内曲线气动马达阀门执行器在机泵出人口阀上的应用.pdf

第 4 7卷第 3期 2 0 1 1年 6月 石油化工 自动化 AUToM ATI ON I N PETRO- CHEM I CAL I NDUSTRY Vo1 ．4 7，No． 3 J u r l e ，2 0 1 1 内曲线气 动马达 阀门执行器在 机泵 出人 口阀上 的应用 李 闽燕 ， 代 建华 中 国石油华北石化公 司 ， 河北 任丘0 6 2 5 5 2 摘 要 介绍 了一种阀门气动执行器在机泵出入 口阀上的应用 ， 包括工作原 理、 选型和改 造、 优势 、 现场 使用等 。该阀门执 行器采用气动内雎线 马达作为动力 元件 ， 利用压缩空气提供动力 ， 具有工艺性能较好、 结构紧凑 、 安 装方便 、 维 修简单 易行 ， 整体 重量轻 ， 手动时无阻力 ， 操作简单方便 、 轻巧灵活 、 安全 可靠 ， 气动时起动效率高 ， 转速平稳 ， 扭力矩大等优点， 极大地提高工作效 率并保 证 _r 装置的安 全生产 关 键 词 内曲线气 动马达 ； 阀门气动执行器； 闸阀； 行 星齿轮 中图分类号 T P 2 1 5 ， T H1 3 7 ． 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 1 0 3 0 0 7 1 0 2 0 引 言 中国石油 华北 石化 公 司二催 化 、 三催 化装 置 重 油 泵 的 出 入 口 阀 门 采 用 闸 阀 且 口 径 范 围 较 大 DN1 5 0 ～DN3 5 0 ， 手 动 开 关 阀 门 费 力 、 费 时 ， 部 分 阀门 因安装 条件 局 限处 于 机 泵 机 封 的 正 上方 且 油浆 等介 质 的操 作 温度 都 在 3 5 0 ℃ 以上 ， 在 紧 急状 态下 手动 操作存 在 安全 风 险 ， 不 利于将 机 泵快 速 切 除系统 ， 容 易造 成生 产波 动 。 近几 年 该 公 司陆 续 在 上 述装 置 部 分 泵 的 出入 口阀门上 安装 了 内曲线 气动 马达 阀 门执行 器 ， 它是 通过 内曲线 气 动马 达驱 动 闸阀 ， 结 构 简单 、 紧凑 ， 重 量 轻 ； 低 速运 转 平 稳 ， 输 出力矩 大 ； 工 艺性 好 ， 安 装 维 修方便 ， 极 大地 提 高工作 效 率并 保证 了装 置 的安 全 生产 。 1 工 作原 理及控 制 方式 1 ． 1 工作 原理 气 动马 达是 以压 缩空 气 为工作 介 质 ， 利 用压 缩 气 体 的膨 胀 作用 ， 把压 力 能转 换为 机械 能 的动力 装 置 。气 动 马 达可 以实 现 无级 调 速 ； 可 瞬间 起 动 、 停 滞 和换 向 ； 有 过载 保护 功 能 ； 具 有 自动 冷却 功能 ， 工 作安 全 ， 不 受 振 动 、 高 温 、 电磁 、 辐 射 等 影 响 ， 在 易 燃 、 易爆 、 高 温 、 振 动 、 潮湿 、 粉 尘等 不利 条件 下均 能 正 常工作 ； 操 作方 便 ， 维修 简单 ； 用 压缩 空气 作为 动 力 ， 容易 获得 ， 用后 空气 可 以直 接排 入 大气无 污染 。 内曲线气 动 马达 阀 门执行 器 ， 是 一 种多 回转 型 阀门驱动 装置 ， 其 马 达 为 特 殊 设 计 的 横 梁传 力 型 ， 多作 用 内曲线 径 向柱 塞 气 动 马达 。 由叠 层 组 合 气 缸 、 柱塞 、 横梁 、 滚 轮 、 内 曲线 导 轨 、 配 气盘 及 中空 通 轴 组成 。 当气 缸 中充入 压缩 空气 时 ， 径 向柱塞 所 产 生 的推力 ， 通 过 横 梁 及 滚 轮 与 内 曲线 导 轨 相 互 作 用 ， 产 生扭矩 输 出 ， 经 行 星 减 速 机构 减 速 产 生 强 大 扭矩 ， 驱动闸阀的阀杆螺母旋转 ， 使 阀杆作升降直 线 运 动 ， 开启 或关 闭闸 阀 。 该 内曲线气 动马 达 的主轴 为 中空结 构 ， 阀杆 穿 过 主轴 ， 手动 手 轮设 在 中空 主 轴 上 端 ， 即手 轮 置 于 气 动 马达 阀门执 行器 顶端 。气 动操 作 时 ， 手 轮会 随 之 转动 ， 便 于操作 人员 了解执行 器 动作情 况及 观测 阀门 开度 。需 要 进 行 手 动操 作 时 ， 切 断 气 源 ， 直 接 转 动手 轮 即可驱 动 闸阀开 闭 ， 转 动 方 向与普通 手动 闸阀一致 。 配置 相 应 回讯 机 构可 与 DC S组 网实 现集 中远 程控 制 ， 根据 需要 调节 阀 门开度 。 1 ． 2控 制方 式 a 手 动型 操 作工 现 场手 动控 制 阀门 。 b 智 能 型 通 过 智 能 阀 门 显 示 仪 控 制 或 P L C ／ D C S控制 系统 ， 实 现远程 控 制 阀门 。 C 现有 控制 方式 根 据 现场 情 况 该公 司采 用 就地 集 中控制 。把 气 动三联 件 、 换 向阀安 装在 一个 不 锈 钢 控 制 箱 尺 寸 5 0 0 mm 4 7 0 mm 1 7 0 ram 内 ， 外接 气 源 球 阀 ， 利 用 泵 区 上 方 管 带 区 的净 化风做 动 力 。箱 体 利 用 槽 钢 固定 在泵 前 方 的 管廊支柱上。气动执行器上装有快速排气阀 ， 换 向 阀 的输 出气 路 与 快 速 排 气 阀相 连 。操作 工 通 过 操 纵 换 向 阀对 执 行机 构进 行控 制 ， 调节 闸 阀开度 。系 收 稿 日期 2 0 1 1 0 21 0 。 作者简介 李闽燕 1 9 7 2 一 ， 女 ， 福 建莆田人 ， 毕 业于南京化工 动力高等专科学校工业仪 表及 自动化专业 ， 现 工作 于中国石 油华 北石化公 司科技信 息处 ， 从 事石油化工仪表 自动化方面的工作 ， 任 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 2 石 油化工 自动化 第 4 7卷 统控 制原 理如 图 1 所示 。 图 1 气动马 达 阀门执行 器控 制原理 注 1个换 向阀控制 1台阀 ， 当需要控制 2台 阀时 ， 控 制箱 内安装 2个换向阀即可 ， 箱体尺寸不变 2选 型和改 造 因为闸阀属于多回转阀门， 这类阀门是非旋转 提升式阀杆或旋转非提升式杆 ， 所以选用内曲线气 动 马达 阀 门执 行 器 时需 明 确 阀 门型 号 、 公 称 通径 、 公称压力 、 过程介质及 阀杆直径、 阀杆连接螺纹和 阀门支架上端尺寸等参数 ， 根据这些参数可在执行 机构厂家提供的数据表 中进行选型。如把握不大 可要 求执行 机构 厂 家来 现场 测 绘 以 确定 执 行 机 构 规格 。 内 曲线 气 动 马达 阀 门执 行器 适 于将 各 种规 格 普通 手动 闸阀改造 为 气动 阀 ， 改 造 方法 原 装 置上 手动闸阀不需拆卸 ， 可就地进行改装， 阀体大盖、 闸 板 、 阀杆均不拆卸 ， 仅将阀杆螺母拆除， 并于支架上 加 焊一 连接 法兰 ， 即可 将执 行 器 安 装 到支 架 上 ， 配 好 气动 系统 管线 ， 即完成 改装 工作 。 与控制箱 内控制元件相连 的气路选用 DN1 5的 镀锌水煤气管即可。但与快速排气阀相连接时由于 DN1 5的管线弯管较困难， 即使采用螺纹连接 ， 拐弯 处采用弯头也不能恰好与快速排气 阀的接 口对上 ， 接头处 的漏气会 影响 气压 的稳 定供应 ， 以至 于影 响 马达的正常输出功率， 这时可加转换接头用 l 2的 退火过的紫铜管连接， 事实证明效果很好。 这种内曲线气动马达阀门执行器安装方便 ， 如 果现场不具备停工条件， 可直接进行现场施工 ， 且 不 用更 换 阀门 的丝 杆 ， 非 常适 合 于现场 改造 。 3优势 a l 与 电动 、 液动执 行机 构相 比 ， 动力 源来 源广 泛 ， 炼 油装置 的 0 ． 3 ～0 ． 6 MP a的仪 表风 或 氮气 都 可 使用做 为驱 动力 ， 是一 种本 质安全 型产 品 。 b 与气缸 式 执 行 机构 相 比 ， 只需 很 少 的耗 气 量 O ． 1 ～0 ． 3 m。 ／ rai n 便 可 输 出很 大 扭矩 8 0 0 ～ 1 4 0 0 N m 且 转速 稳定 ， 从 而 达 到 节省 能 量 及 减 少 噪声污 染 的 目的 。 C 将 所有 工作 机构 封 闭于无 缝 钢管 制成 的外 壳 内 ， 可较 长时 间承受 高温 和火焰 。在 火灾 的初期 阶段 ， 这一 特性非 常有 用 ， 操 作人 员 处 于安 全地 带 就 可 以及时 切断 阀 门， 控 制事 故 。 d 起动扭距大 ， 力距平衡 ， 低速运转平稳。 e 在 中断供气的情况下 ， 无需额外锁定， 仍能 保 持 阀位不 变 。 f 装 置 备 有 一 套 手 轮 机 构 ， 无 须 手 动一气 动 切 换 ， 可立 即采用手 动操 作 ， 操 作灵 巧轻 便 。 g 可 在 O ～ 1 0 0 之 间调 节 阀门的任 意开 度 。 h 结构 牢 固 ， 无过 多的保 护 装置 ， 从 而 减低 了 故障率 ， 有很长的使用寿命 。 i 结 构 紧 凑 、 体 积 小 巧 ， 适 于 高 压 阀 门 ， 重 质 油 的 旧阀门 ， 背压 操作 较 大 的阀 门及 大 口径 阀 门 ， 具有 优越 的性 价 比。 4 应 用 根据 现场情 况 ， 该公 司在溶 剂脱 沥青一 减粘 裂 化 简称 溶脱减粘 、 二催化、 三催化装置部分重 油泵的出人 口阀门上安装 了内曲线气动马达阀门 执 行器 ， 这 些 阀 门 口径 从 DN1 5 0 ～ DN3 5 0不 等 ， 阀 门直径较 大 ， 阀 门两 侧 差 压较 大 ， 而 且 溶 脱减 粘 装 置部 分泵 的 出入 口阀 门的操作 压力很 高 ， 部 分在 6 ． 0 MP a以上 ， 开 、 关上述 阀 门时难度 很 大 ， 不 利 于 事 故状 态进行 紧急 切断操 作 ， 安装 内 曲线 气动 马达 阀门执行器后 ， 切换速度提 高， 工效 提高3 ～5倍， 极 大地减 轻 了操作 工 的劳动强 度 。 内曲线气动马达阀门执行器结构紧凑 ， 体积小 巧 。如 公 称 通 径 DN2 0 0 ， 公 称 压 力 P N4 ． 0 MP a 的 手动 闸阀所 需安 装 的 内 曲线 气 动 马达 阀 门执行 器 的外型 尺寸仅 为 4 2 9 2 4 9 2 mm， 而 双缸 气 动 带 手动 闸 阀的 气 缸 直 径 约 2 8 0 mm， 双 层 气 缸 、 手 动 机构 、 气 动 一手 动 转 换 装 置 的长 度 约 9 0 0 mm， 明 显 比气 动 马 达 阀 门执 行 器 长 出约 4 0 0 mm。上 述 装置 部分 阀门 因安装 条件 局 限 如加 双 缸 气 动 带手 动闸阀， 第一安装位置不够 ， 第 二即使勉强加上也 无法进行维修和保养。所 以在改造了部分阀门后， 感到内曲线气动马达阀门执行 器很适合于现场安 装 条件 苛刻 的阀 门和大 口径 的阀 门 ， 而且 性价 比很 有 优势 。 5 使 用维 护 a 正 常生 产 时保 持 油 雾 器 内有 油 液 ， 滴 油 正 常速度 约 4 0 ～ 6 0滴 ／ rai n。 b 检 修时 ， 打开 执行器 下部 减速 机 构 ， 添加 润 滑脂 ， 轴 端轴承 加润 滑脂 。 6 结 束语 对于易燃易爆 、 有毒有害 、 管线 密集等不利 于手 下转 第 8 O页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 石 油 化 工 自动 化 第 4 7卷 后备 ； 历史数据库后备 ； 显示数据库后备 ； 其他应用 程序后 备 。其 中最 重要 的是控 制数 据库 的后备 ， 其 后 备 方法 1 C 1 0控 制 组 态 的备 份 I C C s a v e a l 1 。后 备 到 软 盘 进 人 工 程 师 环 境 ， 选 择C o n f i g Con t r o l Cf g - - S t a t i o nC f g ， 选 择 所 要 备 份 的 C P， 插 入 软 盘 ， 在 I C C 环 境 中 选 择 Ma i n t -- S a v e a l l wi t h F o r ma t ， 将 所 选 择 的 C P的 C I O 控 制 组 态 备 份到软盘中。完成该 C P的备份后 ， 选择 Ne w， 换 一 张软 盘对其 余 的 C P进行 C I O控制 组 态做备 份 。 s a v e a l l 文 件 格 式 是 mo u n t 格 式 ， 如果 存 盘 时 出错 ， 应 检 查 软 驱 以 前 是 否 已 mo u n t而 未 做 um ount。 后备到 硬盘 先为 每一个 C P在 硬盘 中建 立各 自的保 存 控 制 数 据 库 的 目录 ， 再 c d／ o p t ／ f o x ／ c i o c { g ／ a p i ， 对 每 一个 C P ， s a v e a l l 。 例 如 s a v e a l l F M4 1 C P／ o p t ／ t e mp ／ F M4 1 C P 则将 C P 4 0 O l的控 制 数 据 库保 存 在 硬 盘／ o p t ／ t e mp ／ CP4 0 0 1的 目录下 。 2 C S A 的 备 份。c d ／ u s r ／ f o x ／ c s a ，mk d i r c s a s a v e CSA S a v e ． c s a s a v e 则 ／ u s r ／ f o x ／ c s a ／ c s a s a v e目录保 存 了 C S A 数 据 库 。将 后 备 到 硬盘 的 s a v e a l l 文 件 ， C S A S a v e 目录 文 件 ／ u s r ／ f o x ／ c s a ／ c s a s a v e ， 以及 C P内存 映象 c h e c k p o i n t 文件 ／ u s r ／ f o x ／ s p ／ f i l e s ／ DB *， ／ u s r ／ f o x ／ s p ／ f i I e s ／ B B * ， 各 个 站 组 态 目录文 件 ／ o p t ／ f o x ／ c i o c f g ／ ， 保 存到其他站的硬盘中。在此之前， 应对各个站先做 C h e c k p o i n t ， 需 要 时做 Up l o a d 。 4 结束语 a 在 低 温 环 境 下 C u 5 0温 度 原 件 在 0～ 1 5 O℃之 间无 法 精 确 的 测 量 ， 和 实 际 结 果 偏 差 较 大 的 问 题 研 究 。通 过 现 场 改 变 电 阻 ， 进 行 实 际 比 对 ， 整 理 出温 度 变 化 曲线 ， 算 出偏 差 解 决 这 类 问题 ， 现 在 该 厂 DC S上 的 温 度 测 点 和 就 地 测 量 值 基 本 无 误 差 ， 从 而 验 证 了实 验 方 案 的可 行 性 。 b 重装 工程 师站 后 ， 发 现系 统恢 复 困难 ， 耗时 过长等问题。利用备份方 法 ， 提 出了两种解决办 法 ， 现在该厂已经应用光盘镜像进行组态数据的备 份 ， 这 种方 法既 简单 迅 速 又 安全 可靠 ， 很 好 地 满 足 维护人 员 的需求 。 参考 文献 [】 ] 韦根原． 大型火 电机组顺 序控制 与热 工保护 [ M] ． 北 京 中 国电 力 出 版社 ， 2 0 0 8 ． [2] 国家石油和化学工业局． S H 3 0 0 5 1 9 9 9石 油化工 自动化仪 表选 型设计规范E S ] ． 北京 中国石化 出版社 ， 1 9 9 9 ． [3] 张磊 ， 彭德振． 大型火力发 电机组集控运行[ M] ． 北京 中 国电力 出版社 ， 2 0 0 6 ． [4] 杨蔚然 ， 王志银． 热工仪表及控制装置安装[ M] ． 北京 中国 电力 出版 社 ， 2 0 0 1 ． [5 ] 凌志浩． D C S与现场总线控 制系统[ M] ． 上海 华 东理 工大 学出版社 ， 2 0 0 8 ． [6 ] 王希凡． 现代电力系统分析 [ M] ． 北京 科学 出版社 ， 2 0 0 3 ． [7 ] 刘翠玲 ， 黄建兵． 集散 控制系 统[ M] ． 北京 北 京大 学 出版 社 ， 2 0 0 6 ． [8] 王兆安 ， 黄俊． 电子 电力技术 [ M] ． 4版． 北京 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． [9] 印江， 冯江涛． 电厂分散控制系统 [ M] ． 北京 中 国电力 出 版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 1 O ] 陈小飚． 火 电厂控制系统 分散化 的现状 与趋势 [ J ] ． 浙 江电 力 ， 2 0 0 6 ， 4 ；9 6 9 7 ． 上接 第 7 2页 工操作的工况条件下 ， 在闸阀、 截止阀、 球阀、 旋 塞阀等阀门上加装内曲线气动马达阀门执行器后非 常有利于保障安全生产和实现远程控制。安装简单 方便 ， 不影 响正 常 生产 运行 ， 且 安全 可靠 ， 是一 种 可 以广泛 在阀 门改造 中应 用的降本增益 的产品 。 参考文献 [1] 陆德民， 张振基 ， 黄步余． 石油化工 自动控制设计 手册[ M] ． 3 版。 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 0 ． [2] 何衍庆 ， 邱宣振 。 杨洁． 控制阀工程设计 、 应 用和维修[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． [3] 明赐东． 调节 阀计算选型 使用[ M] ． 成都 成都 科技 大学 出 版社 ， 1 9 9 9 ． [4] 吴 国熙． 调节 阀使 用 与 维 修 [ M] ．北 京 化 学 工 业 出 版 社 ， 2 0 01 ． [5 ] 王家桢． 调 节 器 与 执 行 器 [ M] ．北 京 清 华 大 学 出 版 社 ， 2 0 0 1 ． [ 6] 刘鹏 ， 汪小澄． 气 动执行 机构 的几种控 制方法[ J ] ． 中国仪 器仪表 ， 2 0 0 5 ， 4 7 7 8 0 ． [7] 乐伟民． 选用 化工 自控执行 器 的探讨 [ J ] ． 高 桥石化 ， 2 0 0 4 ， 2 5 2 5 2 ． [8] 李东明 ， 孙宝 元 ， 张化 岚 ， 等． 气 动 执行 器技 术 现状 与展 望 [ J ] ． 化工 自动化及仪表 ， 2 0 0 3 ， 2 7 3 7 5 ． [9] 徐一洪， 唐晓群． 多作用 内曲线 径向柱塞 式气 动马达 的设 计 r J ] ． 凿岩机械气动工具 ， 1 9 9 6 ， 3 1 7 ． [ 1 o ] 郑洪生， 董哲． 内曲线径 向柱 塞式气 动马达 主要参数设 计 计算[ J ] ． 凿岩机械 气动工具 ， 1 9 9 6 ， 2 1 - 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m