油气田用阀门气动执行器常见故障诊断及维修

2022-01-14杨充左晨李健李卫

科学技术创新 2021年35期

杨充左晨李健李卫

（长庆工程设计有限公司，陕西西安 710018）

随着油田信息化管理水平的不断提高，自动执行器的一致性对气田的生产和安全运行起到了更加关键的作用。自动执行器的检修和维护是为了保证自动执行器的作用，自动执行器有一定的技术门槛，其种类、厂家、型号、规格相对较多。如何即时处理常见故障，是油田开采企业面临的一大挑战。

1 E 系列气动执行器的工作原理与维护

E 系列执行器的原理是推杆的两端装有两个气囊，气囊的一端在通风后促进相连导轨运动，另一端气囊去除内部汽体，导轨包含传动齿轮。它与闸阀固定连接的传动齿轮的齿啮合，控制阀体的通断调节。E系列执行器如图1 所示。

图1 气动执行器动作原理图

操作和调整的闸阀一般都装有定位器来调整阀体电源开关的大小。定位器具有内置的闭环控制系统。给定预设值后，根据旋片泵的位置控制进气口进入空气悬浮液，推动闸阀开关值的设定。闸阀位置后，根据执行器上的连接组织反馈定位器闸阀的具体开度与预设值进行比较。如果未达到预设值，将利用数据信号再次扩大气阀的供气量，以提升传动齿轮动作并逼近预设值，为此循环系统调整。

定位器可以指示闸阀的具体开度、设置开度、进风源工作压力大小、当前数据信号大小、现场温度等信息内容。进入组态软件栏，还可以进行闸阀的灵敏度调节、电源开关位置的选择、双功能和单功能的选择、报警时电源开关状态的选择、最小盲区选择、语言选择等，还可以实现闸阀的自动和手动校正。当出现问题时，故障码指示，方便在显示屏上提醒维护，快速找到问题根源，立即处理常见故障。

一些定位器没有反馈。实际操作人员给出预设值后，控制柜显示该值。目前尚不清楚闸阀的具体开度是否达到预设值。闸阀开度大时，仍控制总流量。未达到额定值时，需现场检查闸阀的具体开度是否有问题。这种执行器动作方法的关键在于气泵和排气管。几次动作后，气垫很容易变脆，损坏漏汽而失去作用。如果气动阀不干净，进入的灰尘很容易在定位器的旋片泵上造成污渍，造成定位器卡死而无法调整送风动作，失去对闸阀的缓冲作用。灯可以通过旋片泵进行清洁和维护。清洗旋片泵时，必须关闭气动阀，以免气动阀漏气造成损坏。如果污渍严重，必须更换旋片泵更换新的定位器。气动阀脏了会造成执行器内部腐蚀，对储气罐造成摩擦影响。通常，必须更换新的储气罐。如果执行器内部腐蚀严重，必须更换新的执行器。E 系列执行器在阀轴连接处与外界空气相通。如果现场有高温低湿蒸汽或其他刺激性溶液或自然空气环境，很容易对执行器内壁造成腐蚀损坏，更为严重。传动齿轮组织内壁完全被腐蚀，闸阀立即卡死，不能动作。这是这种执行器不坚固的主要原因。如果定位器有反馈，它会立即反映闸阀的具体开度大小（图1）。

其他常见问题如下：

常见故障1：闸阀开度定位不准确，原因可能如下：

(1)旋片泵未清洗。

(2)执行器负载较重。

(3)气动阀工作压力过小。

(4)旋片泵或液位传感器有常见故障。

(5)执行器腐蚀或储气罐损坏，泄压漏汽。

常见故障2：执行器的动作很慢，原因可能如下：

(1)灵敏度设置很慢。

(2)旋片泵未清洗。

(3)气动阀管太小或过滤装置不干净。

(4)闸阀卡死。

(5)定位器与执行器之间的气动阀软管泄漏。

(6)执行器腐蚀或储气罐损坏，泄压漏汽。

常见故障3：定位器改变预设值，执行器未及时摆位，原因可能如下：

(1)气动阀工作压力过低。

(2)旋片泵组粘连。

(3)组态软件主要参数不正确。

(4)执行器或闸阀堵塞。

(5)电源线未正确连接，无数值指示。

(6)pcb 电路板有缺陷。

(7)无校正和调整。

(8)设备处于手动模式。

(9)设备处于通用故障安全模式。

自动切换闸阀一般配有电磁阀和反馈，功能简单，只控制闸阀的启闭，反馈准确。电磁阀的关键是由电磁感应机构和换向机构组成。电磁阀分为二位三通和二位五通。二位三通一般可用于单效执行器的启动进气口，封闭端一般由电力执行。机构中的内置扭力弹簧关闭闸阀。这类场地一般适用于安全等级较高的场所，如高压蒸汽管道。意见反馈一般分为开闭和常闭。通常每个人都开始使用它。当电源开关被及时按下时，它往往开始打开并变成常闭。数据信号指示闸阀控制开关的状态。

电磁阀断电后旋片泵不保持动作。执行器通常是关闭的。来自气阀封闭端的空气促使传动齿轮动作关闭闸阀。闸阀关闭后，它也随着连接的响应而旋转。反馈指示闸阀的按钮状态。当电磁阀通电时，电磁感应产生驱动力，推动旋片泵的动作，从进气端关闭到启动进气，排气管端关闭，促进泵开启。闸阀。当闸阀及时打开时，反馈和及时的数据信号返回到核心主控室。

电磁阀长期使用后，缝隙处的螺丝松动，很容易漏汽，造成电源开关供气不足，动作不及时。此时必须拧紧螺钉，严重时必须更换电磁阀。如果气动阀不干净，也会造成旋片泵堵塞和生锈。这种难以清洁的类型通常会直接更换新电磁阀。反馈机构有旋转凸轮机构。长时间的动作后，凸轮轴也会移动，不能按到电源开关，可以手动调节。

旋片泵设备用于定位器和电磁阀。图2 为二位五路电磁阀符号示意图，二位五路电磁阀有五个端口。

图2 两位五通电磁阀组图示符号

电磁阀的原理：电磁阀是一个密封的腔体，腔体的不同地方都有埋孔。腔室内是旋片泵组。旋片泵组与上电磁阀相连。关闭电源并控制旋片泵组的运动以覆盖或暴露不同的出风口。气动阀根据暴露出气口的流动性进入执行器或清除执行器，以控制执行器的动作。如图：电磁阀未通电后，气动阀的进口从端口4进入封闭式执行器的腔体，封闭式执行器的出气口关闭，避免漏气并清除，从而确保所有气动阀门都进入执行器。相反，在启动的执行器中，进气口5 根据出气口3 将执行器的蒸汽排出。当电磁阀通电时，旋片泵机组借助磁场力。此时气动阀从1～5 口进入启动执行器，3 端的出气口关闭，保证气动阀不漏气。在封闭式执行器中，进风口4 根据出气口2 清除封闭式执行器的水蒸气，使执行器的动作推动闸阀开启。

图3 E 系列执行器

2 B 系列气动执行器的工作原理与维护

B 系列气动执行器主要靠腔内活塞的移动来带动阀门的移动，双作用执行器（图4）。

图4 双作用执行器原理

原理：闸阀在没有空气时关闭，借助扭簧的伸缩力关闭阀体。通风时，通过与活塞杆相连的阀座推动腔体内的活塞杆向下移动，使闸阀旋转。如果去掉扭力弹簧，在底部加一个排气孔，就变成了双功能执行器。B 系列执行器也可根据支撑架连接定位器和电磁阀，其他实际操作与E 系列执行器相同。B 系列产品的执行器也可以连接到插入阀，该阀必须与直行程布置完全间隔。

B 系列执行器腔内有润滑脂，密封性能好。活塞杆结构坚固耐用，扭矩大。适用于大型闸阀。联轴器易于夹紧。由于联轴器受到环境因素的影响，特别是联轴器受到自然环境、高温、高温和低温的腐蚀后，在拆卸和更换新的执行器或油路板时很难分离。更严重的是生锈成一体，必须用专用工具分开。活塞杆连接的阀座一般都有密封圈，长期使用后容易变脆，可能导致执行器漏汽，造成危险动作。如果气动阀不干净，会腐蚀执行器的腔室，活塞杆也会被腐蚀，从而增加动作扭矩或破坏活塞杆的气密性。

B 系列执行器一般保养时的重点检查如下：

(1)活塞杆连接的阀座密封圈损坏。部分执行器密封圈可更换，阀座可加润滑脂进行保养。

(2)联轴器处的槽键是否脱落，如果脱落，必须拧紧或重新安装。

(3)检查执行器是否生锈、漏水。如果泄漏严重，则必须更换。

(4)检查反馈与执行器连接处的地脚螺栓是否松动，如果松动，必须拧紧。

(5)电磁阀与执行器和气动阀的连接是否脱落或脱落，如果脱落或脱落，必须重新拧紧或重新安装。

(6)检查开关电源的电源线是否损坏或断线，接线是否松动，检查数据信号的工作电压是否可以达到20～24V，如果低于20V，可能会出现常见故障.

(7)检查气动阀的工作压力是否能达到标准值。一般不低于0.45MPA。(8)检查其他防护措施是否及时。3 气动执行器的维护及注意事项

3.1 气动执行器的维护

设备泄漏检测、设备电源开关或FC、FO 位置反馈等功能的例行程序及其反馈机制系统测试、数据信息校准（包括破管主要参数、ESD 等）。其他执行器的检查项目应完善液位传感器或压力变化、源供应、齿轮油、润滑脂的检查。相对于小保养，大保养必须对所有功能进行检测，对所有功能进行拆解检查，以确保自始至终最稳定、最安全的工作。因此，建议大修周期不超过2 年/次。

3.2 注意事项

(1)所有执行器需先切断设备的电能，放空自身设备的气罐或关闭气动阀门或切断电源，并仔细确保设备正常工作。未欠压和通电。对于断管（即有压力检测）的，必须先屏蔽效果，再逐步维护保养的内容，以免关掉闸阀，不影响生产，旁通阀管道不需要考虑。

(2)以管道标准气压为能源的设备的维护和管理，必须按照防爆型式及其HSE 标准进行。

(3)对于长时间未作动作的闸阀，必须先通过执行机构的手动动作来实现检测。如果手动操作可以开启和关闭，则应用气动控制动作，它将被视为远程操作检测，自动关闭检测等。

(4)在系统测试过程中也可以记录动作时间。根据长期记录，可以看出闸阀扭矩是否有变化。

(5)在准备维修时，必须检查所有供气和油道过滤系统，清除过滤系统中多余的沉积物。（头和变速箱除外）

(6)一些进行气动封口检查的气动头，在进行封口检查前需要安装主题活动闸阀。

(7)带定位器的可调气动头必须进行模拟量输入校准。

对于汽液联动、液动等执行机构，货叉（液压缸）和旋转叶片的结构还设有汽压密封。有必要测试蒸汽压力密封。液压缸和旋转叶片都具有密封性能。液压缸一般由密封组成，旋转叶片一般为密封条。每个动作都会磨练橡胶密封件的耐磨性和抗老化性。也是设备中最薄弱的环节。非常容易被破坏。一旦失去气密性效果，设备的可靠性受到很大影响，甚至失效。

3.3 常见故障分析

3.3.1 设备功能故障分析

(1)密封圈轻微损坏，长时间保压会出现油泵，但不会特别危及手泵的实际操作，也可以手动推动执行器动作。基本的气动动作不容易造成很大的影响。此时，设施的功能基本无害，但如果长期不解决，随着闸阀扭矩的扩大，设备的功能很可能失效。

(2)密封圈严重损坏，油泵出现中或后动作，（油泵出现一般动作）。手动泵不能打开或关闭闸阀，设备的作用基本上是无效的。

3.3.2 ESD 效应

ESD 效应有两种类型：FO （CommonFaultOpen）和FC（CommonFaultClose），可用于吸收ESD。通常，下沉ESD 有两个电磁阀。对于任何常见的故障，机器和设备都不容易动作，只有两个电磁阀同时打开才会动作。一般来说，ESD 的断电动作也是电源系统根据运行条件的动作。在解决常见的ESD 故障时，如果闸阀必须保持阀位，首先屏蔽ESD 效应，然后放空自己的设备的供气，设备不会动作。