阀门电动执行器常见故障分析

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（1.克拉玛依职业技术学院石油工程系；2.中国石油天然气股份有限公司新疆油田油气储运分公司；3.中国石油天然气股份有限公司管道廊坊输油气分公司）

新疆某油库在工艺改造中，户外新增安装的Hite well VAD系列智能型电动执行机构（以下简称电动执行器）主要分布在混油泵区、综合阀组区和罐区，原油工艺上有117个、消防系统上有8个，共计125个。新投用的电动执行器先后有30多个电动阀出现故障，共发生故障约60次，直接影响配比、进站越站生产，带来安全隐患。为了实现连续、安全、稳定生产，笔者调查分析了电动执行器频繁出现的故障。

1 故障统计

某油库工艺改造新增的电动执行器由电机、蜗轮蜗杆传动机构及集成控制电路等组成［1］。投用后125个电动执行器故障的现场调查情况汇总如图1所示。

从图1中可以看出，站场电动执行器故障频数65次，故障率52.0%，主要是限位丢失、机油泄漏、开关电机异响、转换手柄切换到手动不动作及自动关断等故障［2～4］。

由现场统计结果可以看出，限位丢失和机油泄漏是电动执行器故障率高的主要原因，这两项因素共占电动执行器故障因素的80.0%。如果限位丢失和机油泄漏故障次数降低，那么电动执行器的故障率就会大幅降低。

2 故障原因分析

分析电动执行器限位丢失和机油泄漏故障的原因，首先需要分析造成两类故障的末端因素，具体如下：

a.造成限位丢失故障的末端因素主要是电控系统不稳定；

b.造成机油泄漏故障的末端因素主要是密封件存在问题，检修、保养计划不健全；

c.造成故障的外在因素主要是天气恶劣、配件质量差，人为因素主要是相关人员责任心差，而且管理部门对相关员工的培训不到位。

2.1 电控系统不稳定

该油库使用的电动执行器中安装的是第二代电控系统（增加了汉化功能），陆续投用后，发现电控系统存在不稳定情况。一些执行器投用不久就出现限位丢失故障，次数较多，都不在合理损坏周期内，而且在正常操作的情况下，时常出现死机、迟缓现象［5］。

故障统计结果见表1。

从表1可以看出，电动执行器使用时间不长，而且出现故障次数多，说明电控系统不稳定是造成限位丢失的主要原因。

2.2 密封件问题

投用不久的多个电动执行器密封漏油属于不正常现象。解体其中一个执行器后发现电控系统里有泄漏的机油，仔细检查发现润滑油腔壳体与其他部件接触面有细小的砂眼，是砂眼造成电控系统里有渗漏的机油。检查所有电动执行器，发现润滑油腔壳体与其他部件接触面有砂眼的共45个，占电动执行器总数的36%。投用时间不长，没有在合理损坏周期内，且数量较多［4］。

2.3 检修、保养计划不健全

阀门机械传动部分与电动执行器传动相辅相成。如果阀杆缺少润滑油脂润滑，机械传动吃力，电动执行器动作频率高、速度快，难以避免地受到冲击，不但易导致机械传动部位出现问题［4］，也会导致执行器润滑油脂泄漏。因此，检修计划不周全、定期润滑保养不到位、配件更换不及时，都会导致执行器不确定性漏油、配件损坏等故障的发生。

经调查，没有较为切实可行的电动执行器检修、保养计划。现场存在机械故障部位缺油、漏油现象。检查发现，先后有11个安装电动执行器的阀门阀杆缺少润滑油脂润滑，开关吃力，其中有5个电动执行器故障漏油（这5个电动执行器润滑油腔壳体与其他部件接触面没有砂眼），占缺油阀门的45%。由此可见，阀门缺油致使电动执行器故障漏油。

3 整改措施

3.1 改造、更换电控系统

电动执行器的工作原理如图2所示。安装在马达输出轴上的力矩传感器利用压电原理把电机蜗杆反作用推力直接转换成电信号且与输出力矩成比例。利用霍尔效应的磁性脉冲计数器，可以精确测量执行机构的行程，无需使用任何齿轮和开关。计数器接收到的脉冲信号最终转换成数字信号［6］。

图2 电动执行器的工作原理

控制系统。远程控制输入采用光电隔离接口，能抵御2kV高压。执行机构内部供电控制电源24V（DC）。 “ON”最小电压 20V，“OFF”最大电压3V，信号最短时间150ms。远程模拟量控制可以按比例控制阀门开度。

经与Hite well上海分公司技术人员联手，研制出第三代电控系统，主要的改造部件见表2［7］。改造前后的电控系统如图 3、4所示。

表2 第三代电控系统主要改造部件

图3 第二代电控系统

图4 第三代电控系统

第三代电控系统研制成功后，先对1#混油泵进出口阀上安装的两个电动执行器（2011#、2012#）更换第三代电控系统。经过两个月的观察，系统运行较稳定，只出现1次限位丢失故障［8，9］。实际应用表明：第三代电控系统结构更合理、控制程序稳定、汉化系统功能加强，远红外功能稳定，也更适应新疆极端恶劣气候。

3.2 修复润滑油腔壳体的砂眼

解体一个漏油的电动执行器，蜗轮蜗杆传动机构在执行器内部中间，里面充溢着润滑油。电动执行器的法兰接口如图5所示，红色箭头指示的部位是其润滑油腔壳体与其他部件的接触面。仔细检查渗漏机油部位，在润滑油腔壳体与其他部件接触面找到几处极细小的砂眼。

图5 电动执行器法兰接口

经研究，对有砂眼的45个电动执行器内的润滑油腔壳体与其他部件接触面涂抹粘胶，经过两个月的观察，没有出现漏油现象。为避免其他执行器出现此种情况，剩余的80个电动执行器内都涂抹了粘胶。

3.3 制定检修保养计划

针对检修、保养计划不健全的问题，结合实际，制定切实可靠的检修保养计划［10］。

首先，指定专人负责针对电动执行器和阀门相辅相成的特性制定相应的检修、保养计划，并规定：

a.每个月检查电动执行器部件是否完好、机油是否变质；

b.每隔3个月保养所有阀门，清洗并加注阀杆润滑油脂；

c.下雪后及时清除电动执行器上的积雪，保证电器元件不因受潮而发生腐蚀。

制定好检修、保养计划后，要求全体油库人员遵照执行，并按时做好检修保养记录。

4 结束语

对Hite well电动执行器进行了为期两个月的整改效果检查，采取整改措施后，电动执行器限位丢失故障只发生了1次，机油泄漏故障再未发生。此次改造，降低了电动执行器的故障率，延长了电动执行器配件的使用寿命，节约了维修成本；消除了安全隐患，避免了事故带来的直接或间接的经济损失，降低了操作工的劳动强度，保证了输油生产的稳定运行，保障实现了全年安全生产。