气动马达阀门执行器在机泵阀上应用
引 言
中国石油华北石化公司二催化、三催化装置重油泵的出入口阀门采用闸阀且口径范围较大( DN 150~ DN 350) , 手动开关阀门费力、费时, 部分阀门因安装条件局限处于机泵机封的正上方且油浆等介质的操作温度都在350°以上，在紧急状态下手动操作存在安全风险, 不利于将机泵快速切除系统, 容易造成生产波动。近几年该公司陆续在上述装置部分泵的出入口阀门上安装了内曲线气动马达阀门执行器, 它是通过内曲线气动马达驱动闸阀, 结构简单、紧凑, 重量轻; 低速运转平稳, 输出力矩大; 工艺性好, 安装维修方便, 极大地提高工作效率并保证了装置的安全生产。
1 工作原理及控制方式
1.1 工作原理
气动马达是以压缩空气为工作介质，利用压缩气体的膨胀作用，把压力能转换为机械能的动力装置，气动马达可以实现无级调速；科瞬间气动、停滞和幻向；有过载保护功能；具有自动冷却功能，工作安全，部受振动、高温、电磁、辐射等影响，在易燃易爆、高温、振动、粉尘等不利条件下均能正常工作；操作方便，维修简单；用压缩空气作为动力，容易活动，用后空气可以直接排入大气无污染。
内曲线气动马达阀门执行器, 是一种多回转型, 其马达为特殊设计的横梁传力型,多作用内曲线径向柱塞气动马达。由叠层组合气缸、柱塞、横梁、滚轮、内曲线导轨、配气盘及中空通轴组成。当气缸中充入压缩空气时, 径向柱塞所产生的推力, 通过横梁及滚轮与内曲线导轨相互作产生扭矩输出, 经行星减速机构减速产生强大扭矩, 驱动闸阀的阀杆螺母旋转, 使阀杆作升降直线运动, 开启或关闭闸阀。
该内曲线气动马达的主轴为中空结构, 阀杆穿过主轴, 手动手轮设在中空主轴上端, 即手轮置于气动马达阀门执行器顶端。气动操作时, 手轮会随之转动, 便于操作人员了解执行器动作情况及观测阀门开度。需要进行手动操作时, 切断气源, 直接转动手轮即可驱动闸阀开闭, 转动方向与普通手动闸阀一致。
配置相应回讯机构可与DCS 组网实现集中远程控制, 根据需要调节阀门开度。
1.2 控制方式
a) 手动型: 操作工现场手动控制阀门。
b) 智能型: 通过智能阀门显示仪控制或PLC/ DCS 控制系统, 实现远程控制阀门。
c) 现有控制方式: 根据现场情况该公司采用就地集中控制。把气动三联件、换向阀安装在一个不锈钢控制箱( 尺寸: 500 mm *470 mm *170 mm) 内, 外接气源球阀, 利用泵区上方管带区的净化风做动力。箱体利用槽钢固定在泵前方的管廊支柱上。气动执行器上装有快速排气阀, 换向阀的输出气路与快速排气阀相连。操作工通过操纵换向阀对执行机构进行控制, 调节闸阀开度。系统控制原理如图1 所示。
注: 1 个换向阀控制1 台阀, 当需要控制2 台阀时, 控制箱内安装2 个换向阀即可, 箱体尺寸增大。
2 选型和改造
因为闸阀属于多回转阀门, 这类阀门是非旋转提升式阀杆或旋转非提升式杆, 所以选用内曲线气动马达阀门执行器时需明确阀门型号、公称通径公称压力、过程介质及阀杆直径、阀杆连接螺纹和阀门支架上端尺寸等参数, 根据这些参数可在执行机构厂家提供的数据表中进行选型。如把握不大可要求执行机构厂家来现场测绘以确定执行机构规格。
内曲线气动马达阀门执行器适于将各种规格普通手动闸阀改造为气动阀, 改造方法: 原装置上手动闸阀不需拆卸, 可就地进行改装, 阀体大盖、闸板、阀杆均不拆卸, 仅将阀杆螺母拆除, 并于支架上加焊一连接法兰, 即可将执行器安装到支架上, 配好气动系统管线, 即完成改装工作。
与控制箱内控制元件相连的气路选用DN15 的镀锌水煤气管即可。但与快速排气阀相连接时由于DN15 的管线弯管较困难, 即使采用螺纹连接, 拐弯处采用弯头也不能恰好与快速排气阀的接口对上,接头处的漏气会影响气压的稳定供应, 以至于影响达的正常输出功率, 这时可加转换接头用∅12 的退火过的紫铜管连接, 事实证明效果很好。
这种内曲线气动马达阀门执行器安装方便, 如果现场不具备停工条件, 可直接进行现场施工, 且不用更换阀门的丝杆, 非常适合于现场改造。
3 优势
与电动、液动执行机构相比, 动力源来源广泛, 炼油装置的0. 3~ 0. 6 MPa 的仪表风或氮气都可使用做为驱动力, 是一种本质安全型产品。
与气缸式执行机构相比, 只需很少的耗气量( 0. 1~ 0. 3 m3 / min) 便可输出很大扭矩( 800~1 400 N· m) 且转速稳定, 从而达到节省能量及减少噪声污染的目的。
将所有工作机构封闭于无缝钢管制成的外壳内, 可较长时间承受高温和火焰。在火灾的初期阶段, 这一特性非常有用, 操作人员处于安全地带就可以及时切断阀门, 控制事故。
起动扭距大, 力距平衡, 低速运转平稳。
在中断供气的情况下, 无需额外锁定, 仍能保持阀位不变。
装置备有一套手轮机构, 无须手动——气动切换, 可立即采用手动操作, 操作灵巧轻便。
可在0~ 100%之间调节阀门的任意开度。
结构牢固, 无过多的保护装置, 从而减低了故障率, 有很长的使用寿命。
结构紧凑、体积小巧, 适于高压阀门, 重质油的旧阀门, 背压操作较大的阀门及大口径阀门,具有优越的性价比。
4 应用
根据现场情况, 该公司在溶剂脱沥青—减粘裂化( 简称: 溶脱减粘) 、二催化、三催化装置部分重油泵的出入口阀门上安装了内曲线气动马达阀门执行器, 这些阀门口径从DN 150~ DN 350 不等,阀门直径较大, 阀门两侧差压较大, 而且溶脱减粘装置部分泵的出入口阀门的操作压力很高, 部分在6. 0 MPa 以上, 开、关上述阀门时难度很大, 不利于事故状态进行紧急切断操作, 安装内曲线气动马达阀门执行器后, 切换速度提高, 工效提高3~ 5 倍,极大地减轻了操作工的劳动强度。
内曲线气动马达阀门执行器结构紧凑, 体积小巧。如公称通径DN 200, 公称压力PN 4. 0 MPa的手动闸阀所需安装的内曲线气动马达阀门执行器的外型尺寸仅为∅292x492 mm, 而双缸气动带手动闸阀的气缸直径约280 mm, 双层气缸、手动机构、气动手动转换装置的长度约900 mm, 明显比气动马达阀门执行器长出约400 mm。上述装置部分阀门因安装条件局限如加双缸气动带手动闸阀, 第一安装位置不够, 第二即使勉强加上也无法进行维修和保养。所以在改造了部分阀门后,感到内曲线气动马达阀门执行器很适合于现场安装条件苛刻的阀门和大口径的阀门, 而且性价比很有优势。
5 使用维护
a) 正常生产时保持油雾器内有油液, 滴油正常速度约40~ 60 滴/ min。
b) 检修时, 打开执行器下部减速机构, 添加润滑脂, 轴端轴承加润滑脂。
6 结束语
对于易燃易爆、有毒有害、管线密集等不利于手工操作的工况条件下, 在闸阀、截止阀、球阀、旋塞阀等阀门上加装内曲线气动马达阀门执行器后非常有利于保障安全生产和实现远程控制。安装简单方便, 不影响正常生产运行, 且安全可靠, 是一种可以广泛在阀门改造中应用的降本增益的产品。
