高含硫酸性气田关键自截阀门故障原因分析与优化

摘 要 元坝气田各集输场站上下游气源截断处设置了关键自截紧急切断阀（ESDV），在运行过程中，各采气场站、各供应厂家气控ESDV阀先后发生了如执行机构密封失效漏气、仪表风进气压力超压、远传就地状态显示不一致、电磁阀故障等多种异常。基于气控管线连接方式和电磁阀控制原理深入分析故障原因，结合生产运行工况，提出进气压力优化、新增关键阀门关阀声光报警、执行机构上方增设挡棚、定期保养关键部件等优化措施，确保关键自截阀门运行平稳，气源截断快速有效。

关键词 ESDV阀 高含硫酸性气田 故障原因分析 优化

中图分类号 TP23"" 文献标志码 B"" 文章编号 1000 3932（2025）01 0148 04

元坝气田作为我国第二大高含硫酸性气田，酸气长输管线约148 km，东西跨度近50 km，南北跨度近30 km，加之山地地形复杂，安全生产形势严峻。紧急切断阀（ESDV）作为关键自截阀门，具有易操作和高稳定的特点，在各集输工程场站出站以及上游进站的酸气管线、返输的燃料气进站管线、分离器液路管线上均有设置，达到工艺参数超出正常运行工况范围、管线出现超压等异常情况时自动快速切断气源，隔离能量、确保人员安全、降低生产装置损坏风险的目的，是气田安稳长满优运行的关键设备［1～4］。自元坝气田试采工程、滚动建产井站调试投产以来，各供应厂家气控式ESDV阀先后出现多种故障，主要表现为两位三通电磁阀故障、执行机构密封失效漏气（气缸密封圈破损漏气、手轮丝杆密封面漏气、气控管线连接处漏气等）、仪表风进气压力调节不当、远传就地显示状态不一致等，极大地影响了气田的稳定生产。笔者结合生产工况深入分析故障原因，提出了优化措施。

1 气控ESDV阀连接方式及其运行原理

气控ESDV阀一般通过电磁阀失电闭合/切断仪表风气源来实现远程控制关阀，并参与生产场站紧急停车系统（SIS）的联锁逻辑，保证发生异常情况时关阀快速有效［5～7］。

机柜间控制ESDV阀的两位三通电磁阀电流信号常采取常闭接点，即电磁阀得电状态下，气源路导通，气缸充压，气体推动缸内活塞拉动执行球阀旋转打开；电磁阀失电状态下，放空路导通，气缸泄压，失去气源后活塞复位，阀门保持常闭。气控ESDV阀的连接方式如图1所示。

可采取单控电磁阀或双控电磁阀实现远程控制，为确保生产安全，中控室可远程关阀；打开则需远程复位触发联锁逻辑后，再就地对电磁阀复位。气缸顶部带有阀位指示器，内置远传回讯开关，从人机界面指令发出到执行球阀关阀到位，响应时间一般不超过3 s。

ESDV阀除通过充压开阀，常带有屏蔽手轮，手轮端连接压力压缩弹簧，通过旋转手轮带动弹簧推动活塞，拉动执行球阀打开。业界将这种物理开阀方式通常称为硬屏蔽，即无论气缸是否充压阀门始终保持开阀状态，常用于生产状态下对阀门进行在线维修。

2 气控ESDV阀常见故障及原因分析

ESDV阀作为精密关键自控阀门，在元坝高含硫酸性气田环境运行过程中发生过多种故障，主要表现形式有：两位三通电磁阀故障、执行机构密封失效漏气（气缸密封圈破损漏气、手轮丝杆密封面漏气、气控管线连接处漏气等）、仪表风进气压力调整不当、远传就地状态显示不一致等。其中，因执行机构密封失效漏气导致气缸压力不稳而关阀的异常现象占所有故障的60%以上，严重影响了气田的正常生产运行管理和经济效益。

2.1 执行机构密封失效漏气

气控ESDV阀的控制核心是执行机构，主要由气缸、手轮丝杆、气控管线等组成。管线漏气常因仪表风气源到过滤调压阀、电磁阀气路管线的连接丝扣松动、生料带老化导致气源渗漏；气缸漏气常由于外部环境影响导致气缸磨损锈蚀、管壁穿孔，缸内气源外漏；丝杆漏气则常因其内置密封圈老化变形失效或多次旋转手轮硬屏蔽阀门，导致密封铜套磨损，与丝杆间存在间隙，气源从间隙处外漏。

上述多种气源外漏情况均可能导致气缸内气源压力不稳定，无法有效固定缸内活塞保持开阀状态，存在异常关阀风险。

2.2 仪表风进气压力调整不当

仪表风气源进气压力过大，会导致连接管线抖动幅度相应增加，丝扣、卡箍连接处易松动，并易损坏两位三通电磁阀内部气路结构，造成电磁阀渗漏，同时会触发调压阀后溢流阀起跳泄压，而气源压力过小，缸内压力不足，不能有效推动活塞开阀。因此，合理调节进气压力是ESDV阀稳定运行的有效保障。

2.3 远传就地状态显示不一致

远传就地状态显示不一致主要表现为：

a. 人机界面上阀门开关状态与就地阀位指示器开关状态不一致；

b. 人机界面阀门状态未开到位/关到位；

c. 人机界面阀门无状态。

主要原因如下：

a. 阀位回讯传感器故障或回讯线虚接松动；

b. 阀位指示器放置位置不当，阀门行程动作未到位；

c. 网络通信波动，场站数据未及时同步到中控室。

2.4 两位三通电磁阀故障

两位三通电磁阀有启、闭两种工作状态，3个气路通道出口，分别为进气口、出气口、泄压口［8～11］。一般采取双线圈控制，通过阀内线圈得电/失电推动活塞切换工作位置，达到触点吸合/断开的效果，实现进气口-出气口导通、出气口-泄压口导通，进而控制执行球阀的开关动作（图2）。

两位三通电磁阀的常见故障有：

a. 电磁阀无法工作。例如对电磁阀就地复位，电磁阀得电后，发现气源路未导通，执行球阀无法正常开启；或电磁阀失电后，泄压路未导通，执行球阀无法正常关闭。

b. 电磁阀在工作中有异响或振动。

c. 电磁阀漏气。

排查方式如下：

a. 检查电源是否正常供电。机柜间引出电源为24 V直流电，可以用万用表测量两端电压判定，若供电正常，则可测量线圈电阻值是否正常（参照不同型号规格标准）。

b. 若执行上述步骤未发现问题，可将ESDV阀硬屏蔽后，拆卸解体电磁阀，检查控制通道或阀芯是否有异物附着或磨损现象，可根据实际情况进行清洁或更换阀芯。

c. 若电磁阀出现渗漏，先确保连接处丝扣有无松动、密封件是否完好，如果连接紧密且密封件完好，可更换内置密封圈并涂抹密封脂。

3 气控ESDV阀优化措施

综合分析上述多种故障并结合气田实际运行工况，可从以下几方面进行优化，完善安全联锁自控系统。

3.1 ESDV阀门关闭后声音报警

ESDV阀门因故障出现异常关阀时，仅在人机界面报警栏上有提示，但由于采取集中监控模式，内操岗往往一人监控一个片区，覆盖多个场站，报警列表包含片区所有场站的报警，同时含有部分误报。因此，关键报警信息易被覆盖。故在集中监控电脑配置声光报警器（图3），录好音频文件，针对ESDV阀等关键点位设置关阀报警外放功能；同时针对关键报警信息设置报警栏置顶功能，需由内操人员确认报警后方可消除。增加此功能后，可确保应急处置措施快速有效。

3.2 气控管线进气压力优化

气控管线上的元器件属精密器件，气源压力过大时，管线振动频率增加，振幅变大，易导致内置密封件磨损、密封失效。同时，各连接部位易出现渗漏，各部件长期在高压下运行也会缩短其使用寿命。气源压力过低，开阀速度变慢，甚至阀门无法开到位。因此，将气控管线进气压力调整到最佳范围是要解决的问题。

正常生产运行工况下，经燃料气调压分配撬调压后，仪表风气源压力保持在0.6～0.8 MPa。进电磁阀前设置过滤调压阀，通过调压阀调节压力等级，进行模拟试验，验证最佳进气压力。试验结果见表1。可以看出，当进气压力在0.45 MPa左右时，气控管线运行较平稳，管线无异响或振动，且开关阀速度最快。因此，可于调压阀处增加压力表辅助调压，并将后端溢流阀起跳压力设置为0.5 MPa，保证进气压力最佳。

3.3 执行机构上方增设挡棚

ESDV阀气缸材质一般为铸钢，长期暴露在潮湿环境下，易造成气缸缸壁磨损、锈蚀甚至穿孔，导致气源外漏。同时，电磁阀属精密易损件，内接信号线虽有格兰头和挠性管保护，但潮湿环境也易造成线缆腐蚀，绝缘破损，影响信号传输质量。因此，可在执行机构上方增设挡棚，避免雨水淋到执行机构本体，延长其使用寿命。

3.4 定期保养关键部件

可利用关井及检维修契机，对ESDV阀执行机构拆卸解体进行保养，主要包括：

a. 更换气缸内置铜套、密封圈，涂抹密封脂，并对缸壁重新打蜡。

b. 对手轮丝杆注黄油，增加润滑度，便于开启，避免丝杆长期使用而锈蚀，旋转时与密封件磨损。

c. 调整回讯传感器位置，并紧固线缆。

d. 拆卸电磁阀，清洁控制通道和阀芯杂质，涂抹润滑油。

e. 气控管线连接丝扣处重新缠绕生料带并紧固。

4 结束语

ESDV阀作为关键自截阀门，是安全联锁自控系统的重要组成部分，在气田各集输场站关键气源截断处均有设置，目前运用效果较好，但经常发生如电磁阀故障、执行机构漏气、仪表风进气压力不当、远传就地回讯状态不一致等多种异常。笔者基于气控管线连接方式、两位三通电磁阀控制原理及外部环境等因素，结合生产运行工况，全面总结分析故障原因，进而提出进气压力优化、新增关键阀门关阀声光报警、执行机构上方增设挡棚、定期保养关键部件等优化措施，确保关键自截阀门运行平稳，气源截断快速有效，为无坝高含硫酸性气田的安稳长满优运行提供保障。

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（收稿日期：2024-04-30，修回日期：2024-05-21）