Shafer气液联动阀的维护与改进

　　陕西省天然气股份有限公司靖西二线全长467公里，全线共设置快速截断阀室21座，全部使用美国shafer公司的旋转叶片式执行机构。Shafer操作系统由四部分组成(如图1所示)：阀门执行器，动力系统，控制系统，供电系统。执行器属旋转叶片型，动力源取自输气管线，控制单元采用Line Guard2200，具有数据采集和阀门关断两种功能。供电系统由太阳能电池板阵列、充电控制器、蓄电池构成。当管道压力超过设定上下限或变化速率超过设定最大值时，控制系统输出电磁阀动作信号，电磁阀动作，执行机构动作使阀门关断。

图 1

1、故障的原因分析及解决办法

1.1、外部环境因素

　　气液联动机构的核心部分主要由中央处理器、flash存储卡、I/O接口、压力传感器、电磁阀等自控仪表系统组成，在日常运行中易受到管道的阴极保护、雷电、高压输电线路的漏电等外部环境因素的影响，严重的将导致内部芯片受损、数据丢失，甚至阀门异常关断。

　　1.1.1 在阴极保护方面，由于控制部件与阀门和管道相连而控制部分接地，从而构成了电流回路，因此影响了控制部分的正常运行，为解决此影响需将控制部分与执行机构进行良好绝缘，在适当位置加上绝缘接头。

　　1.1.2 当遇到雷电时控制或供电系统电路会形成电涌使阀误关断，严重的将造成芯片烧毁或形成火灾，引起爆炸。为解决雷电的影响应采取以下措施：

　　(1)保证完好的接地系统，接地电阻(规范要求小于4欧姆)的日常检查和维护。

　　(2)确保控制系统和电缆的屏蔽，使设备封闭在一个完善的导电、导磁，并具有一定厚度和良好接地的屏蔽体内，使整个设备处于电磁场影响最小的环境中。

　　(3)良好的接地和屏蔽给系统建立一个完善的电磁环境，但当遇到雷电时在信号线和电源线中不可辟免的会产生浪涌，因此在电源接线端设置浪涌保护器可有效防止浪涌的冲击。

　　对控制部分应采取以上三种措施的综合防护，它们在防止雷击方面各司其职，缺一不可。

1.2、引压管存在问题及解决办法

　　shafer阀共有3根引压管，其中一根的采样点位于截断阀的下游用于检测管线的压力，压力值通过微处理器计算出管线的压力变化速率，另外两根的采样点分别位于阀体的上游和下游，为执行机构提供动力源。引压管上靠近主管道的阀门为根部阀，采用螺纹连接其作用是截断气源，一般很少操作。靖西管道阀室根部阀外漏问题严重，大多是由于紧固不均匀、阀体沙眼等原因引起。由于该阀与主管道相连所以维修困难，虽然现在多采用考克处理但效果不佳。建议采用全焊接阀体，一端焊接另一端螺纹连接的手动球阀或选用两端均为焊接连接的球阀。

1.3、压力传感器存在问题及解决办法

　　靖西管道乔沟湾阀室和延安阀室都曾发生过因压力传感器失效而导致阀门自动关断的事件。从压力传感器的结构方面分析解决，shafer所采用的扩散硅压力传感器主要由三部分组成：敏感元件、引线系统和封装、密封系统。

　　对于敏感元件当外力超过其强度极限或发生累积效应时，就会引起膜片应力关系不稳定，从而导致漂移、失效。为辟免液击对敏感元件的破坏，可在传感器前端增加一U型管段，并在里边注入清洁航空液压油可解决此类问题。

　　其次传感器内部引线的断裂是引起压力传感器失效的另一个最主要原因，此现象多是由于在一定温度、压力下的疲劳失效，这是由扩散硅压力传感器寿命的固有结构决定的。为解决此类问题，首先在选型时应选择可靠性高的传感器，其次应该加强平时的压力对照和传感器校验工作。

1.4、定期检查和通讯问题

　　定期检查是防止误关断的重要途径，主要检查内容为最近一段时间的压力变化值(可与最近的工艺运行状况进行对比，如果有异常可分析原因);微处理器时钟的核对(能保证最近压力变化时间的准确);电池电压的监察(过低的电压有可能造成程序的丢失或引起阀的误关断)。当用移动电脑与Line Guard2200进行通讯产生故障时可从以下方面进行排查：电脑的COM口是否被占用;电池电压是否正常，过低的电压也有可能产生通讯障碍;通讯串口线的检查可用万用表进行检查对照表如表1所示。

表 1

1.5、压降速率的确定模型

　　对压降速率的设置一般都用经验值来确定，或者按照管道在稳定流动情况下进行粗略的估算。实际上由于天然气长输管道在事故状态下管内气体的流动为非稳态流动，对于靖西管道而言穿越地形复杂，如果全线采用一个统一的经验值具有很大的不确定性，其误差很大，往往会发生干线快速截断阀的误动作或事故状态下不能及时动作的情况，泄漏模型的实验显得非常必要。可在管道中假想地安装一泄漏孔，可以调整泄漏孔径的大小来模拟实际问题中可能出现的各种情况，可用瞬态流动模型来描述。

　　p—压力，Pa;　g—重力加速度，m/s²;　B0—气体的温度声速，m/s;　q—质量流量，Kg/s;　t—时间变量，s;　A—管道横截面积，m²；　x—管道的轴向坐标;　g—重力加速度，m/s²;　α——管道的倾斜角，(°);　λ—摩阻系数;　ρ—气体密度，Kg/m³;　d—管道直径，m。

　　如果把温度当作一个常数，这就是一个等温瞬态流动问题。方程(1)，(2)就是一个求解以流速和压力为变量的一阶非线性偏微分方程组。

2、截断阀室的建设及选址

　　合理的施工建设和选址将保障投产后的长期正常、安全、可靠的运行。按安装方式不同，线路截断阀可分为直埋式、地上式、半地下式3种：直埋式是将线路截断阀直接与输气管道一齐进行掩埋的一种安装型式，这种型式虽然安装占地面积小、工艺方便但对阀门的要求较高，靖西管道大部分采用这种安装型式;地上式是利用弯头或弯管将管道提升到地面上安装的一种安装形式，其对阀门的要求相对较低，但占地面积大，且不利管道的清管作业;半地下式是介于直埋式与地上式之间的一种安装方式，将截断阀安装在地面以下的深坑中，这种安装对于防水有较高要求，但对阀门的维护大有益处，并能防止因地质变化产生的不安全因素。

　　在阀室选址时应辟免建在阴极保护站附近，减小阴极保护对控制系统的影响。不宜建临近在高山、弯头、深谷和遮挡光源的地方以防止因压力突变和供电问题而增加日后的维护工作量。

3、结束语

　　随着陕西省天然气股份有限公司气化陕西工作的进一步推进，新建阀室的数量将逐渐增加，通过对截断阀的不断改进，将增强其在管道的自动化和安全运营方面的可靠性。