Shafer氣液聯(lián)動(dòng)閥的維護與改進(jìn)

　　陜西省天然氣股份有限公司靖西二線(xiàn)全長(cháng)467公里，全線(xiàn)共設置快速截斷閥室21座，全部使用美國shafer公司的旋轉葉片式執行機構。Shafer操作系統由四部分組成(如圖1所示)：閥門(mén)執行器，動(dòng)力系統，控制系統，供電系統。執行器屬旋轉葉片型，動(dòng)力源取自輸氣管線(xiàn)，控制單元采用Line Guard2200，具有數據采集和閥門(mén)關(guān)斷兩種功能。供電系統由太陽(yáng)能電池板陣列、充電控制器、蓄電池構成。當管道壓力超過(guò)設定上下限或變化速率超過(guò)設定最大值時(shí)，控制系統輸出電磁閥動(dòng)作信號，電磁閥動(dòng)作，執行機構動(dòng)作使閥門(mén)關(guān)斷。

圖 1

1、故障的原因分析及解決辦法

1.1、外部環(huán)境因素

　　氣液聯(lián)動(dòng)機構的核心部分主要由中央處理器、flash存儲卡、I/O接口、壓力傳感器、電磁閥等自控儀表系統組成，在日常運行中易受到管道的陰極保護、雷電、高壓輸電線(xiàn)路的漏電等外部環(huán)境因素的影響，嚴重的將導致內部芯片受損、數據丟失，甚至閥門(mén)異常關(guān)斷。

　　1.1.1 在陰極保護方面，由于控制部件與閥門(mén)和管道相連而控制部分接地，從而構成了電流回路，因此影響了控制部分的正常運行，為解決此影響需將控制部分與執行機構進(jìn)行良好絕緣，在適當位置加上絕緣接頭。

　　1.1.2 當遇到雷電時(shí)控制或供電系統電路會(huì )形成電涌使閥誤關(guān)斷，嚴重的將造成芯片燒毀或形成火災，引起爆炸。為解決雷電的影響應采取以下措施：

　　(1)保證完好的接地系統，接地電阻(規范要求小于4歐姆)的日常檢查和維護。

　　(2)確�？刂葡到y和電纜的屏蔽，使設備封閉在一個(gè)完善的導電、導磁，并具有一定厚度和良好接地的屏蔽體內，使整個(gè)設備處于電磁場(chǎng)影響最小的環(huán)境中。

　　(3)良好的接地和屏蔽給系統建立一個(gè)完善的電磁環(huán)境，但當遇到雷電時(shí)在信號線(xiàn)和電源線(xiàn)中不可辟免的會(huì )產(chǎn)生浪涌，因此在電源接線(xiàn)端設置浪涌保護器可有效防止浪涌的沖擊。

　　對控制部分應采取以上三種措施的綜合防護，它們在防止雷擊方面各司其職，缺一不可。

1.2、引壓管存在問(wèn)題及解決辦法

　　shafer閥共有3根引壓管，其中一根的采樣點(diǎn)位于截斷閥的下游用于檢測管線(xiàn)的壓力，壓力值通過(guò)微處理器計算出管線(xiàn)的壓力變化速率，另外兩根的采樣點(diǎn)分別位于閥體的上游和下游，為執行機構提供動(dòng)力源。引壓管上靠近主管道的閥門(mén)為根部閥，采用螺紋連接其作用是截斷氣源，一般很少操作。靖西管道閥室根部閥外漏問(wèn)題嚴重，大多是由于緊固不均勻、閥體沙眼等原因引起。由于該閥與主管道相連所以維修困難，雖然現在多采用考克處理但效果不佳。建議采用全焊接閥體，一端焊接另一端螺紋連接的手動(dòng)球閥或選用兩端均為焊接連接的球閥。

1.3、壓力傳感器存在問(wèn)題及解決辦法

　　靖西管道喬溝灣閥室和延安閥室都曾發(fā)生過(guò)因壓力傳感器失效而導致閥門(mén)自動(dòng)關(guān)斷的事件。從壓力傳感器的結構方面分析解決，shafer所采用的擴散硅壓力傳感器主要由三部分組成：敏感元件、引線(xiàn)系統和封裝、密封系統。

　　對于敏感元件當外力超過(guò)其強度極限或發(fā)生累積效應時(shí)，就會(huì )引起膜片應力關(guān)系不穩定，從而導致漂移、失效。為辟免液擊對敏感元件的破壞，可在傳感器前端增加一U型管段，并在里邊注入清潔航空液壓油可解決此類(lèi)問(wèn)題。

　　其次傳感器內部引線(xiàn)的斷裂是引起壓力傳感器失效的另一個(gè)最主要原因，此現象多是由于在一定溫度、壓力下的疲勞失效，這是由擴散硅壓力傳感器壽命的固有結構決定的。為解決此類(lèi)問(wèn)題，首先在選型時(shí)應選擇可靠性高的傳感器，其次應該加強平時(shí)的壓力對照和傳感器校驗工作。

1.4、定期檢查和通訊問(wèn)題

　　定期檢查是防止誤關(guān)斷的重要途徑，主要檢查內容為最近一段時(shí)間的壓力變化值(可與最近的工藝運行狀況進(jìn)行對比，如果有異�？煞治鲈�因);微處理器時(shí)鐘的核對(能保證最近壓力變化時(shí)間的準確);電池電壓的監察(過(guò)低的電壓有可能造成程序的丟失或引起閥的誤關(guān)斷)。當用移動(dòng)電腦與Line Guard2200進(jìn)行通訊產(chǎn)生故障時(shí)可從以下方面進(jìn)行排查：電腦的COM口是否被占用;電池電壓是否正常，過(guò)低的電壓也有可能產(chǎn)生通訊障礙;通訊串口線(xiàn)的檢查可用萬(wàn)用表進(jìn)行檢查對照表如表1所示。

表 1

1.5、壓降速率的確定模型

　　對壓降速率的設置一般都用經(jīng)驗值來(lái)確定，或者按照管道在穩定流動(dòng)情況下進(jìn)行粗略的估算。實(shí)際上由于天然氣長(cháng)輸管道在事故狀態(tài)下管內氣體的流動(dòng)為非穩態(tài)流動(dòng)，對于靖西管道而言穿越地形復雜，如果全線(xiàn)采用一個(gè)統一的經(jīng)驗值具有很大的不確定性，其誤差很大，往往會(huì )發(fā)生干線(xiàn)快速截斷閥的誤動(dòng)作或事故狀態(tài)下不能及時(shí)動(dòng)作的情況，泄漏模型的實(shí)驗顯得非常必要�？稍诠艿乐屑傧氲匕惭b一泄漏孔，可以調整泄漏孔徑的大小來(lái)模擬實(shí)際問(wèn)題中可能出現的各種情況，可用瞬態(tài)流動(dòng)模型來(lái)描述。

　　p—壓力，Pa;　g—重力加速度，m/s²;　B0—氣體的溫度聲速，m/s;　q—質(zhì)量流量，Kg/s;　t—時(shí)間變量，s;　A—管道橫截面積，m²；　x—管道的軸向坐標;　g—重力加速度，m/s²;　α——管道的傾斜角，(°);　λ—摩阻系數;　ρ—氣體密度，Kg/m³;　d—管道直徑，m。

　　如果把溫度當作一個(gè)常數，這就是一個(gè)等溫瞬態(tài)流動(dòng)問(wèn)題。方程(1)，(2)就是一個(gè)求解以流速和壓力為變量的一階非線(xiàn)性偏微分方程組。

2、截斷閥室的建設及選址

　　合理的施工建設和選址將保障投產(chǎn)后的長(cháng)期正常、安全、可靠的運行。按安裝方式不同，線(xiàn)路截斷閥可分為直埋式、地上式、半地下式3種：直埋式是將線(xiàn)路截斷閥直接與輸氣管道一齊進(jìn)行掩埋的一種安裝型式，這種型式雖然安裝占地面積小、工藝方便但對閥門(mén)的要求較高，靖西管道大部分采用這種安裝型式;地上式是利用彎頭或彎管將管道提升到地面上安裝的一種安裝形式，其對閥門(mén)的要求相對較低，但占地面積大，且不利管道的清管作業(yè);半地下式是介于直埋式與地上式之間的一種安裝方式，將截斷閥安裝在地面以下的深坑中，這種安裝對于防水有較高要求，但對閥門(mén)的維護大有益處，并能防止因地質(zhì)變化產(chǎn)生的不安全因素。

　　在閥室選址時(shí)應辟免建在陰極保護站附近，減小陰極保護對控制系統的影響。不宜建臨近在高山、彎頭、深谷和遮擋光源的地方以防止因壓力突變和供電問(wèn)題而增加日后的維護工作量。

3、結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)陜西省天然氣股份有限公司氣化陜西工作的進(jìn)一步推進(jìn)，新建閥室的數量將逐漸增加，通過(guò)對截斷閥的不斷改進(jìn)，將增強其在管道的自動(dòng)化和安全運營(yíng)方面的可靠性。