SHAFER气液联动执行机构维保探讨

杨日永，康 亮，彭振华

（中国石油西气东输管道公司山西管理处，山西 太原 030001）

随着西气东输管道输量的逐年增加，作为监控输气管线运行重要“保护器”的指标——线路截断阀的性能显现出突出的作用，同时，它是确保管道安全平稳高效运行的必要条件。线路截断阀由美国生产SHAFER气液联动执行机构控制执行，它的维护保养逐渐成为设备管理工作中关注的焦点之一。目前，西气东输共有SHAFER气液联动执行机构327台，根据维护保养工作中遇到问题的迎刃而解，笔者总结积累了一些经验。

总体而言，为了使SHAFER阀保持良好的工作状态，管理人员要做好以下3个方面的工作，即弄清设备原理、做好日常维护、学会处理故障。

1 SHAFER气液联动执行机构的组成、原理

1.1 主要组成部分

SHAFER气液联动执行机构主要由提升阀气路控制块、手动泵装置、执行器、气液罐、备用气源罐、限位开关、LINEGUARD控制箱等部分组成。

图1 提升阀气路控制块内部结构

1.1.1 提升阀气路控制块

提升阀气路控制块是SHAFER执行机构控制系统的核心，通过控制动力气进入开或关气液罐来驱动执行器达到开关阀门的目的。它的主要结构包括：提升阀、提升阀弹簧、推动栓、手柄、一级过滤器、二级过滤器、开、关电磁阀。

1.1.2 手动泵装置

手动泵的原理类似于打气筒，通过上下压动操作柄带动油泵活塞上下运动，将液压油从气液罐中抽到油泵内再压入执行器中，最大能输出2 000 psi（约合13.79 MPa）的压力。在用手动泵进行阀门开关动作的过程中，不需要气路参与控制，所以当气路出现故障或执行机构进行检修时，需要关闭动力源，及时排空储气罐内气体，可以采用这种方法对阀门进行开关。开关阀门时先推入侧面手掌按钮，也就是将开、关选择接头推入选择器内合适位置使得油泵与气液罐、执行器间油路连通。

手动泵的外部结构和工作原理见图2。当油泵活塞向上运动时，气液罐内液压油依次通过气液罐选择器单向阀、抽油单向阀进入活塞缸内；当油泵活塞向下运动时，活塞泵内液压油通过排油单向阀、选择器接头压入执行器，推动旋转叶片转动，使阀门动作。

图2 手动泵装置结构及原理

1.1.3 执行器

执行器主要由执行器缸、旋转叶片和止动器组成，其中仅有旋转叶片1个活动部件。执行器缸被旋转叶片和止动器分隔成了4个扇形腔体，相对的两个扇形腔通过位于上下盖板的连接通道相互连通。液压油在高压气体或手动油泵的作用下进入执行器缸内开或关腔体，旋转叶片两侧压差增大，推动旋转叶片带动旋转叶片中心的传动轴转动，带动阀门动作。

1.1.4 气液罐

气液罐的主要作用是存储液压油和气体。正常情况下，当执行机构不动作时，气液罐通过提升阀气路控制块的排污孔和大气连通，即气液罐不带压。松开气液罐顶部的卡套接头和注油堵头，抽出油尺可以检查罐内液压油油位。

1.1.5 备用气源罐

备用气源罐通过1个单向阀和1个球阀与管道连接，当管道压力超过罐内压力时，即向罐内补充气体。所以在管道压力波动不大的情况下，罐内压力和管道压力应大致相等。备用气源罐的主要作用是当失去来自管道的动力气源时，可以使用储气罐内气体作为动力气源，见图3。

图3 气液罐、备用气源罐位置

1.1.6 限位开关

限位开关位于执行器上方，其主要功能是为执行机构开关电磁阀提供24 V电源，接收远控开关阀信号、发出开关到位的反馈信号等。在日常检查时，主要的测试点是：限位开关内接线端子1、32间有24 V电压为远控开阀命令，接线端子2、32间有24 V电压为远控关阀命令；接线端子7、11接通表明执行机构开到位，接线端子8、12接通表明执行机构关到位；接线端子25、27间有约60Ω电阻表示开电磁阀线圈完好，接线端子26、28间有约60Ω电阻表示关电磁阀线圈完好。

1.1.7 LINEGUARD控制箱

LINEGUARD是内部集成管道监视及爆管检测的自立式系统，提供对单个阀门的数据采集及监督控制，本地操作也可通过SCADA系统远程操作。

目前，西气东输管道上使用的版本为LINEGUARD2200，主要由控制板（Fisher ROC312 Controller)、压力传感器、电磁阀、电池组4个部分组成。其主要功能有检测管道中气体的压力、记录管道中气体的压力变化、自动关断阀门、阀门自动关断后锁定（防止开启）。其工作过程为：每5 s读取压力传感器中管线中介质压力；然后按照用户设定时间段（西气东输管道设定值为30 s）计算平均压力；利用平均压力与设定值（低压、高压、压降速率）比较，当超出设定值范围时自动关断阀门；记录异常压力值和发生的时间。

1.2 工作原理

目前，在西气东输管道中应用的SHAFER气液联动执行结构型号很多，但工作原理都基本相同。因为手动泵液压开关阀门过程中气路未参与控制，原理比较简单，所以这里不再做详细阐述。下面将以在山西管理处使用最多的9870-S型气液联动执行机构为例，对就地气动、远程气动和自动关断的工作原理进行探讨，见图4。

1.2.1 就地气动（以开阀为例）

就地气动开阀时，拉下提升阀气路控制块上的开操作杆。提升阀16被向上顶起，此时提升阀状态见图4中18就地气动开阀所示，干线天然气依次通过24、17、9、12，进入开罐，推动旋转叶片转动，从而使得传动轴转动带动阀门动作。当阀位指示器指向“开”位置时，松开操作杆，开阀操作完成，就地气动关阀操作的原理与开阀操作相同。

1.2.2 远控气动（以关阀为例）

图4 SHAFER 9870-S流程

远控气动关阀时，北京调控中心给出关阀指令，通过RTU传至SHAFER气液联动执行机构接线头，电磁阀27打开。干线天然气依次通过 24、17、9、12、13、27、26，进入提升阀气路控制块将提升阀顶起。提升阀被顶起后，来自干线的天然气经过一级过滤器12过滤后，大部分进入关气液罐，推动旋转叶片转动，为传动轴带动阀门动作提供动力；小部分继续经二级过滤器13过滤后为顶起提升阀提供动力。当阀门关到位时，执行机构发馈一个关到位的信号通过RTU传至北京调控中心，关阀信号撤消，电磁阀27失电关闭，关阀操作完成，远控开阀操作原理与远控关阀操作相同。

1.2.3 自动关断

LINEGUARD控制系统为SHAFER执行机构提供了自动检测关断的功能。当检测到管道压力过高、过低或压降速率过快的情况时，LINEGUARD会控制执行机构自动关断阀门。当LINEGUARD通过阀25连接的管道检测到以上3种情况其中任一种时，LINEGUARD控制箱内电磁阀得电打开。经两级过滤后的天然气通过调压阀19将压力调整为0.8 MPa左右，再通过LINEGUARD控制箱内电磁阀，到达两路常关气动阀18使得阀18开启。干线天然气依次通过 24、17、9、12、13、18、26，进入提升阀气路控制块将提升阀顶起。提升阀被顶起后，来自干线的天然气经过一级过滤器12过滤后，大部分进入关气液罐，推动旋转叶片转动，为传动轴带动阀门动作提供动力；小部分继续经二级过滤器13过滤，其中一小部分经过调压阀19调压后为气动阀18开启提供动力，其余气体为顶起提升阀提供动力。当阀门关到位后，执行机构发馈一个关到位的信号到LINEGUARD控制系统，控制箱内电磁阀失电关闭，气动阀18关闭，阀门自动关断操作完成。

2 SHAFER气液联动执行机构的日常维护保养

根据山西管理处在维保工作中积累的经验，在进行日常维护保养时,除了严格按照《Q/SY XQ 36-2003SHAFER气液联动执行机构操作维护规程》与《ZD 02/SY A/O线路气液联动截断阀操作作业指导书》中的规定执行以外，还应注意以下方面。

（1）对SHAFER执行机构气液罐油位定期进行检查时的标准为：关阀状态下，关罐油位比油尺上白线低约5 cm，以刚好接触油尺为宜；开罐油位比油尺上白线高约5 cm。开阀状态下两气液罐的油位与之相反，否则应对气液罐油位进行调整。

（2）应定期对LineGuard控制箱内蓄电池进行检查。如果蓄电池电压不足，在失去TEG电源的情况下，由于电压过低，会造成压力变送器测量数据偏小，导致电磁阀误动作，关断线路截断阀。

（3）在检查气液罐油位或对执行机构进行排污时，首先关闭动力气源根部球阀，然后排空备用气源罐内气体（提升阀气路控制块上压力表指示0 MPa），确认排气口无气体排出后再进行操作，以避免因电磁阀损坏使气液罐带压而造成事故。

（4）检查手动泵系统密封情况。保持手动泵开、关手掌按钮处在拔出状态，提起操作手柄压下，如压不动，则说明手动泵系统密封良好。

（5）对于露天安装的SHAFER执行机构，应定期检查LINEGUARD控制箱是否严密关闭，严格防止其进水。

（6）当执行机构动作时，可以通过管路表面的结霜情况来简单判断气路走向及该管路是否畅通。

（7）冬季来临前应对执行机构摆缸进行排污。排污时缓慢旋出摆缸底部4个排污塞，以免液压油喷出，排污完毕后重新检查气液罐内油位。

（8）SHAFER气液联动执行机构一般不会出现机械故障。发现故障后为快速处理，应首先检查执行机构电磁阀、气动阀及限位开关内接线是否正常。

（9）确认高压软管一端安装在气液联动执行机构的排气孔，另一端引至阀室室外并装有消声器，以减少噪声污染。

3 SHAFER气液联动执行机构常见故障的处理方法

除《Q/SY XQ 36-2003SHAFER气液联动执行机构操作维护规程》中所列故障及处理方法外，执行机构还有以下这些比较常见的故障，具体现象、原因及处理方法见表1。

表1 常见故障及处理方法