智能电动执行机构在石油库区的应用和维修

陈 彬

(中化兴中石油转运(舟山)有限公司,浙江舟山 316000)

智能电动执行机构在石油库区的应用和维修

陈 彬

(中化兴中石油转运(舟山)有限公司,浙江舟山 316000)

某石油库区在生产管理自动化改造中大量使用了IQ系列智能电动执行机构。介绍了IQ系列电动执行机构相比机械型电动执行机构的基本特点以及自诊断故障的特殊功能。重点讨论了IQ系列电动执行机构在石油库区的前期测绘安装调试、故障维修查找问题的剖析方法、使用维护保养以及常见故障等情况,并对该设备今后的管理、备档提出了相关注意事项。

电动执行机构;特点;功能;自诊断;安装调试;维修

0 引 言

随着石油化工工业对生产稳定性要求越来越高,电动仪表逐步向数字化、智能化方向发展。为提高兴中岙山库区的生产管理自动化水平,同时由于原有电动执行机构锈蚀严重,故障率高等原因,对该原油库区电动执行机构进行改造,ROTORK智能电动执行机构已经大批量安装,并已进入应用阶段。该文将主要介绍IQ系列智能电动执行机构在库区的应用、维修情况以及注意事项,供大家借鉴。

1 应用概况

该库区采用IQ系列智能电动执行机构(防爆型)124台。电动执行机构输入电压均为交流380 V,功率从0.21 kW到4.44 kW不等,并广泛应用于库区各输油主管线阀门上,其中平板闸阀70台、球阀4台、锲式闸阀22台,蝶阀24台、将军阀4台。IQ系列智能电动执行机构的应用,提升了该库区仪表智能化水平,减轻了操作员工的工作强度和压力,为今后库区自动化改造提供了坚实的基础硬件设备平台。

2 特 点

2.1 基本特点

a)IQ型智能化电动执行机构在保留机械开关式电动执行机构主要功能的前提下,将电动执行机构原先利用各种机械装置实现的控制模式,变为以微处理器为控制核心的智能化控制模式,提高了设备稳定性、精确性。

b)IQ型智能电动执行机构具有判断、记忆、保护、执行等能力,并可以通过手持红外线遥控器对执行机构进行检查、设定、整定,并且IQ型采用电子集成技术取代了传统的电动执行机构的机械部件,减少维修量,为设备调试以及维护保养提供便利。

c)IQ型电动执行机构的位置信号采用无接触霍尔感式脉冲全数字传感器。精度高、线性好,抗外界干扰强,使用寿命长,阀位反馈信号及就地显示精度已相当高。因装有Eeprom芯片,可安全记忆预先设置的各项参数,并具有故障自我诊断和报警功能。

d)IQ电动执行机构Eeprom还能准确记忆被执行操作的时间、行程,如果发生安全事故,维护人员可通过红外通信从电动执行机构读取各类参数,通过Insight计算机软件分析事故原因、明确责任。

另外,电动执行机构在力矩关闭或打开方式下,其力矩值可以在电动执行机构40%～100%额定力矩值之间任意选择设定,并按1%的幅度增减。当阀门因为长期不使用而产生卡涩或是卡住现象时,可将电动执行机构“开”力矩设置为“加强”状态,即力矩可达140%的额定力矩值以便打开卡住的阀门。根据目前使用经验,由于力矩设为“加强”状态即表示电动执行机构将超负荷运行,因此,为避免电动执行机构强制性损坏,在没有查明阀门是否是因为长期不使用而产生卡涩的情况下,一般不予采纳。

2.2 故障自诊断功能

ROTORK电动执行机构带有故障自诊断功能,诊断结果在其显示窗口上显示报警图标并在屏幕下方显示文字信息对报警做出解释,简洁明了,维护人员通过查看屏幕显示即可明确报警类型。其报警内容有阀门报警、执行机构报警、系统报警及备用电池故障报警等。当电动执行机构力矩动作时将出现阀门报警,这种情况通常由于阀门卡涩、限位设定不当或阀位记数装置故障以及电动执行机构传动装置卡涩等原因造成。产生执行机构报警的可能为马达热敏开关动作、电源故障以及电动执行机构内部控制系统故障等。明确由哪一项故障引起电动执行机构报警必须通过电动执行机构的帮助菜单。

3 安装及调试

笔者认为,无论电动执行机构是新装还是改造,最重要的是在安装之前确认阀门的类型、口径,测绘阀杆螺距、行程高度、法兰外圆、孔距等参数。阀门参数是定制电动执行机构连接铜套的必须依据,也是电动执行机构的选型依据,参数的正确与否决定了今后电动执行机构能否正常、稳定可靠地运行,因此必须高度重视。

值得注意的是,电动执行机构安装要求极高,必须要求安装人员对其性能相当熟悉。电动执行机构内部接线不正确、遥控器使用不当、机械安装存在缺陷等情况均会引起电动执行机构不动作甚至损坏。

ROTORK电动执行机构在出厂时已经进行标准默认设定,所以不需要对所有的设定项重新设定。但在现实调试过程中,调试维护人员仍有必要对一些设定值进行修改。在设定阀门扭矩时,应根据实际情况设定,尽量避免当阀门卡涩等异常情况下对电动执行机构的伤害,同时也必须确保阀门正常工作。根据该库区的使用效果来看,一般情况下电动执行机构开关扭矩设为其额定力矩值85%为宜。另外,IQ电动执行机构安装后必须重新设定其限位以及打开、关闭方式。维护人员可通过说明书的介绍完成限位的设定,而阀门打开、关闭的方式应结合具体阀门类型,选择不同的动作控制方式。电动执行机构正常操作阀门时,有两种控制电动机停止运行的方式:限位开关式,即当电动执行机构带动阀门关闭到位时,限位开关动作,切断电动机电源,电动执行机构停止运行,在实际应用过程中,在采用限位开关式时力矩开关也同时起作用;力矩开关式,既当电动执行机构带动阀门开关到位并且阀门阻力负荷产生的力矩值逐步增大并等于电动执行机构预先设定力矩值时,力矩开关动作,切断电动机电源,电动执行机构停止运行。该库区电动阀门主要有平行闸阀、蝶阀、球阀,根据这些阀门的操作特性,一般都选择限位控制方式。

4 故障剖析与维修使用

4.1 故障剖析

该库区针对电动执行机构建立了一套完整的检修规程,根据多年维护经验,与其他设备维修时的故障排查方法一样,电动执行机构的故障剖析的基本方法:看、听、摸、查、测等。

4.1.1 看

电动执行机构自诊断信息能通过其液晶显示器进行查阅,因此控制部分中类似力矩报警、电池报警、缺相等故障均可直观地被发现,而且机械部分中类似润滑油泄漏、切换开关损坏、显示器单元隔爆玻璃进雾气等小故障也是显而易见的。

4.1.2 听

当电动执行机构动作时,发生异响,需要听声音发生的部位,以便确认故障点。一般情况下最容易发生异响的是阀门连接处。例如与平板闸阀连接的铜套尺寸与丝杆螺纹规格存在不匹配、缺少润滑油等原因时,电动执行机构动作时均会产生异响。

4.1.3 摸

虽然电动执行机构将原先利用各种机械装置实现的控制模式,革新成了以微处理器为控制核心的智能化控制模式,但其传动电机还是核心组成,因此当电动执行机构不动作并发生嗡响时,应去摸一下执行机构的电机部位,感觉是否发烫,以初步确认电机有无损坏。

4.1.4 查

电动执行机构的故障排查是最繁琐,也是最关键的。电动执行机构按功能可分为两部分,即控制部分和机械部分。控制部分完成电动执行机构的控制,由卡件、连接线等组成;机械部分完成对阀门的驱动,由马达、传动机构等组成。因此,在设备发生故障时,除以上的简单故障外,更应该根据不同的故障原因和故障现象,从两个不同的层面着手。

a)控制部分。电动执行机构的控制部分总共有6块卡件,按其安装位置从外到里,分别是就地/远程控制卡、主板、比例反馈卡、继电器、电源卡和记数卡。

1)就地/远程控制卡用于接收电动执行机构的遥控/就地控制选择开关和就地开、关、停命令这5个开关量信号,结构比较简单。通过阀门目前状态和选择开关的实际位置相对照就能判别该卡件的好坏。

2)电动执行机构的主板是其控制中心,带有状态显示窗口和非易失内存。备用电池是主卡的备用电源。主卡故障时往往伴随着无法进行操作、无法进行功能设定和无法查看电动执行机构状态指示这3个现象。从该库区使用的情况来看,尚未出现类似故障。

3)电动执行机构比例反馈卡用于电动执行机构4～20 mA模拟量反馈和控制,该卡安装在主卡的背面。该卡故障时的明显现象:模拟量反馈信号与开关量反馈不一致,如电动执行机构关位置开关动作,而模拟量反馈信号不是4 mA或1 V;模拟量控制信号与模拟量反馈信号不一致;固定的模拟量控制信号输入情况下,电动执行机构有振荡现象。在根据上面现象确定卡件故障前,根据使用经验,维护人员先应检查设定是否正确,设定不正确也会产生上面现象。

4)电动执行机构继电器卡用于电动执行机构开关量状态输出,该卡上有8个继电器,分别用于8个状态量输出。这8个状态量分别命名为S1～S8,每个开关都可根据需要选择输出内容,包括关限位、开限位、开/关力矩动作、就地停、各类报警、电动执行机构状态等。每个选项还有相关值和常开、常闭供设定。维护人员在排查故障时,可先查看电动执行机构的设定,然后根据测量结果与设定对照,从而排查继电器的输出故障。

5)电动执行机构记数卡完成电动执行机构的行程检测。其故障表现为实际阀门位置跟电动执行机构显示的阀门开度不一致或显示的阀门开度在小范围内漂动,出现类似情况应对记数卡进行更换。

b)机械部分。电动执行机构机械部分大致可分为手动/电动切换装置、电动执行机构行程记数驱动装置、电机、主轴、动力传动齿轮等。其装配非常严谨,因此需要熟悉电动执行机构整体构造,以便进行机械维修。对机械部分解体检修时必须按下列顺序执行。

1)拆下电动执行机构跟阀门的固定螺丝,往上抬高电动执行机构以便拆卸。

2)将手动/电动切换装置切换至电动位置,否则拆电动执行机构主轴时会损坏该装置的弹簧片。

3)清空润滑油。

4)卸下手动开关阀门的手轮,只要将密封用的塑料环抽出就可将手轮卸下。

5)拆下电动执行机构电机,逆时针转动电机驱动轴取出该轴。

6)拆下电动执行机构和阀门连接处固定主轴的卡簧。这时,主轴可以从安装手动开关阀门的手轮处安全取出。

7)执行器行程记数驱动装置只有这时才能拆下,卸下电动执行机构行程记数驱动装置的磁铁从安装主轴位置往外拉出即可。

执行器装复时按拆卸的顺序倒过来就行。在安装电机时,电机铁芯外侧轴上有一个弹簧,该弹簧没有任何固定,往铁芯套线圈时该弹簧容易掉出,引起线圈短路或接地。所以除了安装时应特别注意外,装复后上电前应检查电机的绝缘。

4.1.5 测量部分

电动执行机构维修完成后,需要借助万用表重新对继电器输出、模拟量输出中的各端子、电机三相等进行测量。同时通过液晶显示屏对力矩变化进行观测,结合阀门实际限位对开度变化进行观测,必要时重新进行设定。在观测电动执行机构的同时,需同时听、摸电动执行机构各部位的声音、温度等异常情况,确保设备正常运行。

4.2 维修与使用情况

该库区首批电动执行机构投入运行至今,设备运行总体情况良好,达到库区安全生产的要求,同时也出现一些缺陷和故障,值得借鉴并反省。

a)操作员工对电动执行机构操作不当。在未对旧有电动执行机构改造前,如出现隔离阀,操作员为防止混油会潜意识对电动执行机构手动切换并关紧,导致机械阀位发生变化。在电动执行机构改造完成后,操作员工的操作习惯尚未完全改变,因此需对电动执行机构改造限位进行多次重新设定,避免导致阀门寿命减少。

b)电动执行机构参数设置不当。由于阀门限位设置不合适以及关力矩设置不当而导致电动执行机构产生自我保护,导致阀门关闭不严。一般维护人员通过遥控器现场重新设置参数,即可迅速处理好这类缺陷。根据使用以来的初步统计,此类故障约占缺陷统计的80%。

c)电动执行机构内部电机供电线断开,通过初步查找仍旧找不到原因;后对电动执行机构进行拆分,发现问题。通过对电机电源线重新连接,消除了故障。此类故障出现1起。

d)电动执行机构电路板件故障。此类故障出现过2起,通过更换电路板或重新启动电路板即消除了缺陷。

e)电动执行机构显示器单元隔爆玻璃进雾气,此类故障出现过1起,通过对显示器防护罩的更换,消除了缺陷。

从以上分析可以看出,电动执行机构改造中出现的绝大部分问题属于简单易处理的缺陷。大部分无须拆开密封外壳就能解决。

5 结束语

电动执行机构在该库区的使用受到操作及维修人员的欢迎。从该库区电动执行机构安装、调试和运行、维修过程中暴露的问题看,在应用及维护保养时,应注意以下问题。

a)根据TnPM设备管理理念,建立系统的电动执行机构操作规程,对相关操作人员进行详细培训,引导操作维护人员对电动执行机构进行正确操作。

b)对设备改造时应尽量详细地测绘各阀门参数以及须精确计算电动执行机构的力矩值,方便调试和维护时参数的设定,更是以后设备维修的保证。

c)安装和维修电动执行机构时,小心轻放,防止电动执行机构内部振动使电子元件和芯片受到损坏。

d)需编制检修维护规程,配备检维修专用工具,确保维修质量,保证电动执行机构正常运行。

e)建立设备电子档案对每台电动执行机构运行参数进行登记并备案。

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TP273

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1007-7324(2011)01-0082-04

2010-12-02(修改稿)。

陈 彬(1983—),男,浙江舟山人,2005年毕业于中国计量学院自动化专业,一直从事自控仪表技术管理工作,任助理工程师。