一种新型气动紧急关断阀应用实例

徐　镇，杨　帆，左方晨

（1.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃 兰州730000；2.中海油天津化工研究设计院有限公司；天津300131）

一种新型气动紧急关断阀应用实例

徐镇1，杨帆1，左方晨2

（1.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃 兰州730000；2.中海油天津化工研究设计院有限公司；天津300131）

介绍了一种应用于气液两相分离器的气动紧急关断阀，通过对气动紧急关断阀气动控制回路的特殊设计，使其具有了开启迅速，仪表风可回收的功能，满足了项目的设计要求。该气动紧急切断阀开关稳定，提高了生产过程的安全性。

气液两相分离器；气动紧急关断阀；仪表风回收；集成式

四川某高含硫气田投产初期产出的天然气含酸液，产出的天然气需要先经过井口临时分酸分离器将天然气中的酸液分离，经由分离器液相出口管线将酸液排至酸液缓冲罐，由罐车将酸液缓冲罐中的酸液运至污水处理站进行处理。井口临时分酸分离器属于高压设备，而酸液缓冲罐为低压设备，为防止下游低压设备超压，故在井口临时分酸分离器液相出口管线设置气动紧急切断阀作为安全保护单元［1-3］，紧急切断阀采用弹簧复位单作用执行器。分离器处在防爆区域内，且仪表风为纯净天然气，以电磁阀作为气控回路主要控制元件的此类关断阀在关断时仪表风气体直接排放至现场，在仪表风为天然气的情况下不能在防爆区域内使用，也不满足此项目对关断阀开启时间≤3S的要求。

本文介绍的新型气动紧急切断阀，采用集成化、模块化设计［5-6］。在常规气动紧急关断阀的气控回路上增加了气控阀、单向阀等元器件［4］，集成后的关断阀其开启及关闭时动作迅速，动作时排出的仪表风天然气可由一路外接管线回收，性能突出、安全可靠，满足现场使用条件。

1　常规的气动紧急关断阀在此项目中应用存在的问题及分析

常规的气动紧急关断阀主要由执行器、限位开关、过滤减压阀、电磁阀等组成（图1）。在该气控回路中，两位三通电磁阀作为气路主要控制元件，当电磁阀得电时，气缸向右侧压缩弹簧，球阀开启并保持此状态，当发生突发情况，电磁阀失电，气缸在弹簧作用下返回，球阀迅速关闭。这种结构的紧急关断阀在此项目中应用存在一些问题。

图1　常规气动紧急关断阀气路原理图

1）开启速度慢。电磁阀的口径一般都较小，受到这一因素的影响，气体通过电磁阀进入气缸的速度受到限制，导致气缸动作的速度缓慢，阀开启速度慢。达不到此项目要求的3秒内需迅速开启的要求。

2）存在安全隐患。常规的气动紧急关断阀在关闭时，气缸在弹簧作用下返回，仪表风气体会通过电磁阀就地排放，此项目气动仪表的仪表风为纯净天然气，排出的天然气导致生产场合存在极大的安全隐患。

2　新型气动紧急关断阀组成及工作原理

这种新型的气动紧急关断阀由过滤减压阀、电磁阀、止回阀、气控阀、快排阀、气动执行器、限位开关和球阀组成［7］（图2）。

1）过滤减压阀。除去仪表风气体中的油、水、尘等杂质，同时使压力平稳的输出，保证压力稳定［8］。

2）电磁阀。通过线圈的得电与失电完成气路换向，用于控制气控阀。

3）止回阀。仪表风气体只可单向通过，不能够逆向流通。

图2　净化天然气供气气路原理图

4）气控阀。加压控制的两位3通气动换向阀（图2），A接气源，R接排气侧，P接快排阀，无压力作用时A、R导通。当电磁阀得电压缩空气作用于气控阀，A、P导通，仪表风迅速进入气缸，气控阀达到快开的目的。

图3　气控阀原理图

5）快排阀。安装在气控阀与气缸之间，P接气源，A接执行器，T接排气侧（图4）。当P有压缩空气输入时，推动阀芯右移，P与A通，给执行器供气；当P无压缩空气输入时，执行器中的气体通过A使阀芯左移，堵住P、A通路，同时打开A、T通路，气体通过T快速排出。快排阀加快了气缸往复运动速度，使得关断阀可以迅速关闭。

图4　快排阀原理图

6）气动执行器。采用弹簧复位单作用气缸，气源进入时推动活塞，客服弹簧压力，气缸推动阀杆逆时针运动，阀门打开。供气压力失去，弹簧推动活塞回到原来位置，气缸推动阀杆顺时针运动，阀门关闭。

7）限位开关。接近式限位开关，反馈阀门开关状态至中控。

8）球阀。法兰连接的全通径球阀，阀体及内件材质为Inconel625，耐酸腐蚀。

其工作原理如下。快排阀、电磁阀、气控阀均有一路出口被连接至一路，并安装了单向阀，这个出口统称为气控附件的排气侧。分离器装置正常工作时，中控给电磁阀通电，气源压力通过电磁阀作用于气控阀。气控阀A、P导通，快排阀P、A导通给执行器供气，阀迅速开启。普通电磁阀通径较小，无法完成阀门的迅速开启，在这里增加大通径的气控阀是达到阀门能够迅速开启的要求。此时限位开关反馈的阀开状态为闭合的触点信号。当出现紧急情况时，中控触发紧急关断指令，电磁阀失电气路换向，仪表风入口侧被切断，导向排气侧。故作用于气控阀的压力消失，气控阀A、R导通。快排阀P无压缩气体输入，A、T导通，执行器内的压缩气体通过T快速排出，阀迅速关闭。分离器撬外预留了一路净化天然气回收接口，在阀门关闭时快排阀、气控阀及电磁阀均会排出净化天然气，为了能满足集成化的设计思路，紧急关断阀需要预先将快排阀、气控阀及电磁阀的排气侧连接至一路。实际操作发现如果不加装单向阀而只是简单的将这3路排气侧连接起来，则阀门无法正常关闭。经过分析后得出结论：电磁阀、气控阀、快排阀之间在关断时排气侧互相之间存在干扰，最终导致气缸无法动作，阀门无法关闭。在电磁阀、气控阀及快排阀排气侧安装单向阀，可以取消它们之间的互相干扰，成功的解决了这个问题，同时也隔离了净化天然气回收系统。

气动执行器上配装了手动操作的手轮，在气动执行机构失效时可以手动关闭阀门。

3　新型气动紧急关断阀主要功能及性能指标

1）迅速开关。当收到DCS开信号，气源可迅速通过气控阀进入气缸，迅速开启。当收到DCS关信号，气缸内的压缩空气可迅速通过快排阀排出，迅速关闭。开关时间均小于3s。

2）开关信号反馈。限位开关选择感应式，接触式限位开关易出现行程开关与极限位置的挡块接触不良无反馈信号的问题，且使用寿命短。当阀门开启反馈信号为闭合的触点信号，阀门关闭反馈信号为断开的触点信号。

3）仪表风回收。可预留了一路仪表风回收接口，由外接系统回收。

4　应用实例

2015年6月这种新型改进后的关断阀应用在四川元坝气田二期滚动开发项目中的分水分离器撬上，公称通径DN80，压力等级CLASS1500，阀体及内件材质Inconel625。至今运行良好，各项性能指标都达到了设计要求，取得了满意的应用效果。

［1］ 徐志胜，．安全系统工程［M］．北京：机械工业出版社，2007．

［2］ 罗云．风险分析与安全评价［M］．北京：化学工业出版社，2004．

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［4］ 赵彤．SMC气动技术发展及在新领域中的应用［J］．现代零部件，2004（Z1）：122-124．

［5］ 王雄耀．气动技术的发展趋势［J］．现代制造，2007（30）：14-15．

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