气动调节阀保位系统在原油管道上的应用

杨 齐 高 岩 刘 亭

(中石化管道储运公司华东管道设计研究院1，江苏 徐州 221008;中石化管道储运分公司运销处2，江苏 徐州 221008)

0 引言

原油长输管道主要是将油田或者码头的原油输送至炼化企业，为炼化企业提供炼油原材料。目前，长输管道大都采用密闭常温输送或者密闭加热输送工艺，为炼厂提供稳定的原油。对于密闭输送管道，常采用MOKVELD气动调节阀来实现管道进出站压力和管道压力波的自动调节。常规的气动调节阀执行机构采用气开或者气关的安全保护模式［1］。由于原油管道输油工艺的特殊性，要求调节阀出现故障时应处于保位状态。

1 出站压力调节系统

原油管道的出站调节系统主要包括调节阀、截止阀、出站压力流量检测仪表以及泵入口汇管压力检测仪表等。系统中所有检测参数上传至站控制系统和调度中心，并在其工作站进行显示和控制等。调节阀作为调节系统的执行终端，接收调度中心和工作站控制系统的控制命令，实现管道的进出站压力自动调节，同时参与到全线的水击超前保护系统中。输油站场调节阀采用MOKVELD气动调节阀，并设置独立的供气系统为其提供气源。

2 调节系统控制原理

2.1 调节阀控制原理

MOKVELD气动调节阀是轴流式活塞型阀门，活塞在阀体内水平运动。活塞通过阀杆控制活塞杆水平运动，实现阀门的开关动作。调节阀采用了带有电气定位器的双作用执行机构，独立的供气系统为执行机构提供气源。电气定位器将站控制系统提供的4～20 mA电流信号转换为0.02 ～0.1 MPa的标准气压信号［2］。气压信号控制气动放大器的进气或者排气，气动放大器与执行机构的气缸相连。此时，若气缸下路进气，则上路排气，阀杆向上移动，阀门打开;反之，阀杆下移，阀门关闭。阀门到达与控制信号相对应的阀位后，定位器的两路气压输出达到平衡，气动放大器不再进气或排气，阀门停止移动。执行机构气缸内气体变化，从而推动阀杆上下移动，并带动活塞杆左右移动，使阀门在全行程上移动［3］。调节阀控制原理图如图1所示。

图1 调节阀控制原理图Fig.1 Control principle of the control valve

2.2 电气定位器控制原理

FISHER DVC6010电气定位器是基于微处理器将电信号转换成气动信号的仪表。微处理器将给定值与阀门形成的反馈值进行比较，当出现偏差时，微处理器依据偏差的大小和方向输出一个驱动信号。该驱动信号通过电气(I/P)转换器，将电信号转换成气动信号，再通过气动放大器放大，按照位置方向输出给气动执行机构［4］。执行机构依据接收的信号A或者信号B进行上下移动，从而使阀门开度在全行程上进行移动。电气定位器控制原理图如图2所示。

图2 电气定位器控制原理图Fig.2 Control principle of the E/P positioner

3 现有调节阀安全模式

3.1 方案分析

气动调节阀实现了出站压力的调节控制，电气定位器能够使其在全行程上进行移动。执行机构可以连续地做增压或者减压的调整，以达到较好的控制效果。但调节阀执行机构存在故障状态下安全模式选择的问题。安全模式的选择首先要保证生产的安全性，其次是生产的连续性。由于长输管道的特殊性，要求当调节阀出现故障时，调节阀处于保位状态。

3.2 保位措施

调节阀的故障状态有断气、断电和断信号三类［5－6］。

在断气故障状态，连接到液压单元的气压信号中断，液压单元的内部液压油路被关闭。由于液体是不可以压缩的，液压缸内的阀杆无法移动，因此执行机构被锁定，实现保位功能［7］。由于供气管线安装有压力变送器，当调节阀出现断气故障时，站控制系统发出气源压力低报警信号，提醒工作人员及时处理并检查调节阀状态信息。

在断电故障状态，由于控制系统电源采用在线式不间断电源(UPS)供电，且后备电池时间为2 h，因此调节阀不考虑断电时的保位措施。

在断信号故障状态，DVC6010无法切断液压单元的气压信号，因此无法实现保位功能。

4 改造后调节阀安全模式

针对断信号故障状态下无法实现保位功能的问题，对调节阀执行机构进行改造。在电气定位器和执行机构之间加装电磁阀，控制室增加信号保护模块，实现调节阀断信号保位功能。改造后调节阀控制原理图如图3所示。

图3 改造后调节阀控制原理图Fig.3 Control principle of the control valve after

正常状态下，电磁阀处于常开状态。将定位器输出的信号A和信号B与气源压力进行比对，并由气动放大器将差值信号附加在膜盒的两侧，从而推动阀杆上下动作，使膜盒上下压力达到平衡。当出站压力、进泵汇管压力出现波动时，由调节阀阀杆带动活塞杆动作，使调节阀处于平衡状态，确保出站压力控制在设定值。

当出现断信号故障时，信号保护模块检测到控制信号中断，则立刻停止对电磁阀供电，电磁阀掉电自动关闭，切断液压单元的气压信号，从而使液压单元的内部液压油路关闭。

5 安装调试及应用

安装完成后，首先对调节阀原有的开阀、关阀、调节功能进行测试，通过调节参数值，设定其性能，使其与改装前保持一致，实现调节功能。其次，测试其断气保位功能。最后，测试其断信号保位功能:通过系统软件屏蔽信号进行测试，此时电磁阀关闭，调节阀停止动作，上位机显示调节阀开度不变;解除屏蔽后，电磁阀打开，调节阀正常工作。同时，通过解除信号线进行测试，同样电磁阀关闭，调节阀停止动作，上位机显示调节阀开度不变;接通信号线后，电磁阀打开，调节阀正常工作。

6 结束语

本文提出了一套对调节阀增加电磁阀和信号保护模块的设计方案，实现了调节阀的故障保位功能。目前已完成对输油站场调节阀的改造，并已成功应用于原油管道进出站调节系统。实际应用证明，对于密闭输送管道，调节阀的保位功能切实保障了原油的顺利输送，确保下游设备和管道的安全。

［1］布赖思·内比斯特.阀门和驱动装置技术手册［M］.张清双，尹玉杰，李树勋，等，译.北京:化学工业出版社，2010:171－180.

［2］明赐东.调节阀应用［M］.北京:化学工业出版社，2006:193－195.

［3］江秀汉，李琳，孟立宏，等.长输管道自动化技术［M］.西安:西北工业大学出版社，2000:110－111.

［4］王冰怀，赵桂英，梅斌，等.输油管道工程设计［M］.东营:中国石油大学出版社，2010:709－711.

［5］王福珍.调节阀的故障保位［J］.石油化工自动化，2011，47(2):55－56.

［6］ 调节阀故障保位的几种方法［EB/OL］.［2011－02－16］http://wenku.baidu.com/view/7440c5f4f61fb7360b4c658c.html.

［7］左国庆，明赐东.自动化仪表故障处理［M］.北京:化学工业出版社，2004:210－211.