浅析电液执行机构蓄能系统的超压问题与处理措施

张胜红

摘  要：在输油管道油品输送管线中，一些主要阀门采用电液执行机构开关阀门，本文介绍了电液执行机构液压系统中蓄能系统的工作原理和出现超压现象的原因及解决措施。

关键词：蓄能器  超压  解决措施

1.概述

石化输油管道加压泵站进出站等重要阀门均安装了电液执行机构，控制阀门的开关动作，电液执行机构除了满足正常开关阀门需要，还设置了ESD緊急关断系统，采用氮气皮囊的蓄能器蓄能推动阀门动作，使用过程中，氮气蓄能器中的蓄能压力会缓慢地上升，如果超过系统压力设定压力值16mpa，在长期超压情况下，容易导致蓄能系统损坏，影响执行机构液压系统使用性能。

2.电液执行机构系统蓄能器的工作原理

2.1 蓄能器的工作原理

油液是不可压缩的，因此不能蓄积压力能。橡胶皮囊式蓄能器是利用气体（氮气）的可压缩性来蓄积液体的原理（即采用氮气作为压缩介质来积蓄能量而不是胶囊）而工作的。皮囊式蓄能器由带有气密隔离件的橡胶皮囊5（内装氮气）、油液部分和壳体4（钢瓶）构成（图1），位于胶囊周围的油液与液压回路相通。因此，当油液压力升高到大于胶囊充气压力时，油液进入囊式蓄能器，气体被压缩，压缩到皮囊内的气体压力等于油液压力时停止压缩，当压力下降时，压缩气体膨胀，进而将油液压入回路。

2.2 ESD紧急关断系统结构与原理

液压皮囊式蓄能器是利用气体（氮气）的可压缩性来蓄积液体的原理（即采用氮气作为压缩介质）而工作的。胶囊内气体体积随压力的变化而变化，在执行机构液压系统中，蓄能器内部压力正常情况下均保持在14mpa-16mpa之间（该压力能够在系统掉电时，至少关闭阀门一次），当电磁阀收到DCS系统远程ESD信号自动打开或就地人工手动打开时，蓄能器将内部储能压力释放出来，推动液压缸内活塞带动阀门动作，当蓄能器蓄能压力低于低压开关设定值14mpa时，压力泵对蓄能器进行冲压压缩氮气囊，补充蓄能损失的压力，蓄能器与液压泵之间设单向阀6，当泵电机停止运转时，防止蓄能器中所储存的压力油倒流，对压力能进行储存（如图2）。

3.影响蓄能器蓄能压力超压的因数

3.1在冲压泵对蓄能器冲压工作时，由于蓄能器进口的溢流阀溢流值设置不正确和压力控制开关设置值不匹配时，会出现蓄能器压力超压现象。

3.2在冲压泵不工作时，液压缸内部液压油和蓄能器内部氮气受到温度变化影响系数不一致。由于执行机构液压缸、动力模块等部位均是一个密闭的空间，当温度变化时，液压油受到温度升高的影响出现膨胀现象，液压缸内的压力升高，通过单向阀，压缩蓄能器内的氮气囊，缓慢对蓄能器进行充压。由于单向阀的单向锁压作用，蓄能器内部压力逐步积累，蓄能器内部蓄能压力出现超压现象。蓄能器内部气体受到温度变化，也会对蓄能系统压力造成一定的影响。由于温度的变化，可视蓄能器内部气体为等容变化，根据等容热力学定律。

式中：p1-初始压力；

p2-系统温度变化后的压力；

t1-初始温度；

t2-变化后的温度；

由上式可以看出温度变化会引起皮囊蓄能器内部蓄能压力变化。

4.系统超压现象的处理方法与措施

4.1对蓄能器系统内部增加一个溢流阀

从执行机构蓄能系统（图2）可以看出，正常情况下电磁阀处于关闭状态，当蓄能器内部压力逐步积累上升超过要求的值时，蓄能器内部积累的超压部分蓄能不能自动释放出去，为防止蓄能器内部压力超高对管路系统的危害，在蓄能器电磁阀与单向阀管路上增加设置一个辅助溢流阀组7，当蓄能器内部压力高于溢流阀设定值时，溢流阀动作泄压，能够有效防止蓄能器内部蓄能压力出现超压现象（如图3）。

4.2蓄能器基础压力检测

氮气蓄能器内部一般冲压在3-5mpa压力，当氮气缓慢泄漏导致蓄能器保存压力不足后，也可能导致执行机构在运行中压力超压现象，需要定期检测蓄能器基础氮气压力。当基础压力不足时，需要排除蓄能器泄漏氮气可能性后进行冲压，保证基础压力在合格范围内。

4.3  定期对执行机构的溢流阀和高低压压力开关进行压力设定

通过打压泵对溢流阀模块打压，使用压力校验仪检测溢流阀的溢流设定值，对溢流阀进行调整设定，压力开关也可以采用同样的方法进行定压（图4），使用打压泵在对溢流阀模块打压时，持续对溢流阀模块打压，当压力达到溢流阀动作值时，溢流阀泄压，压力降低，通过调整溢流阀堵丝对溢流阀进行调整，溢流阀动作情况（图5），约16mpa为溢流阀溢流点。由于系统工作时的液压油流量较大，使用校验仪设定时，可适当地调低溢流值。

总结：

定期检查并设定恰当的蓄能器预充装压力，检查液压系统压力情况，并周期性地对电液执行机构液压系统的溢流阀组、高低压压力开关、进行检查整定，设置合理的压力值，对存在压力控制不稳定的溢流阀等部件进行更换，减少温度变化和冲压泵对系统冲压过压时对电液执行机构液压系统的影响。