浅析石化行业中两段式气动切断阀的使用

（天津市化工设计院，天津 300193）

我国的经济水平以及现代化工业生产正处于迅猛发展的阶段，石油化工行业的需求量不断增加，油品市场的竞争也日趋激烈。油库在油品销售中处于重要环节，油品销售过程中自动化水平以及控制精度将发挥出越来越重要的作用。为了提高石油化工行业的工作效率，各个公司陆续设计实施并加强了油品自动化的生产和销售。油品定量装车就是由此产生的。装车转运过程中成品物料的装车计量是关系到企业效益的一个重要问题，计量上减少误差和提高控制精度也就是为企业创造了效益。定量装车，顾名思义，即先确定需求量，然后装车，当达到需求量时则停止。但由于电液阀的滞后性和管道里油品的延迟，会导致实际装车量要比预定的需求量多。[1]

1 油品装车计量精度控制及两段式气动切断阀的作用

在早期石化行业油品贸易结算过程中，人们通过观察流量计到达指定流量后关闭阀门，由于阀门的关闭需要相应时间，所以实际输出量往往大于贸易交易量，对于企业的利润造成很大影响。对于油品贸易结算交易，装车计量的精度应控制在国家内贸部规定油品商业交割计量精度内，即≤±0.35%（质量）。[2]

以2010年设计的天津港某润滑油为例，该项目为润滑油生产及销售项目，通过码头输入基础油和添加剂，再经过不同添加剂的配比生产出不同型号的润滑油存到储罐内，最后进行装车销售。在装车差计算公式为

由于储罐的液位在装车过程中不断发生变化，并且存在不同型号的润滑油采用不同鹤管交替装车的情况，因此管道中的压力会经常发生变化，使装车过程中管道内的流速也发生相应的变化，影响装车精度，这是装车系统中产生误差的最大原因，解决方法之一就是对流速对应的关阀提前量建立数据库，通过对关阀前流速的测量调用数据库数据来决定关阀时间，这样就大大的减小了γ1的误差；

控制系统精度（该润滑油项目使用的批量控制器）：γ2=±0.005%，在该误差计算系统中可忽略不计（16位计算机的分辨率，16位浮点运算）；

质量流量计的计量精度，考虑使用贸易计量级：γ3=±0.20%，这个误差为仪表产生的误差，只能由仪表生产厂家不断的努力生产出精度更高的仪表才能降低这个误差；

对于阀门关闭时间造成的延时误差，该项目因使用两段式气动切断阀，阀门在润滑油输送过程中如提前一段关（假设K=80%），达到设定值时再进行第二次关闭（即完全关断），二次关闭所需时间为0.2s，润滑油装车管线为DN100，流速为v=1.24m/s销售过程中影响到计量精度的误差有：管线压力或流速变化造成的误差（设定为γ1），控制系统精度（设定为γ2），流量计（选用贸易计量级质量流量计）的计量精度设定为γ3，阀门关闭时间造成的延时误差（设定为γ4）。

该贸易结算控制系统为闭环串联系统即根据流量控制阀门的关闭，同时带温度补偿，其综合误（正常流量为29.75t/h），润滑油密度为850kg/m3，槽车装载量为4t时，所造成的误差为：γ4=3.14×0.05×0.05×1.24×0.2×850/4000=0.051%。

根据公式计算得出γ=0.256%，小于国内贸易规定的0.35%。

从公式中也可看到除了质量流量计的计量精度为固有误差以及控制系统产生的误差可以忽略外，影响到误差的第二大要素就是切断阀的关断时间了，由此可以看到使用两段式气动切断阀因减少了关闭时间而降低了误差，提高了贸易结算精度。

2 两段式气动切断阀含义及特性

气动活塞多段式切断阀是一种能多段开或多段关的切断阀，两段式顾名思义就是能够实现两段开或者两段关的阀门，这是一种结构比较特殊的阀门。两段式气动切断阀通过调整进气压力而改变中间状态的位置，从而实现三位式的操作方式。它是由两段式气动执行机构、球阀或蝶阀、电磁阀、过滤减压阀、气气阀门定位器和限位开关等部分组合而成（不同厂家的阀门构造可能存在差异），通过气缸内活塞行程的改变，执行机构与阀芯转角被停留在事先调整好的角度(45～90°)，调整了阀门的开度从而调整了阀门流量。这种装置依靠减压装置以及两个电磁阀控制阀门的流量。由于执行机构内部采用了快速排气及节流功能，使两段球阀具有特别好的开关特性。

3 两段式气动切断阀工作原理

在润滑油项目中，使用的两段式气动切断阀工作原理见图1，具体过程为：当电磁阀2带电时(电磁阀1带电不带电均可)，信号端气压达到0.1MPa（减压过滤装置2将0.4MPa的供给压降到0.1MPa），通过气/气阀门定位器使阀门全部打开，进行装车；当接近设定值时，电磁阀1带电同时电磁阀2失电（注意一般电磁阀1带电3s后电磁阀2失电），信号端气压达到20～100kPa（减压过滤装置1将0.4MPa的供给压降到20～100kPa），阀门进入小流量状态，当流量达到设定值时，电磁阀1失电（电磁阀2依然失电），阀门全部关闭。减压过滤装置1的降压值可进行调节，调节范围从20～100kPa，通过调节不同的压力，使得两段式气动切断阀可以调整不同开度的半开状态。

图1及以上所述工作原理并不代表所有厂家生产的两段式气动切断阀的工作原理，不同厂家的阀门作用方式和工作原理会有所不同。

图1 两段式气动切断阀工作原理

4 两段式气动切断阀的适用范围

两段式气动切断阀的开关特性表现良好，由于阀门采用分段式开关，减少了开阀与关阀的运行时间，从而能够让管道中的流体较为平稳的流动，不会因冲击产生水锤现象使易燃流体发生爆炸，也不会因冲击现象而扰乱流量计及其他仪表的计量精度、也不会损坏流量计等计量仪表，因而在石油、化工、轻工、国防等行业中的流量控制系统中越来越多的被使用，特别适用于油品贸易结算系统。

在工业燃气燃烧设备中，也会用到两段式气动切断阀，例如一般单台燃烧器的中型燃烧设备上，因为采用两段火力大小的燃烧方式，可以防止频繁的控制燃烧器开关，大火与小火切换时对燃烧器中的加热设备产生的热冲击比燃烧器启动时要小很多。而且由于燃烧器在启动之前需要进行一段时间的前吹扫，负荷加热反应比较慢，且会被吹扫气体带走大量的热能，造成能源的浪费，所以两段火型燃烧方式比直接开关型方式要好一些。[3]实现两段燃烧的方法就是使用两段式燃气电磁阀，从而控制燃气和空气的流量。

综上所述，目前两段式气动切断阀在物料贸易计量结算时和工业燃气燃烧时越来越广泛的被使用，而且在整个系统中起到了关键性的作用，随着自动化水平的提高，两段式气动切断阀分段开关的独有特性会让它在石化行业的使用范围会越来越广泛。

[1]王磊，田静，刘文科.油品定量装车提前量控制算法研究[J].无线互联科技，2012，（3）：112.

[2]张越.成品油火车自动装车系统设计[J].石油化工自动化，2004，（6）：22.

[3]冯良，钮坤，牛亚楠，承念鹤，蒋承伟，沈蓉蓉.工业燃气燃烧设备中阀门的介绍和选择[J].工业炉，2007，（1）：20.