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應用在原油管道上的氣動調節閥

原油長輸管道主要是將油田或者碼頭的原油輸送至煉化企業,為煉化企業提供煉油原材料。目前,長輸管道大都采用密閉常溫輸送或者密閉加熱輸送工藝,為煉廠提供穩定的原油。對于密閉輸送管道,常采用MOKVELD氣動調節閥來實現管道進出站壓力和管道壓力波的自動調節。常規的氣動調節閥執行機構采用氣開或者氣關的安全保護模式。由于原油管道輸油工藝的特殊性,要求調節閥出現故障時應處于保位狀態。

    1 出站壓力調節系統

    原油管道的出站調節系統主要包括調節閥、截止閥、出站壓力流量檢測儀表以及泵入口匯管壓力檢測儀表等。系統中所有檢測參數上傳至站控制系統和調度中心,并在其工作站進行顯示和控制等。調節閥作為調節系統的執行終端,接收調度中心和工作站控制系統的控制命令,實現管道的進出站壓力自動調節,同時參與到全線的水擊超前保護系統中。輸油站場調節閥采用MOKVELD氣動調節閥,并設置獨立的供氣系統為其提供氣源。

    2 調節系統控制原理

    2.1 調節閥控制原理

    MOKVELD氣動調節閥是軸流式活塞型閥門,活塞在閥體內水平運動;钊ㄟ^閥桿控制活塞桿水平運動,實現閥門的開關動作。調節閥采用了帶有電氣定位器的雙作用執行機構,獨立的供氣系統為執行機構提供氣源。電氣定位器將站控制系統提供的4~20mA電流信號轉換為0.02~0.1MPa的標準氣壓信號。氣壓信號控制氣動放大器的進氣或者排氣,氣動放大器與執行機構的氣缸相連。此時,若氣缸下路進氣,則上路排氣,閥桿向上移動,閥門打開;反之,閥桿下移,閥門關閉。閥門到達與控制信號相對應的閥位后,定位器的兩路氣壓輸出達到平衡,氣動放大器不再進氣或排氣,閥門停止移動。執行機構氣缸內氣體變化,從而推動閥桿上下移動,并帶動活塞桿左右移動,使閥門在全行程上移動。調節閥控制原理圖如圖1所示。

圖1 調節閥控制原理圖

    2.2 電氣定位器控制原理

    FISHERDVC6010電氣定位器是基于微處理器將電信號轉換成氣動信號的儀表。微處理器將給定值與閥門形成的反饋值進行比較,當出現偏差時,微處理器依據偏差的大小和方向輸出一個驅動信號。該驅動信號通過電氣(I/P)轉換器,將電信號轉換成氣動信號,再通過氣動放大器放大,按照位置方向輸出給氣動執行機構。執行機構依據接收的信號A或者信號B進行上下移動,從而使閥門開度在全行程上進行移動。電氣定位器控制原理圖如圖2所示。

圖2 電氣定位器控制原理圖

    3 現有調節閥安全模式

    3.1 方案分析

    氣動調節閥實現了出站壓力的調節控制,電氣定位器能夠使其在全行程上進行移動。執行機構可以連續地做增壓或者減壓的調整,以達到較好的控制效果。但調節閥執行機構存在故障狀態下安全模式選擇的問題。安全模式的選擇首先要保證生產的安全性,其次是生產的連續性。由于長輸管道的特殊性,要求當調節閥出現故障時,調節閥處于保位狀態。

    3.2 保位措施

    調節閥的故障狀態有斷氣、斷電和斷信號三類。

    在斷氣故障狀態,連接到液壓單元的氣壓信號中斷,液壓單元的內部液壓油路被關閉。由于液體是不可以壓縮的,液壓缸內的閥桿無法移動,因此執行機構被鎖定,實現保位功能。由于供氣管線安裝有壓力變送器,當調節閥出現斷氣故障時,站控制系統發出氣源壓力低報警信號,提醒工作人員及時處理并檢查調節閥狀態信息。

    在斷電故障狀態,由于控制系統電源采用在線式不間斷電源(UPS)供電,且后備電池時間為2h,因此調節閥不考慮斷電時的保位措施。

    在斷信號故障狀態,DVC6010無法切斷液壓單元的氣壓信號,因此無法實現保位功能。

    4 改造后調節閥安全模式

    針對斷信號故障狀態下無法實現保位功能的問題,對調節閥執行機構進行改造。在電氣定位器和執行機構之間加裝電磁閥,控制室增加信號保護模塊,實現調節閥斷信號保位功能。改造后調節閥控制原理圖如圖3所示。

圖3 改造后調節閥控制原理圖

    正常狀態下,電磁閥處于常開狀態。將定位器輸出的信號A和信號B與氣源壓力進行比對,并由氣動放大器將差值信號附加在膜盒的兩側,從而推動閥桿上下動作,使膜盒上下壓力達到平衡。當出站壓力、進泵匯管壓力出現波動時,由調節閥閥桿帶動活塞桿動作,使調節閥處于平衡狀態,確保出站壓力控制在設定值。

    當出現斷信號故障時,信號保護模塊檢測到控制信號中斷,則立刻停止對電磁閥供電,電磁閥掉電自動關閉,切斷液壓單元的氣壓信號,從而使液壓單元的內部液壓油路關閉。

    5 安裝調試及應用

    安裝完成后,首先對調節閥原有的開閥、關閥、調節功能進行測試,通過調節參數值,設定其性能,使其與改裝前保持一致,實現調節功能。其次,測試其斷氣保位功能。最后,測試其斷信號保位功能:通過系統軟件屏蔽信號進行測試,此時電磁閥關閉,調節閥停止動作,上位機顯示調節閥開度不變;解除屏蔽后,電磁閥打開,調節閥正常工作。同時,通過解除信號線進行測試,同樣電磁閥關閉,調節閥停止動作,上位機顯示調節閥開度不變;接通信號線后,電磁閥打開,調節閥正常工作。

    6 結束語

    本文提出了一套對調節閥增加電磁閥和信號保護模塊的設計方案,實現了調節閥的故障保位功能。目前已完成對輸油站場調節閥的改造,并已成功應用于原油管道進出站調節系統。實際應用證明,對于密閉輸送管道,調節閥的保位功能切實保障了原油的順利輸送,確保下游設備和管道的安全

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