王新齋

（中化弘潤石油化工有限公司，山東 濰坊 262513 ）

0 引言

在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)起著非常重要的作用。隨著工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在的煉油裝置規(guī)模逐年擴(kuò)大，裝置內(nèi)閘閥口徑已達(dá)到DN800，甚至更大，手動開關(guān)閥門費(fèi)時、費(fèi)力，且存在一定的安全隱患。

為消除生產(chǎn)中的安全隱患，中石化公司指導(dǎo)意見曾指出“對于直徑大于等于DN300的高溫油泵出入口閥門要選用電動或氣動閘閥，做到在事故狀況下能迅速切斷物料”，高溫油泵部分閥門因安裝條件局限，人工不能方便的操作手輪，在緊急狀態(tài)下不能迅速關(guān)閉閘閥，因此關(guān)鍵問題就是在裝置內(nèi)高溫油泵出入口大口徑的閥門安裝合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，滿足現(xiàn)場實際生產(chǎn)的需要。

1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型

在實際應(yīng)生產(chǎn)中，電液、電動、氣動三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)在煉油石化行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，下面主要介紹三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)各自的特點(diǎn)：

利用高油壓作為動力源的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力大，主要特點(diǎn)是抗偏離能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快。在調(diào)節(jié)工況中，當(dāng)閥門閥芯接近閥座時節(jié)流效果愈強(qiáng)，閥芯前后差壓愈大，因為液壓油的不可壓縮性，因此電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的抗偏離能力非常強(qiáng)。另外，電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移控制系統(tǒng)是由電氣控制系統(tǒng)、電液伺服閥、伺服油缸、液壓油源和位移傳感器等組成的一個完整的閉環(huán)回路，因此調(diào)節(jié)精度非常高。但電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)就是傳動動力為液壓油，液壓油的管線壓力高，為保證液壓元件不泄漏因此制造精度高，造價昂貴，需要單獨(dú)的油泵提供動力，一般體積龐大笨重，內(nèi)部元器件與常用元器件有很大區(qū)別，特別復(fù)雜，維護(hù)時涉及專業(yè)和知識面廣，一般只用在石化裝置比較特殊的場合，如催化裝置中的待生塞閥、雙動滑閥以及煙機(jī)入口調(diào)節(jié)蝶閥等安裝位置經(jīng)常采用電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。故電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)不適用于作為高溫油泵出入口閘閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

利用電動機(jī)作為動力源的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在電力、冶金、石油化工以及鍋爐系統(tǒng)等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由電動機(jī)、位置傳感器及控制部分組成，隨著電子行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在大部分電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用智能控制方式，由以上三部分形成閉環(huán)控制回路，同時具備更多的功能，如限位保護(hù)、過力矩保護(hù)等，具有就地控制和遠(yuǎn)程控制功能，遠(yuǎn)程控制可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程開/關(guān)/停操作、閥位顯示和過力矩顯示，故障綜合報警。遠(yuǎn)程控制采用PROFIBUS帶冗余總線控制，控制信號靈活，對工藝參數(shù)能做到準(zhǔn)確控制，精度高。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)主要有：結(jié)構(gòu)零件多，更容易發(fā)生故障，一般現(xiàn)場維護(hù)涉及多個專業(yè)，如電機(jī)為電氣專業(yè)、控制部分為儀表專業(yè)、傳動部分為機(jī)械專業(yè)。在石化裝置現(xiàn)場都為防爆區(qū)域，雖電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)能做到防爆，但在日后維護(hù)及維修過程中有諸多不便，故電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在高溫油泵出入口閘閥上可用，但不推薦。

利用有壓凈化空氣作為動力源的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，動作平穩(wěn)，并且安全防爆，在煉化裝置上常被采用。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有多種機(jī)構(gòu)形式，每種機(jī)構(gòu)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

常見的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣動薄膜式、氣缸活塞式，薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常被采用為普通調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其輸出位移與輸入氣壓信號成比例關(guān)系，當(dāng)壓力與彈簧的反作用力平衡時，推桿穩(wěn)定在某一位置，信號壓力越大，推桿的位移量也越大，所以大口徑閥門上不應(yīng)選用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)?；钊綀?zhí)行機(jī)構(gòu)屬于大力矩氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣缸操作壓力允許0.7MPa，雙作用氣缸內(nèi)部無彈簧，閥門開關(guān)由凈化風(fēng)做動力實現(xiàn)，輸出推力很大，適用于大口徑、高靜壓、高壓差的閥門裝置，但氣缸內(nèi)活塞的行程與閥門的口徑成正比，當(dāng)閥門口徑大于DN300時，安裝氣缸式活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)就會使整個閥門的體積過于龐大，質(zhì)量重，現(xiàn)場安裝條件不能滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝要求。

氣動馬達(dá)多回轉(zhuǎn)閥門氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)因精確度較低，是一種不常用的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其是以壓縮空氣為動力，將凈化壓縮氣體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能裝置，氣動馬達(dá)驅(qū)動閥桿螺母轉(zhuǎn)動，具有直線開關(guān)閥門功能，本體無電子部件，安全可靠，適用于防爆的各種場合。

圖1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2 結(jié)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由氣動控制箱和氣動/手動本體兩部分組成。氣動控制箱內(nèi)包括三通球閥、手轉(zhuǎn)閥、氣源三聯(lián)件，氣動/手動本體包括支架、下罩、內(nèi)齒輪、馬達(dá)、閥桿螺母、套筒、手輪、上罩、指針、手柄、氣接頭等。如圖1所示。向閥閥芯移動，然后氣源進(jìn)入馬達(dá)殼體內(nèi)，氣源開始膨脹做功，馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，膨脹做功后，氣源經(jīng)換向閥排到外界。馬達(dá)內(nèi)部的小齒輪帶動內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒輪帶動閥桿螺母旋轉(zhuǎn)，螺母帶動閥桿做升降直線運(yùn)動，達(dá)到閥門的開啟或關(guān)閉的目的。

氣動開閥時，逆時針旋轉(zhuǎn)手轉(zhuǎn)閥45度，氣源進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部，馬達(dá)開始工作，經(jīng)減速機(jī)構(gòu)后，驅(qū)動推力盤內(nèi)的閥桿螺母逆時針旋轉(zhuǎn)，閥桿開始上升，閥門開啟，同時氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的限位板和開度指針，與閥門開度同步變化，開度指針在開度標(biāo)尺上指示閥門開度，閥門全開時執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的限位板推動限位閥活塞，切斷進(jìn)入氣動馬達(dá)的氣源，氣動馬達(dá)停止工作，然后將手轉(zhuǎn)閥順時針轉(zhuǎn)45度，斷開開閥氣源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)開閥工作完成。手動操作時，需將切換手柄按指示標(biāo)牌從氣動推向手動，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)的撥叉脫離齒輪離合盤，切換工作完成，然后操作手輪開關(guān)閥門，與普通閥門操作一致。

馬達(dá)式多回轉(zhuǎn)閥門氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有多個優(yōu)點(diǎn)：動力取自凈化壓縮空氣，獲取簡單安全，氣動扭矩大；低速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，性能穩(wěn)定，安全可靠；結(jié)構(gòu)簡單，體積小；具有手輪、切換手柄，氣動-氣動切換方便；控制設(shè)備簡單，配備獨(dú)立的控制箱；結(jié)構(gòu)牢固，使用壽命長；能較長時間承受高溫和火焰；啟動扭矩大，力矩平衡，運(yùn)轉(zhuǎn)勻速平穩(wěn)；在斷氣情況下，無需額外鎖定，可保證閥門現(xiàn)有開度，不

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的核心部件馬達(dá)裝在鋼管制成的外殼內(nèi)，齒輪等部件封閉在內(nèi)部，可以承受較長時間的高溫和火焰，外部采用不銹鋼或銅質(zhì)輸氣管，能保證在一定時間內(nèi)動力風(fēng)正常供應(yīng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)本體結(jié)構(gòu)牢固，無過多的保護(hù)裝置，在動力風(fēng)中斷的情況下，無需額外鎖定，可保證閥門不自由啟閉，裝配有手輪機(jī)構(gòu)，現(xiàn)場人員在火災(zāi)初期可非常有效的關(guān)閉閥門。

3 工作原理說明

馬達(dá)式多回轉(zhuǎn)閥門氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部有多種構(gòu)造，各個廠家的名稱也不一樣，其中一種是采用葉片式氣動馬達(dá)作為動力元件，其配置一套行星減速機(jī)構(gòu)及內(nèi)齒輪傳動，因而具有優(yōu)良的技術(shù)特性。氣源首先進(jìn)入換向閥，推動換自由啟閉；現(xiàn)場操作時，人員可離開一段安全距離，保護(hù)人身安全； 可一人同時操控多臺閥門，極大減輕了勞動強(qiáng)度； 可在不停工狀態(tài)下加以改造。

4 控制方式

馬達(dá)式多回轉(zhuǎn)閥門氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有多種控制方式，一種是就地控制，手動操作手轉(zhuǎn)閥控制閥門開關(guān)停。儀表凈化風(fēng)0.3～0.6MPa即可作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力，在煉化裝置內(nèi)儀表凈化風(fēng)總管線加閘閥作為一次閥門， 用DN15鍍鋅鋼管連接至不銹鋼控制箱接頭，凈化風(fēng)經(jīng)過控制箱內(nèi)三通球閥、空氣過濾器、手轉(zhuǎn)閥。三通球閥一端連接氣源凈化風(fēng)，一端連接氣源三聯(lián)件，另一端作為備用接口，一旦管線內(nèi)凈化風(fēng)故障，可外接動力風(fēng)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。手轉(zhuǎn)閥有三個位置，中間為停止，凈化風(fēng)被切斷不再進(jìn)入氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，此時閥門可在任意位置停下。手轉(zhuǎn)閥另外兩個位置可控制凈化風(fēng)的進(jìn)入方位，控制內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)動方向，從而驅(qū)動閥門開或關(guān)。另一種是遠(yuǎn)程控制，在氣路安裝電磁閥等控制部件，通過電纜接收控制室內(nèi)DCS或PLC數(shù)字量信號，由操作員在人機(jī)界面控制電磁閥。電磁閥可選用三位五通電磁閥與閥位回訊信號組成邏輯，當(dāng)閥門達(dá)到開或關(guān)極限位置時，切斷動力風(fēng)，保證閥門及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安全。在氣缸壁有氣動-手動切換開關(guān)，在氣動操作時需將手柄切換至氣動位置就可以現(xiàn)場氣動操作或控制室遠(yuǎn)程操作，通過手轉(zhuǎn)閥或電磁閥控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。在手動操作時，需將手柄移至手動位置，直接轉(zhuǎn)動手輪，轉(zhuǎn)動方向與普通手動閥門一致，順時針轉(zhuǎn)動時為關(guān)閉，反之為打開，就能驅(qū)動閥門開或關(guān)。

5 安裝與改造

馬達(dá)式多回轉(zhuǎn)閥門氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝非常方便，即使在煉化裝置現(xiàn)場進(jìn)行安裝改造也可以，先拆除原閥門上部的閥桿螺母、手輪和支架，將新配的執(zhí)行器吊到安裝高度，轉(zhuǎn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)手輪，使閥桿螺母慢慢旋入閥桿，直至執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架底面與原支架的安裝底面接觸為止，合適后用螺栓緊固好，手動關(guān)閉閘閥，調(diào)整及安裝限位板以及表示閥門開度的指示桿等零件；然后按執(zhí)行器上的閥開、閥關(guān)等有關(guān)標(biāo)記配好相應(yīng)的氣路管線，最后將控制箱安裝在方便操作的位置，并配好相應(yīng)的氣路管線即可。

6 使用注意事項

在使用執(zhí)行機(jī)構(gòu)前，可以將壓縮空氣少許放空30S，排除水汽及雜質(zhì)；控制箱內(nèi)過濾器必須加強(qiáng)脫水及雜質(zhì)放空，嚴(yán)禁水及機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)；控制箱內(nèi)油杯的油位必須保持2/3～1/3，可以使用30#機(jī)油或20#透平油；控制箱內(nèi)減壓閥調(diào)壓時右轉(zhuǎn)為壓力上升，左轉(zhuǎn)壓力下降，直到調(diào)節(jié)最佳的工作壓力0.3～0.5MPa；手轉(zhuǎn)閥在進(jìn)行開關(guān)切換時，必須在中間位置停留再反方向切換；執(zhí)行機(jī)構(gòu)全開或全關(guān)后應(yīng)立即切斷氣源（手轉(zhuǎn)閥至中間位置），不應(yīng)用扳手繼續(xù)加力，以免損壞閥桿。

7 結(jié)束語

馬達(dá)式多回轉(zhuǎn)閥門氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在煉化裝置機(jī)泵出入口，尤其是大口徑閥門上相對其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)有非常大的優(yōu)勢，體積小、操作簡單、本質(zhì)安全、適用于任何防爆場合，安裝后對操作省時、省力，減少職工勞動強(qiáng)度，在突發(fā)事件時能不靠近機(jī)泵就能關(guān)閉閥門，凸顯了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇時要注意是否有閥開或關(guān)到位后的保護(hù)裝置，否則氣源一直供給可能造成閥桿彎曲等狀況。隨著煉油裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工藝閥門的口徑也不斷增加，這為此類氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供了市場商機(jī)，目前生產(chǎn)此類執(zhí)行機(jī)構(gòu)的廠家不多，希望更多的同行能參與到產(chǎn)品的開發(fā)與推廣，使產(chǎn)品不斷完善?！?/p>

[1] 陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動控制設(shè)計手冊[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

[2] 吳國熙.調(diào)節(jié)閥使用與維修[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[3] 劉鵬,汪小澄.氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的幾種控制方法[J].中國儀器儀表,2005,(4):77-80.

[4] 鄭洪生,董哲.內(nèi)曲線徑向柱塞式氣動馬達(dá)主要參數(shù)設(shè)計計算[J].鑿巖機(jī)械氣動工具,1996,(2):1-2.

[5] 樂偉民.選用化工自控執(zhí)行器的探討[J].高橋石化,2004,(2):52-52.

[6] 李東明,孫寶元,張化嵐.氣動執(zhí)行器技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].化工自動化及儀表,2003,(2):73-75.

[7] 徐一洪,唐曉群.多作用內(nèi)曲線徑向柱塞式氣動馬達(dá)的設(shè)計[J].鑿巖機(jī)械氣動工具,1996,(3):17-18.