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  • 进口气动执行器在高危泵切断阀上的应用
    发布日期:2017-1-1


    在PTA生产中,有很多易燃、有毒有害介质需要通过泵输送,这些高危泵机械密封运行风险大、易泄漏、不可控,在机械密封发生泄漏时,必须迅速切断泵的进出口阀,以避免事故扩大,而部分大口径手阀开关一次需要近20min,所以须对易燃、有毒有害类物料的高危泵出口阀和入口阀进行改造。以气动执行器进行控制可提高阀门的切断速度,且距离远,能降低人员的操作风险。

    一、气动执行器的原理和特点

        气动执行器是一种作连续旋转运动的气动执行元件,是一种把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置,其作用相当于电动机或液压马达,它输出转矩,驱动执行机构作旋转运动。在气压传动中使用广泛的是叶片式、活塞式和齿轮式气动马达。气动执行器是以压缩空气为工作介质的原动机,它是采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,通常也叫做气动马达,如图1所示。

          气动执行器在高危泵切断阀上的应用

    各类型式的气动执行器尽管结构不同,工作原理也有区别,但大多数气动执行器具有以下特点:

        a)可以无级调速。只要控制进气阀或排气阀的开度,即控制压缩空气的流量,就能调节马达的输出功率和转速,以达到调节转速和功率的目的。

        b)能够正转也能反转。大多数气动执行器只要简单地用操纵阀来改变马达进排气方向,即能实现气马达输出轴的正转和反转,并且可以瞬时换向。在正反向转换时,冲击很小,如图2所示。

           气动执行器在高危泵切断阀上的应用

    气马达换向工作的一个主要优点是它具有几乎在瞬时可升到全速的能力。叶片式气马达可在一转半的时间内升至全速;活塞式气马达可以在不到1s的时间内升至全速。利用操纵阀改变进气方向,便可实现正反转。实现正反转的时间短,速度快,冲击性小,而且不需卸负荷。其结构特征如下:

        ①具有宽的转矩范围,输出转矩从100~80000Nm,能更好地匹配不同大小阀门的使用要求;

        ②提供多种连接方式及尺寸,可以很好地匹配不同尺寸规格的阀门;

        ③动力源采用压缩空气,设备整体采用金属材料,具有安全防爆、耐高温的特点,适用于各种防爆、高温、危险场合;

        ④外壳额定防护等级为尘封、防水的IP65防护等级;

        ⑤配备手轮及切换装置,可方便地进行手动操作,操作方法与普通手动阀门一致;

        ⑥配备限位装置和开度指示装置;

        ⑦配备独立的气源控制箱,可在离开阀门的地方操作气源控制箱内的手动换向阀开关阀门;

        ⑧执行器加装带缓冲垫的高度可调式支承架,避免执行器的质量及振动对管道的影响。

            c)使用空气作为介质,无供应上的困难,用过的空气不需处理,放到大气中无污染,压缩空气可以集中供应,远距离输送。

        气动执行器有两个进气口,一个主排气口。马达工作时从一个进气口进气,则另一进气口为副排气口,若需马达旋转方向改变时,只需将进气口与副排气口交换位置即可,所以选用的控制阀必须具备上述功能才能使马达正常工作。在进行管道布置时,气源与气马达之间的管道通径(包括管道附件、控制阀、油雾器等)均不得小于与马达相适应的最小内径,且管道不得有严重的节流现象,如图3所示。管道接头处应牢固、密封,不得有泄漏现象,否则气动马达达不到应有的工作性能。

           气动执行器在高危泵切断阀上的应用

     d)具有较高的起动力矩,可以直接带载荷起动,功率范围及转速范围较宽,功率小至几百瓦,大至几万瓦,转速可从0一直到每分钟万转。

        行程限位非常重要,可避免执行器开关过度对阀门阀体及气动执行器自身造成损伤,更可确保每次开关阀门可靠。如果没有配置此装置,可能会导致以下后果:

        ①由于气源压力的变化导致力矩过大,损坏阀杆或阀门密封面;

        ②阀门全关后不能再次开阀,这是因为关阀时阀板为动摩擦,全关后再次开阀时阀板为静摩擦,所以开阀比关阀力矩大。

    二、气动执行器与传统的气动马达的性能比较

        PTA装置以前改造的部分气动马达由于缺少过载保护限位装置,阀门开关到位后气动马达还在继续工作,最终导致齿轮损坏。

        气动执行器是一种由气动马达驱动的多圈回转执行器,吸收国外先进气动马达技术可实现集中远距离控制阀门启闭及开度调节。直接安装在闸阀、截止阀等阀杆作多圈回转或直线运动的阀门及其它类似设备,也可以与蜗轮蜗杆等结构的齿轮箱组合使用于球阀、蝶阀等部分回转的阀门,可以很方便地将手动操作阀门改装成气动操作。

        工作安全,不受振动、高温、电磁、辐射等影响,适用于恶劣的工作环境,在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等不利条件下均能正常工作。

        有过载保护作用,不会因过载而发生故障。过载时,马达只是转速降低或停止,当过载解除,立即可以重新正常运转,并不产生机件损坏等故障。可以长时间满载连续运转,温升较小。具有结构简单、体积小、质量轻、马力大、操纵容易、维修方便等特点。

    三、气动执行器与仪表控制阀性能比较

        仪表开关阀具有远距离操作、阀门切断迅速等特点,但是仪表阀气缸体积较大,安装空间需求较高,同时投资高,阀门需要送到DCS来操作,需要铺设电缆,购买安全栅和DCS卡件等系统资源;控制阀的故障率也较高,还会受到阀门失电、电磁阀故障、DCS安全栅和卡件故障等很多因素的影响,导致阀门误动作。笔者所在的PTA装置在PX储罐区罐根阀改造过程中,曾经遇到正常出料的阀门因为电磁阀失电,造成阀门关闭而导致装置停车的情况。

        气动执行器安装体积较小,成本只有同口径仪表控制阀一半。气动执行器开关都需要气源驱动,每次选择开或关以后,阀门动作到位后就处于保持状态,不会因为外界因素干扰导致阀门突然关闭,避免引起生产波动。气动执行器也可以根据需要,配备防爆电磁阀和回讯器,接入DCS远程控制阀门,阀位回讯分为开关二位式和4~20mA模拟量连续阀位式。配备阀门控制器可实现4~20mA模拟量输入调节控制。

    四、气动执行器改造注意事项

        高危泵截止阀有很多类型,工艺介质的工况也不同,例如温度、压力、阀门前后压差等等,需要配置不同型号的气动执行器,选择合适尺寸和扭矩的气动执行器,既避免投资浪费,还能保证阀门操作正常。

        定期维护保养气动执行器,检查过载保护装置,确保过载保护装置起作用,以避免损坏齿轮;定期加润滑脂,确保传动装置润滑正常;定期排放气源过滤器,以避免气源杂质进入执行器,造成部件磨损。

        由于PTA工艺介质存在高温、高压和强腐蚀性,阀门内件长期使用出现冲刷、腐蚀,造成阀门内漏,部分阀门无法修复需要更换新阀。不同厂家生产的工艺阀门蜗轮蜗杆连接尺寸不同,造成与现有的气动执行器连接不上,需要重新加工连接支架,所以申报工艺阀门时,需要提供连接支架螺栓孔距,避免重复制作连接支架,造成资源浪费。

        PTA装置的高危泵截止阀种类很多,介质的压力等级和阀门口径也很多,要根据实际情况选择不同型号的气动执行器,确保气动执行器的力矩和开关形式能满足生产要求。同时高危泵进出口的阀门长期处于全开、全关状态,不需要调节阀来实现开度控制,选择气动执行器的投资成本较低,而且故障率也较低,能够同时满足化工装置的安全要求和生产要求。

        通过气动执行器的改造,可以节约大量的人力成本,原本两个人操作、耗时近20min的大口径阀门,现在只需要1个操作工、不到20s的时间就可以实现开关。在出现介质泄漏和火灾等危险情况的时候,还能够远距离迅速切断阀门,以避免事故的扩大。

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