长输管道SHAFER干线截断阀动作过程分析

　　本文旨在分析天然气长输管道所应用的SHAFER干线截断阀的液、气压回路。通过阐述操作SHAFER干线截断阀时其内在液、气压元件的实际动作过程,进一步掌握SHAFER气液联动的动作机理,避免误操作的产生,同时为SHA-FER气液联动阀的故障判断以及维修提供理论基础。

一、概述

　　线路截断阀作为长输管道运行的安全保障，当天然气发生泄漏和管道断裂时能够自行关闭。自动关闭主要是靠线路截断阀配有的气液联动执行机构，当管道破裂、泄漏造成压力下降时，线路截断阀执行机构感测管道破裂、泄漏引起的压降速率，如压降速率大于设定压降速率时，执行机构动作，关闭阀门，从而保证管道破裂、泄漏造成的影响仅限于相临两阀室之间。达到保护全线管道安全、防止事故扩大及减少经济损失的目的。

二、SHAFER气液联动阀动作原理

　　(一)自动控制原理。SHAFER气液联动阀的自控核心部件———LineGuard2000型控制箱，是一台由专用微处理器控制的管道检测和管道截断保护系统。主要由电源、中央处理器(CPU，memory，I/Ocircuits)、压力传感器、电磁阀、端子连接板组成。该系统由内部电池组供电，对管道的压力和压力变化进行自动实时监测。在阀门控制模式下，每8s自动采样、检测管道压力一次，并实时将检测到的压力值、压降速率与用户设定值进行对比，如果压力值和压降速率异常，且持续时间超过用户设定值时，保护系统就会通过SCADA系统或其它自检传导系统向值班室发出警告信号，并自动进人关阀状态。在压力值或压降速率超过用户设定值时，此事件前10分钟与后20分钟的压力数据将一直保存，并带时间、日期。当数据采集模式被激活时，LineGuard2000型控制箱会每隔32s采集管道压力一次，并以滚动的方式存储30min内的压力检测记录。

　　(二)手动操作液压原理。在SHAFER气液联动阀的控制箱中有一个手动操作杆和手动开关切换换向阀。当推入气液联动阀手动换向阀的左侧手柄，压动手泵手柄，将开阀气液罐内的液压油压入执行器内，同时执行器内的液压油被压入关阀液压罐，实现开阀操作。同理推入手动换向阀右侧手柄，实现关阀操作。

　　(三)手动气液联动操控原理。在SHAFER气液联动阀的控制箱中有两个气动操作手柄，干线天然气经过气源截断阀和过滤干燥器后，进入过滤度为140μm的一级过滤网。当向下拉开左手柄时，手柄推动手动操作部件和活塞向前运动，并带动提升阀向前运动，提升阀一旦离开密封座，气体会迅速进入开阀气液罐并压迫罐内的液压油通过调速阀进人执行器，推动执向器内的翼片旋转，将执行器关阀腔内的液压油压人关阀液压罐，实现开阀操作。同理，可实现关阀操作。

　　(四)远程气液联动操控原理。气液联动阀阀门远程开关的气动、液压操作是通过控制电磁阀的动作实现的。具体原理为：当调控中心给出关阀信号后，截止式电磁换向阀导通，管道内的天然气可经过一级滤网和过滤度为25μm的二级过滤网进人电磁阀和梭阀，推动活塞运动。提升阀一旦离开密封座，气体会经过提升阀进人关阀气液罐，并压迫罐内的液压油通过调速阀进人执行器，推动执行器内的翼片旋转，将执行器开阀腔内的液压油压人开阀液压罐，实现远程关阀操作。同理，可实现远程开阀操作。

三、SHAFER气液联动阀的液压回路分析

　　(一)气动操作时液压回路。气液联动阀，顾名思义，就是通过气压和液压两个回路来联合控制，达到实行开、关阀的操作。但究其本质，球阀动作都是通过旋转叶片执行器中四个缸中的液压差来带动转子动作进而来实现的。液压回路的核心部分是两位四通联动模块，它由两个两位四通阀和一个平衡活塞组成。气液联动阀液压回路如图1所示。在通常情况下，手动换向阀的两侧(即OPEN和CLOSE)均处于拉出状态，则两位四通联动模块的阀位处于1号和3号阀位。如果气压回路控制高压气进入开阀气液罐，则推动开阀气液灌中的液压油进入1号阀位，进而经过溢流阀进入到旋转叶片执行机构中的A缸。这样，A缸的液压油势能增大(液位变高)，旋转叶片执行系统为了趋于势能守恒，则A缸中液面有降低的趋势。这样，A缸中液压油推动转子旋转，进而扩大A缸容积;同时，B缸中液压油受到容积变小液面升高的压力，则通过单向阀进入两位四通联动模块3号阀位，进而回流到关阀气液缸。完成开阀操作。所以，当开阀结束时，关阀气液缸中的液压油要大于开阀气液缸中的油量。关阀操作与开阀操作同理。

　　(二)手动液动开阀操作液压回路分析。手动液动开阀操作：(1)把“手动换向阀”上标有“OPEN”侧的按钮推入，确认另一侧标有“CLOSE”的按钮处于拉出状态。(2)上下压动油泵操作杆，观察干线截断阀阀位指示器转动，当指向“OPEN“位置时，即完成开阀操作。(3)将油泵操作杆恢复到初始状态。若不能恢复到原位，可按住手动换向阀体上的泄放平衡阀，将油泵操作杆复位。(4)操作完毕后，将“手动换向阀”上标有“OPEN”侧的按钮拉出。当“OPEN”按钮按下，“CLOSE”按钮拉出时，两位四通联动模块处于2号、3号阀位，液压回路如图2所示。

　　在这种回路下，开阀气液缸中的液压油通过单向阀6与手动油泵5的上腔连通，通过单向阀6、单向阀8，与手动油泵5的下腔连通。当手动油泵5操作杆向上提拉时，活塞上升，上腔缩小下腔扩大，在单向阀9的闭锁作用下，液压油通过单向阀8进入下腔。当手动油泵5操作杆向下压时，在单向阀8的作用下，液压油不能回流到腔外，而是通过单向阀9流出。

　　挤压出的液压油通过回路再次进入两位四通联动模块的2号阀位，进而通过溢流阀进入旋转叶片执行机构A缸。通过3.1节所述原理挤压B缸液压油进入两位四通联动模块的3号阀位，进而流入到关阀气液罐。

　　当开阀操作完成时，在旋转叶片执行机构的止动棒作用下，转子将不在转动，这时液压回路中的液压将增大，液压油泵的操作杆有可能落不下来(操作规程c)。这时需要按下泄放平衡阀10，其作用是推开与其按钮连在一起的单向阀，使油泵下腔液压油能够通过单向阀9、泄放平衡阀10流回开阀气液罐、或者再通过单向阀6流回油泵上腔，从而使油泵操作杆落下。

　　操作结束后，关阀气液罐的液压要远大于开阀气液罐的液压，与两罐相连的平衡活塞11将受到指向“OPEN”按钮的推力，推动滑块自动推开“OPEN”按钮。在实际上，由于多种原因，这种自动行程可能不动作，需要操作人员手动拉开“OPEN”按钮。

　　(三)手动液动关阀操作液压回路分析。手动液动关阀操作：(1)把“手动换向阀”上标有“CLOSE”侧的按钮推入，确认另一侧标有“OPEN”的按钮处于拉出状态。(2)上下压动油泵操作杆，观察干线截断阀阀位指示器转动，当指向“CLOSE“位置时，即完成关阀操作。(3)将油泵操作杆恢复到初始状态。若不能恢复到原位，可按住手动换向阀体上的泄放平衡阀，将油泵操作杆复位。(4)操作完毕后，将“手动换向阀”上标有“CLOSE”侧的按钮拉出。当“CLOSE“按钮按下，”OPEN“按钮拉出时，两位四通联动模块处于1号、4号阀位。液压回路如图3所示。在这种回路下，关阀气液罐通过两位四通联动模块4号阀位、单项阀7与油泵5上腔相连，再通过单项阀8与油泵下腔相连。当油泵5操作柄反复拉高下压时，液压油便通过单向阀9回到两位四通联动模块4号阀位，通过溢流阀进入旋转叶片执行机构B缸。通过3.1节所述原理，B缸中液压油推动转子挤压A缸中液压油，A缸中液压油通过单向阀进入到两位四通联动模块1号阀位，进而回到开阀气液罐。

　　油泵泄放平衡阀与两位四通联动模块平衡活塞液压原理与开阀操作时相同。

四、SHAFER气液联动阀气压回路分析

　　(一)控制块结构和原理。气液联动阀气压回路核心模块是控制块。控制块内部结构如图4所示。当操作人员扳动开阀或者关阀手柄时，就会推动1号活塞或者2号活塞动作，将活塞上腔的高压气导通到下腔，进而流入到相应的气液罐中，执行上述3.1节所论述的动作。若执行开阀操作时，拉动与1号活塞相连的操作手柄，则高压气进入开阀气液罐。通过3.1节的分析我们得知，开阀过程中开阀气液罐液面将逐渐降低，关阀气液罐液面将逐渐升高，这就会引起关阀气液罐中的液压油压缩罐内高压气，使之压力升高。这时关阀气液罐中的高压气便会推开放散阀，通过放空口泄放，这就是操作员在执行气动开关阀操作时会有大量气体放出的原因。

　　(二)气液联动执行机构气压回路分析。气压回路如图5所示。

　　1、电子检测控制单元动作时气路走向。控制块中的高压气通过滤网13从控制块中出来，分成四路，一路进入减压阀19，一路进入常关阀18，一路进入常关电磁阀27，一路进入常关电磁阀28。从减压阀19出来的低压气一路进入常关阀23，一路进入电子检测控制单元。当管线内压力异常时，电子监测控制单元动作，其内部的常关阀导通，使来自减压阀19的低压气进入常关阀23、常关阀18，使常关阀23与常关阀18分别导通。此时，来自减压阀19的低压气可以通过常关阀23进入常开阀22，使常开阀22关闭，从而切断通往开阀气液罐的气路。常关阀18打开后，来自控制块的高压动力气可以通过三通阀26回到控制块，控制关阀腔上下腔导通，使高压气进入关阀气液罐，完成关阀动作。当常关阀23打开时，气液联动阀操作箱上的手柄会落下，起到锁死作用。这时，如果不将手柄拉上，常开阀22便一直处于关闭状态，使高压气无法通往开阀气液罐，无法进行开阀操作。

　　2、远程开关阀操作。在站控机上控制开、关阀，其本质就是控制常关电磁阀27和常关电磁阀28的开通。当站控机输入关阀指令时，常关电磁阀27便会导通。从控制块出来的高压气便可通过常关电磁阀27，通过三通阀返回控制块，成为关阀控制气，控制完成关阀动作。远程开阀同理。

五、结语

　　线路截断阀是管道安全运行的重要保证。正确使用和维护气液联动阀是管道企业保证长输管道安全、高效、可靠、平稳运行的重要课题。本文旨在通过分析气液联动阀不同操作方式下的气路、液路回路动作过程，进一步掌握SHAFER气液联动阀的动作机理，为以后的维修、维护保养提供理论基础。供同行参考及交流。