船舶压载水处理系统中的遥控蝶阀概述

李振伟,李续光,卢晓伟

(青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司,山东 青岛 266101)

根据《2004年国际船舶压载水及其沉积物控制和管理公约》,船舶为了满足D-2压载水排放性能标准,防止生物入侵,必须安装压载水处理系统,对压载水进行灭菌处理来满足规范要求。蝶阀由于其本身结构简单、操作力矩小、安装空间小,且其流量系数大、成本较低、性价比高,适用于低压流体输送,通过与遥控装置搭配,可实现远程遥控开关和调节功能,满足船舶压载水处理系统自动化平稳运行要求;因此,遥控蝶阀普遍应用于压载水处理系统管路中,是其重要组成部分。

压载水处理系统中常用的主要有开关型和调节型两种遥控蝶阀,通常要求两种遥控蝶阀都带有手轮,当阀门遥控装置出现故障时,可以进行手动操作。正常运行情况下,在管路上布置遥控开关型蝶阀能够减少人力操作、省时省力,不需要船员去现场手动启闭阀门,大大提高了工作效率,是实现系统自动化的有力保障;遥控调节蝶阀除了具备基本的开关功能,还起到调节流量的作用,如压载水处理系统中布置在自动反冲洗过滤器后的调节蝶阀既能调节主管路流量,使主管路流量在压载水处理系统额定处理范围内,也能确保自动反冲洗过滤器进行反冲洗时,通过阀门的调节作用,调节过滤器出口压力,提高反冲洗压差,使过滤器具有良好的反冲洗效果,使系统能更加平稳运行[1]。

此外,从系统运行稳定和安全方面考虑,规定遥控蝶阀失去能源后需要进行的动作,提高系统可靠性,减少人为操作;如在次氯酸钠或其他腐蚀性、氧化性强等介质的管路上布置单作用的遥控开关或调节蝶阀,当遥控蝶阀失去动力来源时,阀门能够实现自动关闭,阻断介质的流动,提高系统的安全性。

1 不同种类遥控蝶阀的原理及特点

目前遥控蝶阀按照阀门驱动型式分为电动遥控蝶阀、气动遥控蝶阀、液动遥控蝶阀、电液式遥控蝶阀。遥控蝶阀应用普遍,技术也已基本成熟,但是不同类型的驱动方式,原理不同,各有优缺点,需要根据实际运行要求以及现场环境条件选择合适的遥控蝶阀。

1.1 电动遥控蝶阀

电动开关蝶阀主要由电动开关执行机构、蝶阀和手轮组成,如图1所示;电动调节蝶阀主要由电动调节执行机构、蝶阀和手轮组成,如图2所示;电动执行机构常用的电制有直流24 V,交流220,380 V等,信号一般是4～20 mA等模拟量信号。电动开关蝶阀是以电能作为驱动力,电动执行机使阀板绕轴在0～90°区间做旋转运动;电动调节蝶阀主要是通过接收4～20 mA模拟量信号来驱动阀板,使阀板到达指定位置,实现较为精确的控制阀门开度[2]。根据蝶阀的流量特性,阀门阀板在30°～70°区间运动时,调节性能最好,能够达到较为理想的调节精度,以更好地达到控制流量及流体压力的目的;在海洋环境中,由于环境潮湿,对电气部件有较大挑战性,电动蝶阀频繁动作,故障率会较高,后期维护、保养成本会较高。

图1 电动开关蝶阀

图2 电动调节蝶阀

1.2 气动遥控蝶阀

气动开关蝶阀主要由阀体、气缸、限位开关、电磁阀、空气调压过滤器和手动操作器组成,如图3所示;若阀门需要控制阀门启闭速度,可增加慢开模块,慢开模块可以有效避免由于突然打开阀门,造成的水锤效应,有利于保护设备;气动调节蝶阀主要由阀体、气缸、定位器、空气调压过滤器和涡轮(手轮)组成,如图4所示。气源压力为0.6～1.0 MPa,通过空气调压过滤器调节到0.5 MPa左右,进入气缸,在定位器或限位开关的共同作用下,驱动阀门到指定位置。阀门若要实现精准的调节动作,需要选择智能型定位器,而不是机械式调节的定位器;为了系统安全,气动阀门失电和失气时一般会要求阀门保持特定动作,例如气动单作用蝶阀可要求实现失电、失气时阀门保持开启/关闭的状态,气动双作用蝶阀可实现失电阀门开启/关闭的状态,失气时阀门保持原位。

图3 气动开关蝶阀

图4 气动调节蝶阀

1.3 电液式遥控蝶阀

电液式蝶阀由阀门、马达、液压泵、油箱、控制模块组成,采用泵控液压缸的模式,集成到驱动头内部,使其兼有液压驱动力矩大、均匀和电气反应时间短的特点。电液式蝶阀通过电液式执行机构中的电机驱动液压马达,液压伺服缸驱动阀门进行转动。电液式蝶阀是一种“一控一”模式,即一套液压系统控制一台蝶阀动作。

1.4 液压式遥控蝶阀

液压式遥控蝶阀主要由蝶阀、液压执行机构组成,液压蝶阀运行还需要液压泵站、电磁阀箱和蓄压器等。其工作原理是由液压泵站将液压油通过管路输送到蓄压器,然后通过电磁换向阀换向、蓄压器作用等,使液压油流向特定管路,从而使阀门完成指定动作,完成蝶阀的打开或关闭。液压式遥控蝶阀属于“一控多”模式,通过一台液压系统控制若干台蝶阀启闭,与电液式蝶阀的“一控一”模式有较为明显区别;电磁阀箱是液压蝶阀系统不可缺少的部分,此外还需要布置液压管路、液压动力泵等,布置繁琐、成本较高,但是其受海洋环境影响小,适合船舶工作环境,因此,在船舶上被广泛应用。

2 四种遥控阀门优缺点

根据阀门驱动装置的作用原理,可分为电动、气动、液动、电液式遥控蝶阀,4种遥控蝶阀的优缺点对比如表1所示[3-5]。

3 船舶压载水系统中遥控蝶阀的实际应用

在船舶压载水处理系统中,主要由过滤单元、药剂生成单元、中和单元三大部分组成。其中过滤单元主要包含自动反冲洗过滤器,过滤海水中的悬浮物,达到一定压差进行自动反冲洗,在滤器出口设置遥控调节蝶阀,滤器反冲洗时,遥控蝶阀调节流量,增大滤器出口压力,使出口和排污口具有一定反冲洗压差,确保滤器排污效果,这就需要遥控阀门调节精度高;在泥沙含量高区域,调节阀门动作频繁,对阀门执行机构的要求进一步提高,气动调节蝶阀选用智能型定位器,既可以满足调节精度要求,也可以满足阀门动作频繁和及时性要求;电动式蝶阀虽然安装简单,但在船舶海洋环境中电动执行机构可靠性大大降低,不太适应于用在船舶压载水管理系统中;液压式遥控蝶阀在船舶中应用广泛,更多的是满足开关功能,由于其靠液压油和管路驱动,反馈不及时,调节精度也较难把握,不建议在有高调节精度要求的管线上使用;电液式遥控蝶阀成本较高,目前在船舶上应用条件也不成熟,系统复杂,故障率较高,比较费时费力,不利于船员操作;综上所述,结合4种遥控蝶阀的特点,在船舶压载水处理系统中,调节型阀门选用气动调节型蝶阀更合适,开关型阀门可以选择气动或液压遥控型蝶阀[6-8]。

4 结论

船舶安装压载水处理系统,考虑船舶环境、阀门性能方面,对于开关型阀门,选择液压遥控蝶阀或者气动开关蝶阀性价比更高,若压载水处理系统需要调节阀,动作频繁,运行稳定,且对调节精度有严格的要求,建议选择气动调节蝶阀。气动蝶阀和液压蝶阀从成本、安装、稳定性来说,适合在船舶压载水处理系统中使用,电动蝶阀和电液式蝶阀目前不适合大规模使用,在船舶上应用故障率较高,且安装和售后成本较高。