马达式多回转阀门气动执行机构在炼化装置的应用

王新斋

（中化弘润石油化工有限公司，山东 潍坊 262513 ）

0 引言

在现代化生产过程的中，执行机构起着非常重要的作用。随着工业的发展，现在的炼油装置规模逐年扩大，装置内闸阀口径已达到DN800，甚至更大，手动开关阀门费时、费力，且存在一定的安全隐患。

为消除生产中的安全隐患，中石化公司指导意见曾指出“对于直径大于等于DN300的高温油泵出入口阀门要选用电动或气动闸阀，做到在事故状况下能迅速切断物料”，高温油泵部分阀门因安装条件局限，人工不能方便的操作手轮，在紧急状态下不能迅速关闭闸阀，因此关键问题就是在装置内高温油泵出入口大口径的阀门安装合适的执行机构，满足现场实际生产的需要。

1 执行机构类型

在实际应生产中，电液、电动、气动三种执行机构在炼油石化行业得到了广泛应用，下面主要介绍三种执行机构各自的特点：

利用高油压作为动力源的电液执行机构推力大，主要特点是抗偏离能力强，反应速度快。在调节工况中，当阀门阀芯接近阀座时节流效果愈强，阀芯前后差压愈大，因为液压油的不可压缩性，因此电液执行机构的抗偏离能力非常强。另外，电液执行机构位移控制系统是由电气控制系统、电液伺服阀、伺服油缸、液压油源和位移传感器等组成的一个完整的闭环回路，因此调节精度非常高。但电液执行机构的主要缺点就是传动动力为液压油，液压油的管线压力高，为保证液压元件不泄漏因此制造精度高，造价昂贵，需要单独的油泵提供动力，一般体积庞大笨重，内部元器件与常用元器件有很大区别，特别复杂，维护时涉及专业和知识面广，一般只用在石化装置比较特殊的场合，如催化装置中的待生塞阀、双动滑阀以及烟机入口调节蝶阀等安装位置经常采用电液执行机构。故电液执行机构不适用于作为高温油泵出入口闸阀执行机构。

利用电动机作为动力源的电动执行机构在电力、冶金、石油化工以及锅炉系统等行业都有广泛应用。电动执行机构主要由电动机、位置传感器及控制部分组成，随着电子行业的发展，现在大部分电动执行机构采用智能控制方式，由以上三部分形成闭环控制回路，同时具备更多的功能，如限位保护、过力矩保护等，具有就地控制和远程控制功能，远程控制可以实现远程开/关/停操作、阀位显示和过力矩显示，故障综合报警。远程控制采用PROFIBUS带冗余总线控制，控制信号灵活，对工艺参数能做到准确控制，精度高。电动执行机构的缺点主要有：结构零件多，更容易发生故障，一般现场维护涉及多个专业，如电机为电气专业、控制部分为仪表专业、传动部分为机械专业。在石化装置现场都为防爆区域，虽电动执行机构能做到防爆，但在日后维护及维修过程中有诸多不便，故电动执行机构在高温油泵出入口闸阀上可用，但不推荐。

利用有压净化空气作为动力源的气动执行机构，结构简单，动作平稳，并且安全防爆，在炼化装置上常被采用。气动执行机构有多种机构形式，每种机构都有各自的优缺点。

常见的气动执行机构有气动薄膜式、气缸活塞式，薄膜执行机构具有结构简单，适应性强、价格便宜等优点，经常被采用为普通调节阀的执行机构，其输出位移与输入气压信号成比例关系，当压力与弹簧的反作用力平衡时，推杆稳定在某一位置，信号压力越大，推杆的位移量也越大，所以大口径阀门上不应选用薄膜执行机构。活塞式执行机构属于大力矩气动执行机构，气缸操作压力允许0.7MPa，双作用气缸内部无弹簧，阀门开关由净化风做动力实现，输出推力很大，适用于大口径、高静压、高压差的阀门装置，但气缸内活塞的行程与阀门的口径成正比，当阀门口径大于DN300时，安装气缸式活塞执行机构就会使整个阀门的体积过于庞大，质量重，现场安装条件不能满足执行机构安装要求。

气动马达多回转阀门气动执行机构因精确度较低，是一种不常用的气动执行机构，其是以压缩空气为动力，将净化压缩气体压力能转换为机械能装置，气动马达驱动阀杆螺母转动，具有直线开关阀门功能，本体无电子部件，安全可靠，适用于防爆的各种场合。

图1 内部结构图

2 结构

执行机构由气动控制箱和气动/手动本体两部分组成。气动控制箱内包括三通球阀、手转阀、气源三联件，气动/手动本体包括支架、下罩、内齿轮、马达、阀杆螺母、套筒、手轮、上罩、指针、手柄、气接头等。如图1所示。向阀阀芯移动，然后气源进入马达壳体内，气源开始膨胀做功，马达转子旋转，膨胀做功后，气源经换向阀排到外界。马达内部的小齿轮带动内齿轮转动，内齿轮带动阀杆螺母旋转，螺母带动阀杆做升降直线运动，达到阀门的开启或关闭的目的。

气动开阀时，逆时针旋转手转阀45度，气源进入执行机构内部，马达开始工作，经减速机构后，驱动推力盘内的阀杆螺母逆时针旋转，阀杆开始上升，阀门开启，同时气动执行机构内部的限位板和开度指针，与阀门开度同步变化，开度指针在开度标尺上指示阀门开度，阀门全开时执行机构内部的限位板推动限位阀活塞，切断进入气动马达的气源，气动马达停止工作，然后将手转阀顺时针转45度，断开开阀气源，执行机构开阀工作完成。手动操作时，需将切换手柄按指示标牌从气动推向手动，气动执行机构内的拨叉脱离齿轮离合盘，切换工作完成，然后操作手轮开关阀门，与普通阀门操作一致。

马达式多回转阀门气动执行机构有多个优点：动力取自净化压缩空气，获取简单安全，气动扭矩大；低速运转平稳，性能稳定，安全可靠；结构简单，体积小；具有手轮、切换手柄，气动-气动切换方便；控制设备简单，配备独立的控制箱；结构牢固，使用寿命长；能较长时间承受高温和火焰；启动扭矩大，力矩平衡，运转匀速平稳；在断气情况下，无需额外锁定，可保证阀门现有开度，不

执行机构的核心部件马达装在钢管制成的外壳内，齿轮等部件封闭在内部，可以承受较长时间的高温和火焰，外部采用不锈钢或铜质输气管，能保证在一定时间内动力风正常供应。执行机构本体结构牢固，无过多的保护装置，在动力风中断的情况下，无需额外锁定，可保证阀门不自由启闭，装配有手轮机构，现场人员在火灾初期可非常有效的关闭阀门。

3 工作原理说明

马达式多回转阀门气动执行机构内部有多种构造，各个厂家的名称也不一样，其中一种是采用叶片式气动马达作为动力元件，其配置一套行星减速机构及内齿轮传动，因而具有优良的技术特性。气源首先进入换向阀，推动换自由启闭；现场操作时，人员可离开一段安全距离，保护人身安全； 可一人同时操控多台阀门，极大减轻了劳动强度； 可在不停工状态下加以改造。

4 控制方式

马达式多回转阀门气动执行机构有多种控制方式，一种是就地控制，手动操作手转阀控制阀门开关停。仪表净化风0.3～0.6MPa即可作为执行机构的驱动力，在炼化装置内仪表净化风总管线加闸阀作为一次阀门， 用DN15镀锌钢管连接至不锈钢控制箱接头，净化风经过控制箱内三通球阀、空气过滤器、手转阀。三通球阀一端连接气源净化风，一端连接气源三联件，另一端作为备用接口，一旦管线内净化风故障，可外接动力风驱动执行机构动作。手转阀有三个位置，中间为停止，净化风被切断不再进入气动执行机构，此时阀门可在任意位置停下。手转阀另外两个位置可控制净化风的进入方位，控制内齿轮的转动方向，从而驱动阀门开或关。另一种是远程控制，在气路安装电磁阀等控制部件，通过电缆接收控制室内DCS或PLC数字量信号，由操作员在人机界面控制电磁阀。电磁阀可选用三位五通电磁阀与阀位回讯信号组成逻辑，当阀门达到开或关极限位置时，切断动力风，保证阀门及执行机构的安全。在气缸壁有气动-手动切换开关，在气动操作时需将手柄切换至气动位置就可以现场气动操作或控制室远程操作，通过手转阀或电磁阀控制执行机构动作。在手动操作时，需将手柄移至手动位置，直接转动手轮，转动方向与普通手动阀门一致，顺时针转动时为关闭，反之为打开，就能驱动阀门开或关。

5 安装与改造

马达式多回转阀门气动执行机构安装非常方便，即使在炼化装置现场进行安装改造也可以，先拆除原阀门上部的阀杆螺母、手轮和支架，将新配的执行器吊到安装高度，转动执行机构手轮，使阀杆螺母慢慢旋入阀杆，直至执行机构的支架底面与原支架的安装底面接触为止，合适后用螺栓紧固好，手动关闭闸阀，调整及安装限位板以及表示阀门开度的指示杆等零件；然后按执行器上的阀开、阀关等有关标记配好相应的气路管线，最后将控制箱安装在方便操作的位置，并配好相应的气路管线即可。

6 使用注意事项

在使用执行机构前，可以将压缩空气少许放空30S，排除水汽及杂质；控制箱内过滤器必须加强脱水及杂质放空，严禁水及机械杂质进入执行机构内；控制箱内油杯的油位必须保持2/3～1/3，可以使用30#机油或20#透平油；控制箱内减压阀调压时右转为压力上升，左转压力下降，直到调节最佳的工作压力0.3～0.5MPa；手转阀在进行开关切换时，必须在中间位置停留再反方向切换；执行机构全开或全关后应立即切断气源（手转阀至中间位置），不应用扳手继续加力，以免损坏阀杆。

7 结束语

马达式多回转阀门气动执行机构在炼化装置机泵出入口，尤其是大口径阀门上相对其它执行机构有非常大的优势，体积小、操作简单、本质安全、适用于任何防爆场合，安装后对操作省时、省力，减少职工劳动强度，在突发事件时能不靠近机泵就能关闭阀门，凸显了执行机构的优点。在执行机构选择时要注意是否有阀开或关到位后的保护装置，否则气源一直供给可能造成阀杆弯曲等状况。随着炼油装置规模的不断扩大，工艺阀门的口径也不断增加，这为此类气动执行机构提供了市场商机，目前生产此类执行机构的厂家不多，希望更多的同行能参与到产品的开发与推广，使产品不断完善。□

[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,2000.

[2] 吴国熙.调节阀使用与维修[M].北京:化学工业出版社,2001.

[3] 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,2005,(4):77-80.

[4] 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,1996,(2):1-2.

[5] 乐伟民.选用化工自控执行器的探讨[J].高桥石化,2004,(2):52-52.

[6] 李东明,孙宝元,张化岚.气动执行器技术现状与展望[J].化工自动化及仪表,2003,(2):73-75.

[7] 徐一洪,唐晓群.多作用内曲线径向柱塞式气动马达的设计[J].凿岩机械气动工具,1996,(3):17-18.