浅析液压驱动式SDV阀的调试

唐清 蓝东 王亮

摘 要：当前自动化控制系统的可靠性及稳定性越来越高，安全性在自动化生产过程中尤为重要。其中SDV（shutdown valve）阀主要用于ESD（Emergency shutdown system）系统中，为了保护设备，一般在设备的进出口处设置SDV阀，确保操作的安全性。文章结合阿布扎比原油管道项目中液压型SDV阀的应用为实例，对液压型SDV阀的安装与调试进行了具体分析和探究，供相关技术人员在遇到同类型的阀门安装调试时作参考。

关键词：SDV阀；HPU（液压驱动单元）；执行机构

中图分类号：：TM62 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）24-0103-02

SDV阀门是紧急保护系统中的控制单元，据统计阿布扎比原油管道项目共有28台液压型SDV阀分别分布在MPS主泵站、IPS中间泵站、MOT末站，SDV阀均设计为故障关闭型，在正常生产状态下SDV阀必须处于全开状态，如果阀门调试不成功就无法保证阀门处于正常工作状态，项目将无法顺利投产。

1 SDV液压型紧急切断阀的特点

由于阿布扎比原油管道项目采用的液压型SDV阀主要由三个部分组成：执行机构、液压驱动单元、储能罐单元，各个组成部分结构复杂且仪表点位比较多，涉及的内部联锁控制也比较多，对调试造成一定的困难。

2 SDV阀的工作原理

在这里我首先简单介绍下SDV阀的工作原理，SDV阀由驱动单元、储能罐、执行机构共3部分组成。驱动单元负责提供动力，启动油泵将油箱内的液压油输送至储能罐内并压缩氮气进行储能，储能罐内部氮气和液压油由活塞隔离，储能罐内提前预充135 Bar的氮气，当储能罐压力达到压力设定值时自动停泵，然后通过减压阀调压至150 Bar给执行机构提供油压，从HPU至Actuator有一路供油线和一路回油线，执行机构通过一系列的油路控制供油和回油来进行开关阀门。

3 SDV阀调试

SDV阀的调试比较复杂，调试过程中会遇到各种各样的问题。导致这些问题出现的原因也各自不同，主要体现在以下几个方面：设计问题，阀门质量问题，施工问题以及控制系统厂家问题。下面我就SDV阀调试过程中遇到的问题及处理方法进行详细的阐述。

①调试时发现HPU控制系统没有供电，由于设计和厂家沟通不够，签订技术协议时澄清的不够彻底而出现设计给出HPU电源电缆型号不对。设计给HPU供电电缆为三芯电缆，但HPU实际需要至少4芯电缆，因为在给油泵供电的同时还需从380 V的交流电中取一路220 V的电源给HPU内部自带电源模块（220 V AC转24 V DC）供电（如图1所示），于是只能组织施工队伍重新敷设电缆。

②我们发现HPU在自动状态下建立油压系统时有油泵间断性的停泵然后立即起泵的现象，经过仔细对比其他SDV阀的情况，我们发现储能罐容量小的阀门不会出现类似问题。由于SDV阀大小和储能罐容量不同，建立油压系统的时间也会不一样。由于HPU和储能罐由不同的厂家提供，HPU厂家并未考虑到储能罐容量大小的问题，在出厂时将时间继电器都设定为30 S，经过仔细研究发现油泵保护系统中时间继电器设定时间短导致油泵反复启动。具体分析如下：时间继电器工作设定为控制口短路控制+延时特定时间后继电器触点断开，如图1所示。

①当模块通电后，继电器出点闭合，端子A1-B1短路后定时t长度启动、定时指示灯闪烁。

②定时t长度结束继电器触点断开。

③当端子A1-B1断路后，继电器触点闭合。

④当端子A1-B1短路后定时t长度启动、定时指示灯闪烁。

⑤如电源持续时间小于定时长度t，则已计时长度删除。

结合HPU的控制原理图（如图2所示）得知，自动状态下当在时间继电器设定时间t内未能让油压未建立至设定值时（即压力开关PSH设定值），油泵便会出现停泵后立即起泵的现象。当然由图可知时间继电器主要是为了防止在手动状态下油泵长时间运行，从而起到对泵的保护作用。于是我们针对每一台SDV阀和储能罐的大小重新设定了时间继电器的时间t，从而避免了这种现象的发生。

③SDV阀在运行过程中出现油箱液位低且导致油泵停止的现象，针对此现象我们首先想到的便是油路系统存在泄露，仔细排查后并未发现泄露点且在调试前油箱内注入了足够的液压油。我们将储能罐和执行机构的油全部泄压至油箱以后，油箱液位正常，此时发现储能罐预充的氮气压力远远不够135 Bar，很明显储能罐氮气出现了泄露。由于工作压力高，在储能罐压力达到200 Bar时，上部氮气充氮和压力测量管路出现了缓慢泄露的情况。重新注氮建立油压以后检查处理泄露点以后，此问题得到了解决。

④控制室系统人机界面无法正常检测到HPU单元的油箱液位和油箱温度，但是能检测到储能罐压力和输出压力。在排除信号线接错的问题后，我们与SDV阀厂家、西门子厂家研究发现油箱液位和温度变送器由HPU自带的安全栅供电，而储能罐总压力和输出压力变送器由控制系统安全栅供电。所以可知液位和温度变送器输送给控制系统的为有源信号，无需另外供電。西门子厂家将现场信号直接引入AI模块后能读到现场数据，但是读数与现场表头显示不一致。我们得知现场安全栅为倍加福KFD2-CRG2-（Ex）1D，现场变送器输出为4～20 mA电流信号，安全栅将电流信号按线性比例传输给控制系统。查阅此型号安全栅资料得知实际初始设置中输入端（即测量端）的设置量程为0～20 mA，与变送器输入信号存在偏差，这样就会造成安全栅的实际输出值与变送器的输出电流值不成比例，相应的控制室人机界面的显示数据就与现场仪表存在偏差。

实际偏差图如图3所示，从图中很明显可以看出，若将输入端量程设置为0～20 mA，则在变送器输出范围为4～20 mA时，蓝色线所对应的输出值为人机界面显示值，灰色线为现场变送器显示值，很明显能看出两者之间存在偏差值。

HPU厂家决定用PACTware软件通过安全栅自带的RS232串行接口对安全栅重新进行诊断及参数设，使得现在变送器与人机界面显示数值能保持一致。

⑤当阀门开或是关的过程中，西门子系统未能检测到70%和80%的阀位反馈信号。由于这两个信号均为瞬时开关量，阀门在开阀和关阀的过程中，70%和80%的阀门反馈信号均能在盘柜侧用万用表量到，西门子控制系统存在问题。由于70%和80%的阀位反馈信号均为瞬时数字量，阀门开关时速度快，信号本身持续的时间非常短，特别在小尺寸的SDV阀门显得尤为突出。与西门子厂家仔细讨论后得到以下结果：PLC在每个扫描周期中集中一段时间对I/O信号进行处理，這将有可能造成输入信号丢失。当输入信号在I/O刷新时间尚未到来时发生变化，则当I/O刷新时间到来时因输入信号的变化却已过去而造成输入信号丢失，图4表示了扫描周期与输入信号丢失的关系。

如图4所示，扫描周期T由t1，t2，t3，t4部分组成。其中，t1为共同扫描时间；t2为外设扫描时间；t3为用户程序执行时间；t4为I/O刷新时间；tS为输入信号持续时间。如果tS

tS≥T

西门子厂家缩短对70%及80%阀位反馈信号的扫描周期由200～100 ms，更改后重新进行测试均能接收到70%及80%的阀位反馈信号。

⑥SDV阀的PST测试功能是为了检验阀门在长时间不开关动作的情况下能否正常工作。其内部控制逻辑为按下PST按钮，阀门开始关闭，在检测到80%反馈信号以后阀门会由关阀转为开阀直到阀门全开，然而我们在调试小尺寸SDV阀门在进行远控PST命令时，阀门在开度为80%～100%的范围内进行反复开关动作的问题。与SDV阀及西门子厂家仔细分析研究发现是由控制系统给出的PST命令持续时间过长导致，控制系统给出的远控PST命令持续时间为10 s。大尺寸的阀门行程比较长，从阀门全开状态关阀至80%的时间远不止10 s，当阀门关至80%时而转为开阀的状态时，PST命令已经消失；反之小尺寸的SDV阀门行程小，阀门从全开状态关阀至80%的时间非常短且小于10 s，当阀门执行PST命令阀门关至80%后全开，此时控制系统给出的PST命令仍然存在，所以导致阀门重新执行PST命令，直至PST命令消失后阀门最终开到全开状态。西门子厂家对远控PST命令持续时间更改为1 s后，SDV的PST测试功能正常工作。

4 结 语

SDV阀门的成功安装调试，避免了投产运行中出现的种种问题，为整个工程顺利中交打下了基础，节省了大量的人力，物力和财力。本文着重总结了SDV阀门的调试要点、控制原理及调试过程中常见的问题，随着科技的发展，新设备、新技术的不断使用，在遇到新型的液压驱动SDV阀时，我们将借鉴以往的调试经验避免类似问题的发生。

参考文献：

[1] 沈雪松，吴荣珍，熊瑞平.液压驱动阀门的控制设计与探究[J].中国测试技术，2005，（2）.