干线截断阀电控单元故障分析与建议

刘君涛

摘 要：本文介绍了涩宁兰干线截断阀汽车电子控制单元的运行机制，分别阐述了其常见的故障，对常见故障的分析方法亦做出了简单论述，对气路连接、压力变送器、供电系统和电控单元失效故障及其可能造成的结果进行了重点分析，针对各种故障提出了相应的解决方案。

关键词：干线截断阀；电控单元；故障；方案

1 前言

干線截断阀是为防止管道事故扩大、减少环境污染与管内气体损失，便于维修而在管道沿线安装的用于截断管线的阀门。从理论上讲，涩宁兰全线干线的截断阀阀门上具有电子爆管检测装置，这是配备在Shafer执行机构上的电子单元，截断阀可凭借检测天然气管线内的压力，记录管道内气压变化值，在短时间内控制阀门的开关，以此来及时自动中断命令，防止管道泄漏，从而快速有效地控制截断阀，以达到管道系统的安全运行。

2 阀室电子单元的工作原理

2.1 部件组成

Lineguard2200型电控单元主要由Fisher ROC300系列远程控制器、电磁阀、电池组和压力变送器四部分组成，使用以Windows为基础的软件Roclink，用以监控压力、记录数据和控制阀门。

HPG系统为国产爆管检测系统，同样由远程控制器、电磁阀、电池组和压力变送器四部分组成，使用可以在Windows环境下运行的HPGlink软件，与Lineguard2200型电控单元一样具有压力监测、数据记录和阀门控制功能，能够对Daniel modbus协议的信息进行处理。同时用户还可以自行配置相关参数。

2.2 检测原理

首先，我们设定一个取样周期，在每5秒记录一次两种检测系统的压力传感器对管线压力值的基础上，计算出其压力的平均值。当触动警报值时，控制器便会发出警报。当平均压力或其压降速率达到关断值且关断报警超过180秒后控制器则会进行关断，在电磁阀作用下，气路疏通，由此让执行系统借助气缸中的动力进行关断。其中，用户可自行设定电控单元的警报参数值、延迟时间等，控制器和CF卡会完整保存报警记录。

3 故障类型和分析方法

3.1 按故障影响分类

从阀门的关断是否对生产运行产生直接影响看，一般性故障、失效故障和误关断故障是电控单元的三大主要失效故障。其中，一般性故障是指系统某一部分元件失效或不满足运行条件，但系统仍然可以执行和检测管线超压、破管等情况；失效故障是指不能执行和检测管线超压、破管等情况；误关断故障是指管道在正常情况下执行关断命令导致中断输气，这时只有及时处置，才能维持管道的正常运行，保持安全性。

3.2 按故障部位分类

从硬件故障角度看，按照电子控制单元的故障位置分类，大体上包括气路连接、压力传感器失效、主板硬件以及供电等方面的故障。从软件故障角度看，程序丢失、主板数据漂移也能够造成故障。除此之外，电控单元的固有缺陷同样会使监控功能失效。笔者主要从气路连接故障、压力传感器失效、供电故障和电控单元自身失效进行分析并提出相应的解决方法。

4 故障原因分析及对策

4.1 压力传感器失效

压力传感器连线虚接、断开或其固有故障所产生的测量值如果有偏差就会致使压力检测值失真。例如，涩宁兰全线爆管检测系统配置Rosemount 3051TG，这一系列的压力变送器采用两线制结构，变送器准确度达到0.5级，量程在0～10MPa。在实践中，笔者发现，变送器的测量值或偏大或发生故障，由此导致压力测量值超出报警限值，造成阀门关断。

为解决此类故障，我们需定期检定变送器，并在检定作业时进行必要的清洗，以此保障传感元件不被杂质侵袭。除此之外，HPG系统本身具有压力变送器失效检测功能，Lineguard2200系统可通过加载与之相应配套的补丁程序进行检测，其原理是关注压力变送器的高低压状况。当压力变送器失效，系统将通过初始化压力变送器或重新热启动ROC来使压力变送器恢复到正常的工作状态。

在电控单元中增加监测程序以求监测电源电压。如果电源电压在压力变送器正常工作电压值的10.5V以下，该功能将使电控单元的自动关断功能失效（如果系统正在下发关阀命令，则等待阀门全关到位之后系统自动关断功能失效），直至电源电压恢复到正常工作范围。

4.2 电控单元失效

当出现以下两种情况时，电控单元失效。第一，当系统电源电压低于10.5V时，电源电压检测程序或太阳能控制器工作，使得电控单元自动关断功能失效或电控单元自动休眠，失去对干线截断阀的紧急关断功能。第二，当电控单元本身存在故障时，会发出误关断命令到气液联动执行机构中，导致关断截断阀，进而致使管道系统产生安全隐患。为防止上述问题产生，涩宁兰管线提出了相应的解决方案，即在RTU程序中新增单独的压力监测功能。

RTU控制器与电控单元组成主备控制器，共同检测天然气管线的压力，确保在管道泄漏时及时且自动进行关断，以此快速关断截断阀来排除危险。该方案中，如果RTU控制器失效，则DO1无输出，KR继电器线圈掉电，常闭触点M2闭合，电控单元控制器接管控制权，由DO3口控制电磁阀的开关；当RTU控制器工作正常时，DO1输出，KR通电闭合，常开触点M1接通，RTU控制器接管控制权，DO2开关电磁阀。

5 总结

阀室电控单元失效故障大都是由于压力变送器、蓄电池、接线等故障所致，在对全线电控单元加装压力变送器失效监测程序、电源电压监测程序以及太阳能控制器后，涩宁兰未出现过干线截断阀误关断事件，说明之前所采取的改进措施成效显著。同时，在RTU阀室中针对电控单元失效事件提出了专门的整改意见，进一步提高了干线截断阀的安全性和可控性。

参考文献

[1]杨雪富，赖河平，徐淑凤.输气干线截断阀LineGuard 2200电控单元故障探讨[J].中国科技博览，2014（21）：385-385.

（作者单位：中石油管道联合有限公司西部管道兰州输气分公司）