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Rotork 执行机构在输气场站的应用及故障诊断

2023-08-29杨天龙

设备管理与维修 2023年13期
关键词:阀位控制板执行机构

杨天龙,王 瑞

(陕西省天然气股份有限公司,陕西西安 710016)

0 引言

Rotork IQ 系列电动执行机构在陕西省天然气股份有限公司(以下简称为“公司”)长输管道有着广泛的应用,场站通过SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监视控制)系统对电动阀门进行远程控制,主要功能有远程开阀、远程关阀和主要阀门ESD(Emergency Shutdown Device,紧急停车系统)控制,还将阀门开状态、关状态、运行状态、远程/就地故障等状态等开关量信号采用硬线连接,实现对现场电动阀门的可靠控制。

1 Rotork IQ 系列电动执行机构的特点

(1)可靠性高。因设计结构简明、可靠的防爆密封外壳、红外线设定及人机窗口,全面的电器保护系统,维护费用较低、故障诊断及更换备件较为简单,使用者不需要专门记忆维修调试过程。

(2)调试方便。厂家提供的独特本安型手操器在任何环境中,无论动力电源提供与否,只需DC 9 V 电池供电,即可用红外线手操器可进行简单、安全和快速的非侵入式阀门调试。

(3)排除故障简便。人机窗口具有背景灯照明,可对阀门运行状况、控制和执行机构的报警图标进行查看显示。用手操器可以查看全面、实时的诊断帮助屏幕,通过帮助屏幕条状图形的状态就可以知道执行机构就地和远程控制状态、组态、实时阀位、阀门力矩。

2 Rotork IQ 系列电动执行机构结构

Rotork IQ 系列电动执行机构结构主要由手动操作、红外线设定窗口、就地控制、阀位控制、接线端子箱、电机及驱动和推力座组成。

(1)手动操作(手轮)。在电源故障时,使用离合器挂入手动位,使用手轮进行紧急操作。电动操作时,执行机构离合器自动转入自动模式。

(2)红外线设定窗口。通过密封的有机玻璃指示窗,无需打开电气端盖,使用手操器即可完成执行机构的全部设定和诊断。

(3)就地控制。现场控制开关旋钮及就地/停止/远程选择旋钮采用磁性感应结构,没有与就地控制板连接的贯通轴,无密封点,维修简单。

(4)阀位控制。霍尔效应磁性脉冲探头可精确地测量和控制执行机构的行程,而不需要齿轮和开关。

(5)接线端子箱。接线端子箱盖与电气控制端及电机进行单独密封,即使在现场进行接线,也可保证电气装置密封的完整性。

(6)电机及驱动。电机轴与蜗杆相互独立,便于快速更换。低惯量、高力矩电机使得电机启动后可迅速达到峰值力矩。线圈内有精确的温度传感器,它不受周围环境温度的影响,可以使电机处于最佳工作环境。

(7)推力座。IQ35 以下型号使用可润滑及可拆卸式推力型底座,可在不改变阀位的情况卸下执行机构。

3 Rotork IQ 系列电动执行机构的应用

(1)控制室Rotork 电动执行机构控制系统主要由控制室接线端子、继电器、输入和输出板卡及人机界面等组成,控制室PLC接线如图1 所示。DC 24 V 电源采用站控系统供给。主要的控制有远程开阀、远程关阀,上传的阀门状态有阀门全开指示、阀门全关指示、阀门运行中指示、远程/就地指示。进出站阀门采用ESD 单独控制回路接入SIS(Safety Instrumented System,安全仪表系统)系统。

图1 控制室PLC 接线

(2)Rotork 电动执行机构电气控制部分由主控制板、电源板、数字阀位指示器、变压器及接触器、就地控制板、力矩传感器、阀位传感器等组成,Rotork 内部接线如图2 所示。

图2 Rotork 内部接线

(3)接线端子排序号及定义如下:②①③为AC 380 V 供电电源;为接地线;④为内部供电24 V+Ve;⑤为内部供电24 V-Ve;⑥⑦为S1 继电器触点,设置为全关时闭合;⑧⑨为S2 继电器触点,设置为全开时闭合;⑩为S3 继电器触点,设置为运行时闭合;为S3 继电器触点,设置为就地时闭合;为紧急保护ESD 信号,设置为常闭失电关阀;为ESD、开、关联锁功能DC 24 V 公共端-Ve为远程开阀信号;为远程选择开关、点动/自保持及停止控制端为远程关阀信号;为远程开、关、自保持、停止功能DC 24 V 公共端-Ve;为故障公共端+Ve;为故障状态常闭触点;为故障状态常开触点;⑥⑧⑩端子在现场短接。

4 Rotork IQ 系列电动执行机构常见故障诊断

4.1 报警类

4.1.1 阀门报警

当阀门动作时的力矩超出执行机构设定值时,会使执行机构力矩跳断并显示。可能的原因是:①阀门过紧或在开关行程中卡阻;②阀门所处管道内介质运行技术指标发生变化(压力、流量、阀门两端压差等增大)。由于执行机构力矩跳断,则在(开阀/关阀)同方向上的电动操作被禁止,图标也将保留。将执行机构沿相反方向运行即可消除图标。对阀门进行手动操作,确定是本体问题时,对阀门进行定期盘活、清洗保养,若是执行器问题检查力矩设定是否合理。

4.1.2 控制报警

在远程控制系统保持一个有效的ESD 或联锁信号(ESD、联锁)实际存在时显示。在ESD 或联锁信号实际存在时,就地和远程操作将被禁止。

4.1.3 执行机构报警

在一个执行机构报警实际存在时显示。可能的原因是:①电机温度保护跳断;②断电时电池电量过低;③电源故障;④执行机构控制系统报警。当报警存在时,远程/就地电动操作会被禁止动作,需要结合“报警显示”和“H 诊断帮助屏幕”对系统进行检查。

4.1.4 电池报警

在执行机构检测到DC 9 V 电池电压过低时显示。可能原因是:①DC 9 V 电池电压低;②电池座因腐蚀或其他原因接触不良;③电池连接至控制板导线断路。在AC 380 V 电源接通时,执行机构如果检测到电池电压低,且执行机构电源掉电禁止操作功能[OS]设置为“ON”时,电池报警和执行机构报警图标都将在屏幕上显示,电动操作将被禁止。当电池报警图标显示时,应尽快更换电池或检查相连接的导线电池座及连接导线上保险丝。执行机构大约每10 min 检查一次DC 9 V 电池电压。更换电池后,电池报警图标将继续显示10 min,直到下一次检测到DC 9 V 电池电压正常时,报警图标才会消失。

4.2 故障类

4.2.1 显示阀位与实际阀位不一致故障

显示阀位与实际阀位不一致原因如下:①由于电源丢失或电池电量低;②执行机构失电时“关/开阀限位LC/LO”参数已经丢失。可以用手操器重新设定“关/开阀限位LC/LO”,若动作几次阀位又发生漂移,可能是计数板损坏,更换计数板。

4.2.2 阀杆与阀门物理限位发生顶撞原因及处理方法

在全开/全关时屏幕显示阀门处于中间某一位置,阀杆与阀门物理限位发生顶撞可能原因是:开关限位设定不正确或“关/开阀限位LC/LO”参数已经丢失。这时应在阀门物理限位后反转1 圈,再用手操器重设“关/开阀限位LC/LO”。

4.2.3 执行机构远控不动作,就地动作正常故障

4.2.3.1 原因

(1)65KA/66KA 继电器不动作。

(3)回路断路。

(4)内部故障。

4.2.3.2 处理方法

(1)测量远程开/关阀信号是否存在,若存在,则检查执行机构内部接线及设置。

(2)若不存在,检查65KA/66KA 继电器电源及触点是否正常。

(3)信号和设置均正常,必要时更换控制板。

4.2.4 执行机构报警故障

4.2.4.1 原因

执行机构远控动作正常,就地控制位时显示“执行机构报警”可能原因是就地控制板损坏。处理方法是执行机构断电,拆开前端盖,更换就地控制板。

(1)执行机构设置错误。

(2)内部故障。

4.2.4.2 处理方法

(1)检查各参数设定,重新确认限位。

(2)断电,拆开前端盖,更换控制板。

4.2.5 执行机构工作,但没有阀位指示故障

原因是圆形磁钢圈损坏或计数器板损坏。处理方法是对设备断电,拆开前端盖及主控制板,更换圆形磁钢圈或计数器,重新设定“关/开阀限位LC/LO”参数。

4.2.6 执行机构远程/就地动作正常,但阀位反馈不正确故障

4.2.6.1 原因

(1)执行机构无DC 24 V。

(2)S1、S2、S3 继电器触点设置不正确或损坏。

(3)回路断路。

4.2.6.2 处理方法

(3)用手操器检查S1、S2、S3 组继电器设置。

(5)以上检查正常时,初步分析为电缆断路,进行维修或更换。

4.2.7 执行机构远程/就地状态反馈不正确故障

4.2.7.1 原因

(1)执行机构无DC 24 V。

(2)触点损坏。

(3)回路断路。

4.2.7.2 处理方法

4.2.8 执行机构屏幕无显示故障

4.2.8.1 原因

(1)执行机构AC 380 V 掉电后,因DC 9 V 电池电量过低。

(2)内部故障。

4.2.8.2 处理方法

(1)测量①②③端子间有无AC 380 V,确保供电正常,并更换DC 9 V 电池。

(2)断电,检查执行机构电源板保险丝是否烧断,必要时更换电源板。

5 结束语

通过对Rotork 电动执行机构产生故障因素分析,结合运用现场故障排除方法,电气仪表工作人员能够快速有效的解决执行机构的同类故障问题,该诊断方法也可为其他品牌及类型的智能电动执行机构提供借鉴。

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