天然气阀门执行器维护注意事项及常见故障分析

李乃安 陈佳欣

摘 要：在阀门的日常使用中，各类执行器在石油、化工、天然气管线的运用量非常大。执行器不仅是自动化控制的关键设备，更是安全生产的有力保障，在突发事件发生时能够在智能、人工干预下做出快速反应，合理、稳定的利用能够大大提高安全保障。但由于执行器发展在国内时间较晚，更多应用的是国外引进产品，但相对于引进产品的配套技术人员较为匮乏，造成对此类产品的专业维护价格也较为昂贵，部分能源企业对此类技术含量高的设备运维重视程度不够，当出现突发事件时候可能因此类产品运维不到位不能正常使用而带来灾害性后果。本文针对天然气长输管线阀门执行器的日常保養注意事项以及常见故障分析做以介绍，为天然气企业的设备平稳运行提供参考。

关键词：执行器;维护;故障分析

中图分类号：TP273 文献标识码：A

引言

目前我国天然气长输管道阀门电动执行机构主要依靠进口，增加了天然气管道建设和运营成本，制约了天然气管道行业的发展。有必要开展天然气长输管道设备的国产化研究，在大口径天然气管道上使用国产电动执行机构替代国外进口产品，提高我国天然气管道设备的保障能力。中国石油西气东输管道公司联合4个厂家开展了天然气管道阀门电动执行机构的研制工作，对标国外先进产品关键指标，制定了电动执行机构研制技术条件，完成了首批国产化电动执行机构的产品设计、样机试制、工厂试验和产品工业性试验。国产化电动执行机构产品的性能达到了研制技术条件要求和国内外相关技术标准要求，具备批量生产条件，电动执行机构国产化定型产品可在天然气长输管道建设中推广应用。

1压缩天然气发动机系统功能

本研究以YC6G260N天然气发动机为研究对象，该发动机应用于重型商用车。该发动机采用增压中冷、稀薄燃烧、单缸高能点火的技术路线，该系统具有稳态性能好、易于实现等优点。天然气发动机控制器（ECU）的主要功能包括：及时采集各种传感器和开关的信号参数，处理后传送给上层控制软件;同时从上层控制软件接收控制指令从而驱动执行器运行;与系统监测软件通信;与系统标定软件通信，实现在线标定的功能;与诊断工具通信等。CNG发动机空气管理系统由进气量控制、增压压力控制以及防喘振控制三部分组成，相应的执行器由电子节气门、废气旁通阀、旁通控制阀、防喘振阀、增压器等部件组成。CNG发动机空气管理系统的作用是根据发动机工况提供适宜的空气量，同时向ECU传递此信息，并根据ECU的指令完成空气量的调节。CNG稀燃增压发动机需要对缸内的空燃比进行闭环控制，因而需要对节气门、增压器和旁通阀进行灵活、快速地控制。CNG稀燃增压发动机的瞬态特性与空气量、燃气量、空燃比、增压压力等的瞬态控制密切相关，对控制系统硬件驱动的瞬态控制要求是硬件能够在瞬态工况下做到实时精确反应：1）电子节气门控制满足瞬态响应的需求，节气门的实际开度可以实时瞬态跟随其目标开度;在任何工况点的任意阶跃响应的建立时间应该在100ms以内;2）增压压力的控制在执行器响应的范围内，满足增压压力的控制需求。本研究重点针对空气管理关键执行器电子节气门和旁通阀的控制。

2天然气阀门执行器的维护注意事项及常见故障分析

2.1破管功能

破管功能检测参数是高限、低限、压降速率，这三个参数根据管线运行工况计算出（设计院负责），现在主流的执行器破管保护系统有ELBS-LK（BIFF），LINGUARD2200、LINGUARD2000（shafer）、PLPG2010（迈可森）等等，此类都是电子破管，都带有传感器，传感器数据上传到系统运算;老一点还有机械式比较罐，根据单位时间压差计算;还有一种就是有SCADA系统负责运算控制的方式。在现场管线处安装压变，将压变数据采集传输至SCADA控制中心，由中心计算机运算数据控制阀门开关动作。为增加数据安全，也可做冗余压变。针对此类功能维护，一般还是保证数据传输以及数据准确度。

2.2阀门电动执行机构国产化研制

阀门电动执行机构是长距离天然气输送管道的关键设备之一，它的作用是接收计算机发出的控制信号，并把它转换成阀门的开关动作，使生产过程按照预先规定的要求正常进行。首套国产化阀门电动执行机构研制确定为12MPa、DN1200阀门（含12MPa、DN1200及以下阀门）配套的智能电动执行机构。其结构特点为：机械整机结构采用非侵入式双密封结构设计，达到最高IP68防护等级;具有增量和绝对编码器可选择的位置测量方式，具有自主研发的扭矩测量机构，能够进行精确的力矩检测;具有自诊断、自巡检、现场总线和多重保护等完善的自保护功能。

2.3旁通阀控制特性分析

稀燃发动机的涡轮迟滞时间比自然吸气的当量发动机要大得多，减少时间迟滞的一个可行方法是使涡轮始终保持在较高的转速，然后通过节气门减少进入进气歧管的进气流量和压力。但是进气管压力增大会导致油耗增加。旁通阀最简单的控制是在空气路到旁通执行器之间直接提供增压压力。当增压压力推开旁通阀执行器的弹簧时，旁通阀打开。旁通控制阀根据PWM控制信号提供给旁通阀执行器所需的压力，然后旁通阀执行器将此压力转化为线性运动以驱动旁通阀。

结语

（1）站控系统在采集总线控制器内的信息时，首先要在大量信息中筛选出有用的数据，并确保下发命令准确、有效的传递到现场执行器内。站控系统集成商与总线控制器厂家要提前结合双方意见，确定双方设备通信类型及数据点表，避免因通信地址错误导致站控系统采集数据不正确。（2）由于总线控制器与现场执行器采用通信形式传递阀门状态，在执行器供电异常或中断中，现场阀门状态信号将丢失，无法及时真实反映阀门状态。站场运行人员需现场监控阀门状态，对于阀位重要的阀门（如流量比对阀门、紧急放空阀门），站控系统中应做好逻辑保护，避免因供电异常通信中断导致的工艺流程设备误动作。

参考文献

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[2]刘庆树.浅谈气动执行器的工作原理与维护[J].新型工业化，2020，10（03）：53-56.