氣動(dòng)執行器運行風(fēng)險及對策

　　化工氣動(dòng)執行器由于所處環(huán)境惡劣、動(dòng)作頻繁等導致其在生產(chǎn)過(guò)程中存在運行風(fēng)險，通過(guò)對其原理及實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析，確定風(fēng)險來(lái)源。對于不同類(lèi)型的風(fēng)險采取技術(shù)改造、點(diǎn)檢定修、專(zhuān)項檢查、分級管理等措施可以有效確保執行器的安全、穩定運行。

　　連續性的工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度很高，正確分配和穩定控制流動(dòng)介質(zhì)對于生產(chǎn)穩定非常重要。對于能量交換和流量、液位等工藝參數的控制，通常通過(guò)應用執行器完成。在生產(chǎn)現場(chǎng)，許多執行器工作條件如溫度、壓力、腐蝕、污染等是高溫、高壓、易腐蝕、易結晶的惡劣環(huán)境，極易造成執行器不動(dòng)作或者誤動(dòng)作的情況，導致工藝參數調節難度加大，影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重的甚至造成安全事故。

1、氣動(dòng)執行器

　　執行器是工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制系統的重要組成環(huán)節，接收來(lái)自控制單元輸出的控制信號，通過(guò)改變控制閥的流通面積，調節流體流通能力，實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。根據所使用的能源不同，執行器分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)等類(lèi)型。其中氣動(dòng)執行器作為重要的控制儀表之一，在石油、化工、電力、冶金等工業(yè)企業(yè)應用最廣泛。

　　1.1、氣動(dòng)執行器控制回路

　　氣動(dòng)執行器以壓縮空氣為動(dòng)力源，將輸入控制信號轉換為氣壓信號加到氣動(dòng)執行機構上進(jìn)而驅動(dòng)閥門(mén)，實(shí)現連續調節或開(kāi)關(guān)動(dòng)作，可選配電氣轉換器、閥門(mén)定位器、電磁閥、保位閥等附件。其控制/聯(lián)鎖回路如圖1所示，工業(yè)自動(dòng)化控制系統如DCS的控制槽路根據AI模擬輸入(流量、壓力、溫度、液位等被調參數)進(jìn)行PID控制運算，通過(guò)AO模擬輸出4mA～20mA控制信號到氣動(dòng)執行器的電氣閥門(mén)定位器，轉換為定位控制的氣動(dòng)信號使氣動(dòng)執行器執行動(dòng)作。串接在氣路中的電磁閥用于安全聯(lián)鎖控制，DCS通過(guò)DO數字輸出一個(gè)聯(lián)鎖信號控制電磁閥是否帶電進(jìn)而控制氣路通斷。

圖1 氣動(dòng)執行器控制/聯(lián)鎖回路示意圖

　　1.2、氣動(dòng)執行器結構

　　氣動(dòng)執行器有薄膜式和活塞式兩種。常見(jiàn)的氣動(dòng)執行器多為薄膜式，特點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、價(jià)格較低廉，但輸出行程較小。薄膜式氣動(dòng)執行器又分有彈簧和無(wú)彈簧兩種�，F以常用的有彈簧正作用執行器為例說(shuō)明其工作原理，如圖2所示：當信號壓力通過(guò)上膜蓋1和薄膜片2組成的氣室時(shí)，在膜片上產(chǎn)生一個(gè)推力，使推桿8下移并壓縮彈簧9。當彈簧的作用力與信號壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡時(shí)，推桿穩定在一個(gè)對應的位置。推桿的位移即執行器的輸出，也稱(chēng)行程。

1-上膜蓋;2-薄膜片;3-托板;4-閥桿;5-閥座;6-閥體;7-閥芯;8-推桿;9-平衡彈簧;10-下蓋

圖2 氣動(dòng)薄膜執行器結構圖

2、運行風(fēng)險分析

　　在化工生產(chǎn)過(guò)程中，由于氣動(dòng)執行器長(cháng)期處于高溫、高壓等環(huán)境中，以及動(dòng)作相對頻繁，故障率相對高一些，容易出現閥桿填料泄漏、連接件脫開(kāi)、氣管路松動(dòng)泄漏，造成不動(dòng)作或者誤動(dòng)作，中原大化煤化工裝置區和天然氣裝置區都曾出現上述情況導致減負荷或者停車(chē)事故。帶有電磁閥的氣動(dòng)執行器很有可能由于電磁閥故障造成氣動(dòng)執行器動(dòng)作異常，給正常生產(chǎn)帶來(lái)極大隱患。針對實(shí)際應用中遇到的問(wèn)題，應分析氣動(dòng)執行器的運行風(fēng)險來(lái)源，以便制定相應的措施最大限度減少運行風(fēng)險。

　　2.1、填料泄漏等常見(jiàn)風(fēng)險

　　氣動(dòng)執行器閥桿填料泄漏較為常見(jiàn)，還有部件松動(dòng)、閥體腐蝕、過(guò)濾器減壓閥損壞、膜頭泄漏等，針對這些運行風(fēng)險，中原大化儀表公司建立了氣動(dòng)執行器運行的點(diǎn)檢定修制度。針對部件松動(dòng)、閥體腐蝕、過(guò)濾器減壓閥損壞、膜頭泄漏等，中原大化制定了點(diǎn)檢定修制度。

　　點(diǎn)檢定修就是按照一定的標準、一定周期、對設備規定的部位進(jìn)行檢查，以便早期發(fā)現設備故障隱患，及時(shí)加以修理調整，使設備保持其規定功能的設備管理方法。結合現場(chǎng)實(shí)際并根據儀表對生產(chǎn)的影響程度、重要性進(jìn)行分級管理，制定了點(diǎn)檢定修標準及相應的考核辦法。要求點(diǎn)檢員每月5日前對包區所有儀表按照點(diǎn)檢標準逐一全方位檢查，對點(diǎn)檢數據進(jìn)行匯總分析，找出儀表存在的問(wèn)題，然后采取“定時(shí)間、定責任人、定整改措施、定資金、定措施”的“五定”方法進(jìn)行跟蹤將查出的儀表隱患進(jìn)行徹底解決。點(diǎn)檢定修制度能夠及時(shí)發(fā)現儀表隱患，通過(guò)五定將隱患消滅于萌芽狀態(tài)，做到儀表設備的預知檢修、狀態(tài)檢修。針對氣動(dòng)執行器運行進(jìn)行的點(diǎn)檢表如表1所示。

表1 執行器運行工況檢查表

　　2.2、執行機構與電氣元件連接脫開(kāi)

　　在化工自動(dòng)控制系統中，為了實(shí)現執行器的準確定位常將氣動(dòng)執行器與閥門(mén)定位器配套使用。定位器接收控制器的輸出信號，產(chǎn)生與之成比例關(guān)系的輸出信號來(lái)控制氣動(dòng)執行器。由于化工生產(chǎn)的特殊性，執行器會(huì )出現由于震動(dòng)導致與定位器連接脫開(kāi)的情況。中原大化曾出現上述情況導致的減負荷或者停車(chē)事故，為了吸取事故教訓、做到事故的預知、預防，進(jìn)而達到預治的效果，中原大化儀表公司開(kāi)展了執行器連接部件專(zhuān)項檢查活動(dòng)。

　　執行器連接部件專(zhuān)項檢查即制定專(zhuān)門(mén)的標準和細則，抽調專(zhuān)門(mén)的工程技術(shù)人員每月按照規定的檢查內容對所負責裝置區內所有執行器的連接部件進(jìn)行檢查。檢查完成后，領(lǐng)導對檢查的結果進(jìn)行驗收，對檢查出的問(wèn)題制定整改方案和整改期限責令相關(guān)責任人進(jìn)行整改并根據相關(guān)考核標準對人員進(jìn)行獎懲考核。自活動(dòng)開(kāi)展以來(lái)，中原大化未再出現由于執行器與定位器等脫開(kāi)的情況。執行器連接部件專(zhuān)項檢查表如表2所示。

表2 執行器連接部件專(zhuān)項檢查表

　　2.3、電磁閥故障

　　在氣動(dòng)執行器的氣動(dòng)信號管路中配置電磁閥，用以實(shí)現安全聯(lián)鎖動(dòng)作。電磁閥接受DCS發(fā)出的聯(lián)鎖信號激勵或釋放電磁閥線(xiàn)圈，改變流路，接通或斷開(kāi)氣動(dòng)信號并使氣動(dòng)執行機構氣室排空。電磁閥誤動(dòng)作或線(xiàn)圈燒毀等原因造成氣動(dòng)執行器故障，嚴重影響生產(chǎn)穩定。為了防范電磁閥故障給氣動(dòng)執行器帶來(lái)的運行風(fēng)險，將電磁閥單配置改造為雙配置、DCS數字輸出雙點(diǎn)設置，形成“與門(mén)”控制關(guān)系的雙保險。雙電磁閥聯(lián)鎖原理如圖3所示。閥門(mén)定位器輸出的氣動(dòng)信號經(jīng)過(guò)三通接頭連接到電磁閥1、電磁閥2的輸入端，將電磁閥1的排空孔與電磁閥2的輸出孔連接起來(lái)，而電磁閥1的輸出接氣動(dòng)執行機構氣室。當電磁閥1或電磁閥2單獨故障時(shí)，氣動(dòng)信號都能接通到氣動(dòng)執行機構，不會(huì )造成影響。僅當電磁閥1與電磁閥2同時(shí)故障時(shí)才會(huì )徹底斷開(kāi)氣動(dòng)信號并使氣動(dòng)執行機構氣室壓力經(jīng)電磁閥1和電磁閥2排空，這種兩個(gè)電磁閥同時(shí)故障的概率比單個(gè)出現故障的概率就要低很多。同時(shí)，DCS的數字輸出點(diǎn)要組態(tài)在不同的DO卡上，避免雙電磁閥接在同一卡件上，規避DCS卡件故障而導致雙電磁閥同時(shí)出現問(wèn)題。

圖3 雙電磁閥改造原理圖

3、結束語(yǔ)

　　氣動(dòng)執行器運行的點(diǎn)檢定修和風(fēng)險防范能夠有效降低一般故障率和風(fēng)險，預知處理填料泄漏、將連接部件松動(dòng)風(fēng)險消滅于萌芽狀態(tài)，而雙電磁閥改造更是提高了安全系數。據不完全統計，中原大化儀表公司點(diǎn)檢員平均每人每月能夠發(fā)現并處理執行器隱患十余處。正是由于點(diǎn)檢定修制度、專(zhuān)項檢查制度、技術(shù)改造等的不斷實(shí)施，中原大化自2012年3月至今未發(fā)生因氣動(dòng)執行器故障而導致生產(chǎn)裝置斷料、減負荷等情況。