轨道球阀执行机构技术改造应用

     丘东第二天然气处理厂采用分子筛脱水装置脱除天然气中的水，达到净化气体、降低气体水露点以及满足后续流程运行的工艺要求。分子筛脱水装置选用进口的Orbit提升式轨道球阀进行脱水工艺流程的自动切换。因此，轨道球阀的运行状态好坏直接关系着整个生产装置的安全平稳运行。
        自2005年投运以来，Orbit轨道球阀的阀位反馈连杆部件多次发生弯曲等故障，给轨道球阀正常运行带来了严重的影响，而且轨道球阀执行机构的维护也非常困难。文中对轨道球阀执行机构的技术改造进行了介绍。
        1 执行机构简介
        轨道球阀由球阀本体、执行机构两大部分所组成。执行机构为带双向手轮的双作用气动膜片式，其控制附件包括过滤减压阀、防爆两位四通电磁阀、气动保位阀、三通旋塞阀以及杠杆接触式阀位反馈装置等[1]。
        1.1 工作原理
        轨道球阀双作用执行机构具有自动和手动两种操作模式。
        1.1.1 自动模式
        当执行机构设置为自动模式时，两个三通旋塞阀都处于开启位置，执行机构上、下腔都与电磁阀联通。使用电信号对球阀进行操作，并具有失电失气保位功能，以保证工艺安全。
        （1）球阀开启其电信号开阀原理示意图见图1。气源供应充足，保位阀A口与B口端联通。当电磁阀线圈M带电时，电磁阀气源入口P与A口联通，泄放口EA阻塞，气源进入执行机构下腔；B口与泄放口EB联通，执行机构上腔气体泄放到大气中，执行机构膜片向上运动使球阀开启。当球阀开启到开的位置后，线圈M失电，球阀将保持在开的位置，直到线圈N带电。

        （2）球阀关闭其电信号关阀原理见图2。气源供应充足，保位阀A口与B口联通。当电磁阀线圈N带电时，电磁阀气源入口P与B口联通，泄放口EB阻塞，气源进入执行机构上腔。A口与泄放口EA联通，执行机构下腔气体泄放到大气中，执行机构膜片向下运动使球阀关闭。当球阀关闭到关的位置后，线圈N失电，球阀将保持在关的位置，直到线圈M带电。

        （3）失气保位当气源压力过低时（低于0.069MPa），保位阀A口与B口切断（图1和图2）球阀仍将处于失气前位置（开或关）。
        1.1.2 手动模式
        当执行机构设置为手动模式时，两个三通旋塞阀都处于关闭位置，执行机构上、下腔都与大气相通，电磁阀M口与N口被堵塞（图1和图2），使用手轮可以对球阀进行开关操作。
        当电磁阀线圈或控制线路出现故障但气源供应正常时，只能现场手动操作球阀，无法有效利用气源以降低操作人员的劳动强度。

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        1.2 电磁阀
        执行机构采用双作用两位四通电磁阀作为气路主要控制部件，该电磁阀不具备手动操作功能。
        电磁阀一般要求每2a进行一次清洗。在清洗或更换电磁阀时，需要拆卸所有气源接头及线圈连线，并要求球阀处于现场手动操作模式。因此，其维护比较困难。
        1.3 阀位反馈装置
        执行机构采用杠杆接触式的微动开关作为阀位的反馈装置，常因应力使杠杆扭曲而导致故障报警频繁出现，影响天然气脱水装置的正常运行。
        2 改造方案
        2.1 更换电磁阀[2]
        选用美国MAC公司的6300系列两位四通双动式电磁阀，此阀具有行程短、推动力高、流通能力大、可抵抗压力波动的平衡阀芯以及反应速度快等特点。
        MAC电磁阀优点：电磁阀由底座和阀体两部分组成，所有气源接口都位于底座，便于电磁阀维护。两个线圈接线集中于一个电气接口，便于集成连接。具有手动操作功能，当电磁阀线圈或者控制线路出现故障时，可以使用该功能进行球阀快速开关，不需要用现场手动模式进行操作，降低了操作强度。
        2.2 新增三通旋塞阀
        为了更好对球阀进行维护，每台球阀需增设两个三通旋塞阀。此旋塞阀具有扭矩小、结构简单、设计紧凑的特点，且具有下游排放口，当阀关闭时，带排放口的旋塞和阀体能使压力释放至大气。
        当维护电磁阀或气源管路时，执行机构需要设置为手动模式，操作强度大。为了改变此方式降低操作强度，在执行机构上、下腔管路都反向安装两个三通旋塞阀[3]，具体安装方式见图3。两个三通旋塞阀可以组合成3种模式适应执行机构的运行与维护。

        2.2.1 自动模式
        两个旋塞阀都处于开启状态，管路联通，球阀处于自动操作模式。
        2.2.2 手动模式
        当把球阀执行机构设置为手动模式时，关闭旋塞阀1，旋塞阀2仍然开启，执行机构上下腔与大气相通，电磁阀出口M和出口N都被阻塞，这时可以转动手轮开关球阀。     
        2.2.3 维护模式
        旋塞阀1开启或关闭均可，旋塞阀2处于关闭状态。执行机构上、下腔管路阻塞，球阀处于保位状态。这时可以对电磁阀等部件进行维护。
        2.3 阀位反馈装置[4]
        为了消除杠杆机械接触式阀位反馈装置所存在的问题，选用美国TopworX公司Go_SwitchLPS非接触磁感应接近开关。LPS开关是特为直行程阀门的阀位反馈设计的，带红色或绿色指示灯，可以直观表示。
        LPS开关由本体与目标磁铁所组成，本体与目标磁铁之间的距离要求不超过5mm（本体外壳材质为316）。LPS开关内部含有1组SPDT触点，当目标磁铁靠近开关时，常开触点闭合、常闭触点断开。两个LPS开关之间的最小距离为1.5''（38mm）。
        轨道球阀执行机构为直行程，在阀位指示导杆上安装目标磁铁，在执行机构上安装固定板用于安装LPS开关本体，LPS开关导线按规范接入接线盒中，实现对轨道球阀阀位反馈的准确监测，使用效果明显。
        3 结语
        2007年，对轨道球阀执行机构进行技术改造后，运行状态一直很好。阀位反馈装置再也没有出现过故障，球阀操作维护更加简便快速，大大降低了操作强度，为天然气脱水装置的平稳运行提供了强有力的技术保障。
        参考文献：
    [1]OrbitStandardInstrumentationPackagesforOrbitPneumaticActuators[M].Canada：CAMERONValves&MeasurementCompany，2007：2627.
    [2]MACVALVES，INC.CurrentTechnologyofMACsValvesEB/OL].2007.229234.
httpwww.macvalves.com/support/catalogs_files/CT.pdf.
    [3]SwagelokCompany.P4TandP6TPlugValves[EB/OL].A329335.http：//www.swagelok.com.cn/downloads/WebCatalogs/CN/MS0159.pdf.
    [4]曲宏泽.霍尔效应磁敏传感器及其应用[J].自动化仪表，1997，18（10）：13.
    [5]沈红杰.加氢裂化装置提升式轨道球阀的结构与特点[J].石油化工腐蚀与防护，2009，（5）：5457.