行器內(nèi)部腐蝕嚴重，必須更換新的執(zhí)行器。E 系列執(zhí)行器在閥軸連接處與外界空氣相通。如果現(xiàn)場有高溫低濕蒸汽或其他刺激性溶液或自然空氣環(huán)境，很容易對執(zhí)行器內(nèi)壁造成腐蝕損壞，更為嚴重。傳動齒輪組織內(nèi)壁完全被腐蝕，閘閥立即卡死，不能動作。這是這種執(zhí)行器不堅固的主要原因。如果定位器有反饋，它會立即反映閘閥的具體開度大小（圖1）。

其他常見問題如下：

常見故障1：閘閥開度定位不準確，原因可能如下：

(1)旋片泵未清洗。

(2)執(zhí)行器負載較重。

(3)氣動閥工作壓力過小。

(4)旋片泵或液位傳感器有常見故障。

(5)執(zhí)行器腐蝕或儲氣罐損壞，泄壓漏汽。

常見故障2：執(zhí)行器的動作很慢，原因可能如下：

(1)靈敏度設置很慢。

(2)旋片泵未清洗。

(3)氣動閥管太小或過濾裝置不干凈。

(4)閘閥卡死。

(5)定位器與執(zhí)行器之間的氣動閥軟管泄漏。

(6)執(zhí)行器腐蝕或儲氣罐損壞，泄壓漏汽。

常見故障3：定位器改變預設值，執(zhí)行器未及時擺位，原因可能如下：

(1)氣動閥工作壓力過低。

(2)旋片泵組粘連。

(3)組態(tài)軟件主要參數(shù)不正確。

(4)執(zhí)行器或閘閥堵塞。

(5)電源線未正確連接，無數(shù)值指示。

(6)pcb 電路板有缺陷。

(7)無校正和調(diào)整。

(8)設備處于手動模式。

(9)設備處于通用故障安全模式。

自動切換閘閥一般配有電磁閥和反饋，功能簡單，只控制閘閥的啟閉，反饋準確。電磁閥的關(guān)鍵是由電磁感應機構(gòu)和換向機構(gòu)組成。電磁閥分為二位三通和二位五通。二位三通一般可用于單效執(zhí)行器的啟動進氣口，封閉端一般由電力執(zhí)行。機構(gòu)中的內(nèi)置扭力彈簧關(guān)閉閘閥。這類場地一般適用于安全等級較高的場所，如高壓蒸汽管道。意見反饋一般分為開閉和常閉。通常每個人都開始使用它。當電源開關(guān)被及時按下時，它往往開始打開并變成常閉。數(shù)據(jù)信號指示閘閥控制開關(guān)的狀態(tài)。

電磁閥斷電后旋片泵不保持動作。執(zhí)行器通常是關(guān)閉的。來自氣閥封閉端的空氣促使傳動齒輪動作關(guān)閉閘閥。閘閥關(guān)閉后，它也隨著連接的響應而旋轉(zhuǎn)。反饋指示閘閥的按鈕狀態(tài)。當電磁閥通電時，電磁感應產(chǎn)生驅(qū)動力，推動旋片泵的動作，從進氣端關(guān)閉到啟動進氣，排氣管端關(guān)閉，促進泵開啟。閘閥。當閘閥及時打開時，反饋和及時的數(shù)據(jù)信號返回到核心主控室。

電磁閥長期使用后，縫隙處的螺絲松動，很容易漏汽，造成電源開關(guān)供氣不足，動作不及時。此時必須擰緊螺釘，嚴重時必須更換電磁閥。如果氣動閥不干凈，也會造成旋片泵堵塞和生銹。這種難以清潔的類型通常會直接更換新電磁閥。反饋機構(gòu)有旋轉(zhuǎn)凸輪機構(gòu)。長時間的動作后，凸輪軸也會移動，不能按到電源開關(guān)，可以手動調(diào)節(jié)。

旋片泵設備用于定位器和電磁閥。圖2 為二位五路電磁閥符號示意圖，二位五路電磁閥有五個端口。

圖2 兩位五通電磁閥組圖示符號

電磁閥的原理：電磁閥是一個密封的腔體，腔體的不同地方都有埋孔。腔室內(nèi)是旋片泵組。旋片泵組與上電磁閥相連。關(guān)閉電源并控制旋片泵組的運動以覆蓋或暴露不同的出風口。氣動閥根據(jù)暴露出氣口的流動性進入執(zhí)行器或清除執(zhí)行器，以控制執(zhí)行器的動作。如圖：電磁閥未通電后，氣動閥的進口從端口4進入封閉式執(zhí)行器的腔體，封閉式執(zhí)行器的出氣口關(guān)閉，避免漏氣并清除，從而確保所有氣動閥門都進入執(zhí)行器。相反，在啟動的執(zhí)行器中，進氣口5 根據(jù)出氣口3 將執(zhí)行器的蒸汽排出。當電磁閥通電時，旋片泵機組借助磁場力。此時氣動閥從1～5 口進入啟動執(zhí)行器，3 端的出氣口關(guān)閉，保證氣動閥不漏氣。在封閉式執(zhí)行器中，進風口4 根據(jù)出氣口2 清除封閉式執(zhí)行器的水蒸氣，使執(zhí)行器的動作推動閘閥開啟。

圖3 E 系列執(zhí)行器

2 B 系列氣動執(zhí)行器的工作原理與維護

B 系列氣動執(zhí)行器主要靠腔內(nèi)活塞的移動來帶動閥門的移動，雙作用執(zhí)行器（圖4）。

圖4 雙作用執(zhí)行器原理

原理：閘閥在沒有空氣時關(guān)閉，借助扭簧的伸縮力關(guān)閉閥體。通風時，通過與活塞桿相連的閥座推動腔體內(nèi)的活塞桿向下移動，使閘閥旋轉(zhuǎn)。如果去掉扭力彈簧，在底部加一個排氣孔，就變成了雙功能執(zhí)行器。B 系列執(zhí)行器也可根據(jù)支撐架連接定位器和電磁閥，其他實際操作與E 系列執(zhí)行器相同。B 系列產(chǎn)品的執(zhí)行器也可以連接到插入閥，該閥必須與直行程布置完全間隔。

B 系列執(zhí)行器腔內(nèi)有潤滑脂，密封性能好。活塞桿結(jié)構(gòu)堅固耐用，扭矩大。適用于大型閘閥。聯(lián)軸器易于夾緊。由于聯(lián)軸器受到環(huán)境因素的影響，特別是聯(lián)軸器受到自然環(huán)境、高溫、高溫和低溫的腐蝕后，在拆卸和更換新的執(zhí)行器或油路板時很難分離。更嚴重的是生銹成一體，必須用專用工具分開。活塞桿連接的閥座一般都有密封圈，長期使用后容易變脆，可能導致執(zhí)行器漏汽，造成危險動作。如果氣動閥不干凈，會腐蝕執(zhí)行器的腔室，活塞桿也會被腐蝕，從而增加動作扭矩或破壞活塞桿的氣密性。

B 系列執(zhí)行器一般保養(yǎng)時的重點檢查如下：

(1)活塞桿連接的閥座密封圈損壞。部分執(zhí)行器密封圈可更換，閥座可加潤滑脂進行保養(yǎng)。

(2)聯(lián)軸器處的槽鍵是否脫落，如果脫落，必須擰緊或重新安裝。

(3)檢查執(zhí)行器是否生銹、漏水。如果泄漏嚴重，則必須更換。

(4)檢查反饋與執(zhí)行器連接處的地腳螺栓是否松動，如果松動，必須擰緊。

(5)電磁閥與執(zhí)行器和氣動閥的連接是否脫落或脫落，如果脫落或脫落，必須重新擰緊或重新安裝。

(6)檢查開關(guān)電源的電源線是否損壞或斷線，接線是否松動，檢查數(shù)據(jù)信號的工作電壓是否可以達到20～24V，如果低于20V，可能會出現(xiàn)常見故障.

(7)檢查氣動閥的工作壓力是否能達到標準值。一般不低于0.45MPA。(8)檢查其他防護措施是否及時。3 氣動執(zhí)行器的維護及注意事項

3.1 氣動執(zhí)行器的維護

設備泄漏檢測、設備電源開關(guān)或FC、FO 位置反饋等功能的例行程序及其反饋機制系統(tǒng)測試、數(shù)據(jù)信息校準（包括破管主要參數(shù)、ESD 等）。其他執(zhí)行器的檢查項目應完善液位傳感器或壓力變化、源供應、齒輪油、潤滑脂的檢查。相對于小保養(yǎng)，大保養(yǎng)必須對所有功能進行檢測，對所有功能進行拆解檢查，以確保自始至終最穩(wěn)定、最安全的工作。因此，建議大修周期不超過2 年/次。

3.2 注意事項

(1)所有執(zhí)行器需先切斷設備的電能，放空自身設備的氣罐或關(guān)閉氣動閥門或切斷電源，并仔細確保設備正常工作。未欠壓和通電。對于斷管（即有壓力檢測）的，必須先屏蔽效果，再逐步維護保養(yǎng)的內(nèi)容，以免關(guān)掉閘閥，不影響生產(chǎn)，旁通閥管道不需要考慮。

(2)以管道標準氣壓為能源的設備的維護和管理，必須按照防爆型式及其HSE 標準進行。

(3)對于長時間未作動作的閘閥，必須先通過執(zhí)行機構(gòu)的手動動作來實現(xiàn)檢測。如果手動操作可以開啟和關(guān)閉，則應用氣動控制動作，它將被視為遠程操作檢測，自動關(guān)閉檢測等。

(4)在系統(tǒng)測試過程中也可以記錄動作時間。根據(jù)長期記錄，可以看出閘閥扭矩是否有變化。

(5)在準備維修時，必須檢查所有供氣和油道過濾系統(tǒng)，清除過濾系統(tǒng)中多余的沉積物。（頭和變速箱除外）

(6)一些進行氣動封口檢查的氣動頭，在進行封口檢查前需要安裝主題活動閘閥。

(7)帶定位器的可調(diào)氣動頭必須進行模擬量輸入校準。

對于汽液聯(lián)動、液動等執(zhí)行機構(gòu)，貨叉（液壓缸）和旋轉(zhuǎn)葉片的結(jié)構(gòu)還設有汽壓密封。有必要測試蒸汽壓力密封。液壓缸和旋轉(zhuǎn)葉片都具有密封性能。液壓缸一般由密封組成，旋轉(zhuǎn)葉片一般為密封條。每個動作都會磨練橡膠密封件的耐磨性和抗老化性。也是設備中最薄弱的環(huán)節(jié)。非常容易被破壞。一旦失去氣密性效果，設備的可靠性受到很大影響，甚至失效。

3.3 常見故障分析

3.3.1 設備功能故障分析

(1)密封圈輕微損壞，長時間保壓會出現(xiàn)油泵，但不會特別危及手泵的實際操作，也可以手動推動執(zhí)行器動作。基本的氣動動作不容易造成很大的影響。此時，設施的功能基本無害，但如果長期不解決，隨著閘閥扭矩的擴大，設備的功能很可能失效。

(2)密封圈嚴重損壞，油泵出現(xiàn)中或后動作，（油泵出現(xiàn)一般動作）。手動泵不能打開或關(guān)閉閘閥，設備的作用基本上是無效的。

3.3.2 ESD 效應

ESD 效應有兩種類型：FO （CommonFaultOpen） 和FC（CommonFaultClose），可用于吸收ESD。通常，下沉ESD 有兩個電磁閥。對于任何常見的故障，機器和設備都不容易動作，只有兩個電磁閥同時打開才會動作。一般來說，ESD 的斷電動作也是電源系統(tǒng)根據(jù)運行條件的動作。在解決常見的ESD 故障時，如果閘閥必須保持閥位，首先屏蔽ESD 效應，然后放空自己的設備的供氣，設備不會動作。

結(jié)束語

氣動執(zhí)行器也有很多分類。典型性意味著E 系列和B 系列應用范圍廣，使用方便，易于維護，對經(jīng)濟發(fā)展具有較高的適應性。高線性一般為角行程排列，此外還有直行程排列系列產(chǎn)品。角行程安排有V 型球閥、蝶閥等，V 型球閥的線性度比蝶閥高，應用范圍更廣。這種閘閥可應用于E 系列和B 系列執(zhí)行器。