电动阀门阀位错误原因分析及处理

朱国俊　李博贤　丁曦

摘 要：自动监视控制系统已经在输气站场中广泛应用，电动阀门阀位错误，尤其是监控系统收到的电动阀位信号与实际阀门阀位状态不一致，会导致超计划量分输、管线压力持续升高爆管等事故，后果非常严重。

关键词：电动执行机构;阀位;关联报警;自动控制系统

引言

本文针对一起电动阀门阀位错误故障进行原因分析，并给出排查处理方法。最后，又分析了自动控制系统控制逻辑缺失的深层次原因并提出解决方案。

设备概况：

西气东输一线站场均采用SCADA系统进行工艺过程的压力、温度、可燃气体浓度等信息的检测，并对可控设备进行监视和控制。站场第5路计量橇是用来给用户进行天然气输送计量的设备。计量橇采用成套橇装，生产厂家为天津博斯特石油天然气设备有限公司。此次发生故障的设备为3502#电动强制密封球阀。3502#阀门采用Rotork电动执行机构，IQ35型，轴承座为FA16型，驱动套为推力A型。

故障现象：

值班员工在SCADA系统中远程控制发出命令关闭3502#阀门，控制电脑显示3502阀门正在关闭，半分钟后控制电脑显示3502阀门已关闭。值班人员随即核对控制电脑上35路流量计数据，发现35路流量计瞬时流量仍然为2.3万标方每小时。值班人员立即到流量计算机机柜核对，确认35路流量计仍然有天然气流。值班人员到计量橇现场检查，听到35路计量橇有气流声音，手动关闭计量橇入口球阀3501#后气流声消失，控制电脑上35路流量计瞬时流量变为0，怀疑可能為计量橇出口3502#强制密封球阀故障。值班人员报告机械专业人员，机械专业人员对计量橇出口阀门进行检查发现3502#强制密封球阀电动执行机构显示在关位，观察3502#阀门机械指示仍在开状态。

原因分析

3502#电动强制密封球阀显示及远传与机械指示阀位不一致的可能原因有：

1.控制板故障，导致阀位信号错误：

Rotork电动执行机构内的电路板有三种，分别是计数板、电源板、控制板。计数板用于测量和控制执行器的行程。电源板用于给整个电动执行机构供电。控制板即是Folomatic远程控制器，用于阀位的模拟量控制。虽然Rotork电动执行机构安装有电池，在供电中断时电池供电可以跟踪阀位的变化会动执行机构控制板瞬间失电。这样可能会造成控制板损坏或程序错误，进而造成电动执行机构设定参数丢失。在电源恢复时，设定参数丢失会造成阀位信号错误。

3.电动执行机构驱动套筒损坏或与推力底座内的驱动铜套脱扣：

电动执行机构驱动套筒是将电机输出动力传输至推力底座，进而驱动阀门动作的机构。驱动套筒损坏或与驱动铜套脱扣，会导致电机转动但无法驱动阀门动作。

4.电动执行机构推力底座内的驱动铜套磨损严重：

ROTORK电动执行机构推力底座内的铜套用于将电动执行机构的水平旋转运动转换成阀杆的垂直升降运动。驱动铜套磨损严重时无法有效连接阀杆。这样，电动执行机构电机转动时不能驱动阀杆升降，阀门实际未动作。

故障排查及处理

1.观察电动执行机构显示屏，绿灯常亮，显示屏无报警，说明电动执行机构供电正常。现场电动操作，能听到电机转动声音，电动执行机构显示阀位数据变化，但阀门不动作，说明电动执行机构程序正常。

2.按下手动电动切换档杆，转动手轮操作阀门，手轮转动很轻松，阀门不动作。这种情况说明，电动执行机构与阀门连接可能出现问题。

3.在防爆配电箱上对电动执行机构断电，检查确认已断电。拆卸固定螺栓，拆下电动执行机构。转动手轮发现电动执行机构驱动套筒正常旋转，说明电动执行机构本体无故障。

4.检查推力底座及驱动铜套，发现大量铜屑、杂质;使用工具手动旋转驱动铜套，阀杆不随之升降。

铜套内螺纹与阀杆螺纹匹配驱动阀杆升降，在旋转的同时承受垂直方向的推力，这样螺纹磨损就不可避免。阀杆为钢质，驱动铜套采用较软的铜质制作。铜套内螺纹与阀杆外螺纹相互作用时，铜套内螺纹将会逐渐磨损，而保证阀杆螺纹的完好。确认故障为：驱动铜套因内螺纹磨损严重，无法与阀杆螺纹匹配，从而无法驱动阀杆升降，需要更换新的铜套。

拆卸推力底座固定螺栓，分解推力底座。拧松锁死螺栓，旋转拧下轴套挡圈，取出推力轴承并进行清洗润滑。取出驱动铜套，更换新的铜套。将各部件反向安装恢复。安装电动执行机构，上电，用手操器设定开关阀限位、查看关阀方向、开关阀方式、关阀力矩设定后阀门恢复正常。

改进措施

天然气输气流程各个设备是存在内在工艺关联的，但目前的站场SCADA系统控制程序只是单独对流量计参数、阀门阀位状态信号的采集和监控，并未设置工艺关联报警。此次故障，电动执行机构及站控机并无报警，但值班人员发现工艺参数不正常及时到现场进行检查才发现问题，故障可能会导致超计划量分输、用户管线压力持续升高爆管等事故。站场人员在控制系统程序中增加计量撬出口阀门开关状态与流量计流量的关联报警。即计量撬出口3502#阀门远传信号为关闭时，如果35路流量计流量不为零，则产生35路计量橇流量异常报警。这样再次由于驱动铜套磨损导致出现同样故障时，控制系统将及时发出流量异常报警，提醒操作人员及时去现场核对，避免发生严重事故。

总结

1、日常要提高对运行工艺参数的敏感度，发现异常及时核对。

2、要弄清设备结构原理，排查故障时采取排除法，由大到小逐步缩小故障范围，最终找到故障点;

3、推力轴承取出后要仔细清洗，涂抹润滑脂，避免杂质磨损轴承;

4、电动执行机构安装完毕后一定要对电动执行机构参数进行设定、检查;

5、由于ROTORK电动执行机构驱动铜套属于损耗件，建议对频繁动作的如工作调压阀、采用力矩开关的如强制密封球阀配套电动执行机构铜套每2年打开检查清洁，必要时进行预防性更换;

6、驱动铜套的加工需要将旧铜套取出，送至工厂订做，周期约为一周，建议对配套电动执行机构铜套尺寸进行测绘留存，以便缩短加工周期。

7、设备故障处理完成后要分析深层原因，逐步完善自动控制系统的控制逻辑。

参考文献

[1]靳立敏，邢立新.电动阀门阀位信号回路对INFI-90信号通道干扰及损坏的处理方法[J].内蒙古电力技术，1998（05）：35-36+43.

[2]周彬.油田原油电脱水自动化改造方案设计[D].中国石油大学，2009.