李磊(中海石油葫蘆島精細(xì)化工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

輕質(zhì)油品在裝卸車(chē)過(guò)程中會(huì)有大量的油氣會(huì)揮發(fā)，蒸發(fā)的油氣主要成分為丁烷、戊烷、苯、二甲苯、乙基苯等氣態(tài)混合物，這些揮發(fā)的油氣不但因油品裝車(chē)時(shí)油品損耗造成使資源浪費(fèi)，而且因油氣揮發(fā)排入大氣同空氣混合產(chǎn)生燃易爆氣體帶來(lái)現(xiàn)場(chǎng)安全隱患，同時(shí)揮發(fā)的油氣也給大氣造成環(huán)境污染。當(dāng)油氣混合物中的某些成分被紫外線照射以后會(huì)與空氣中其他氣體發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，形成毒性更大的有害污染物，這對(duì)裝卸車(chē)作業(yè)人員的身體健康也會(huì)造成嚴(yán)重危害，尤其夏季這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。為了消除安全隱患、貢獻(xiàn)更高的環(huán)境空氣質(zhì)量及充分提高油品回收率創(chuàng)造利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，我公司上了一套江蘇惠利特有限公司的氣體回收系統(tǒng)裝置，使上述不利因素現(xiàn)象得到了極大改觀。

1 油氣回收工作原理和工作過(guò)程

油氣回收的原理是利用一種對(duì)油品有的獨(dú)特吸附能力的吸附材料活性炭和一定的工藝來(lái)完成的，當(dāng)油氣的混合物流過(guò)活性炭(特殊吸附材料)表面時(shí)大量的烴組分將被這種特殊的吸附材料吸附到表面，直到達(dá)到吸附飽和為止，由于活性炭的特性是單位體積有著極大的表面積，所以可以有效地吸附油氣中的烴組分，由于這種特殊的活性炭對(duì)空氣的吸附能力很差不容易吸附，所以當(dāng)油氣的混合物通過(guò)這種活性炭后油氣混合物中的烴組分與空氣就得到了很好的分離，最后吸附飽和了烴類的活性碳中再通過(guò)一定的工藝方法(如降壓處理)將活性碳中的烴類油份分離出來(lái)即達(dá)到油氣回收的目的。我公司引進(jìn)的是由江蘇惠利特環(huán)保設(shè)備有限公司制造的一套變壓吸附流程的油氣吸附系統(tǒng)裝置，整套系統(tǒng)裝置由PLC與操作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信完成程序控制，操作站的人機(jī)界面設(shè)有整個(gè)系統(tǒng)控制流程圖，主界面如圖1所示。由操作員通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)視及控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)有登錄窗口，“自動(dòng)運(yùn)行”“時(shí)間控制”“調(diào)試模式”“手動(dòng)模式”“系統(tǒng)報(bào)警”“數(shù)據(jù)查詢”“歷史曲線”“參數(shù)設(shè)定”模式。

這套裝置的工藝過(guò)程是由兩個(gè)交替起吸附、脫附作用的A罐、B罐組成，當(dāng)A罐處于吸附過(guò)程時(shí)，另一個(gè)B罐則處于脫附過(guò)程。以圖中目前狀態(tài)來(lái)說(shuō)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的油氣通過(guò)風(fēng)機(jī)C-101、電動(dòng)三通閥進(jìn)入吸附狀態(tài)的罐B后，在B罐內(nèi)被活性碳所吸附，直至吸附到飽和，而未被吸附的空氣則通過(guò)活性炭后經(jīng)排空口排入大氣。同時(shí)當(dāng)B罐處于吸附過(guò)程時(shí)A罐則處于脫附過(guò)程，脫附過(guò)程是通過(guò)一個(gè)真空泵P-101對(duì)A罐進(jìn)行降壓抽真空，即將A罐內(nèi)吸附在活性炭上的油組分與活性炭進(jìn)行分離的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程含有兩個(gè)非常重要的作用：(1)使分離后的活性炭可以再重復(fù)利用，被稱為活性碳再生；(2)將油氣分子從活性炭上分離出來(lái)。分離出來(lái)的油氣分子被真空泵P-101抽出，并經(jīng)管道從吸收塔T-101中部自下而上的進(jìn)入吸收塔與塔內(nèi)自上而下的噴淋吸收用的同類油品進(jìn)行逆向接觸完成吸收過(guò)程。 而這整改過(guò)程是由時(shí)間程序控制系統(tǒng)來(lái)使兩個(gè)罐(A罐、B罐)交替完成吸、脫附過(guò)程，從而達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)的目的。

圖1 油氣回收工藝流程

2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成及作用

本氣體回收系統(tǒng)裝置中的控制閥全部采用的是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，型號(hào)是ITQ-0350與ITQ-0100，其生產(chǎn)商是由江蘇惠利特環(huán)保設(shè)備有限公司自己制造的調(diào)節(jié)閥與韓國(guó)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組裝而成[1]。

在我廠這套氣體回收裝置中共有5臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，位號(hào)分別是MHV-01，MHV-02，MHV-03，EBV-01，EBV-02，其中MHV-01，MHV-02，MHV-03擔(dān)負(fù)著氣體回收系統(tǒng)的A罐、B罐的吸附、脫附的切換作用，而EBV-01，EBV-02控制吸附塔液面，它們的穩(wěn)定工作是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的最重要設(shè)備，雖然是兩位式控制，但它的靈敏度、角行程、密封性、扭矩等指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行都有非常重要考究，靈敏度不行影響閥的開(kāi)、關(guān)閉時(shí)間，角行程不夠影響閥門(mén)的密封性，角行程限位不好影響閥的壽命，密封性不好直接影響脫附效果。因此每臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)氣體回收這套系統(tǒng)的正常運(yùn)行都起著關(guān)鍵性的作用。

3 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥運(yùn)行中存在的問(wèn)題

3.1 故障現(xiàn)象

油氣回收系統(tǒng)的位號(hào)MHV-01，MHV-02，MHV-03這3個(gè)電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行A罐、B罐進(jìn)行吸附、脫附切換作用的重要設(shè)備，要根據(jù)工藝程序控制的需要進(jìn)行頻繁的狀態(tài)切換。這種頻繁動(dòng)作會(huì)使調(diào)節(jié)閥的各種動(dòng)作部件的負(fù)荷率增加而出現(xiàn)故障，往往會(huì)在工作過(guò)程中突然出現(xiàn)不工作現(xiàn)象，在維修檢查時(shí)用手輪將閥門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后重新啟動(dòng)程序閥門(mén)就又能轉(zhuǎn)動(dòng)，但旋轉(zhuǎn)到某一固定角度后就不再動(dòng)了，再重復(fù)上述維修過(guò)程其結(jié)果同樣出現(xiàn)[2]。為了徹底弄清這種情況的故障對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了拆解后發(fā)現(xiàn)，造成這種故障的原因是由離合器箱內(nèi)的銅質(zhì)螺旋齒輪磨損壞，可以看到螺旋齒輪大部分齒磨損嚴(yán)重，其中一處位置的齒已磨平，所以當(dāng)螺旋齒輪旋轉(zhuǎn)到磨平此磨平位置時(shí)與蝸桿已不能咬合，因此電動(dòng)調(diào)節(jié)閥才會(huì)出現(xiàn)上述故障時(shí)如第一條所描述的現(xiàn)象。

3.2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)動(dòng)作原理

基于此原因我們仔細(xì)的研究了電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)工作原理進(jìn)行了剖析，電動(dòng)機(jī)減速后首先通過(guò)編號(hào)9的第一傳動(dòng)桿(1st Drive shaft)將力矩傳遞到離合器機(jī)構(gòu)中的編號(hào)22的螺旋齒輪(Belical gear)使其轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再由這個(gè)螺旋齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)編號(hào)10的第二傳動(dòng)桿(2st Drive shaft)轉(zhuǎn)動(dòng)，最后由第二傳動(dòng)桿帶動(dòng)與調(diào)節(jié)閥桿相連編號(hào)13的渦輪(worm gear)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥桿一個(gè)扭力使閥門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)到開(kāi)或關(guān)的位置。

3.3 PLC對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的控制原理

本氣體回收裝置PLC對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的控制原理非常簡(jiǎn)單，當(dāng)PLC將信號(hào)送給馬達(dá)1號(hào)線時(shí)，馬達(dá)正轉(zhuǎn)閥開(kāi)，當(dāng)PLC將信號(hào)送給馬達(dá)2號(hào)線時(shí)，馬達(dá)反轉(zhuǎn)閥關(guān)，3號(hào)線是公共端，假如當(dāng)PLC給一個(gè)關(guān)閥信號(hào)時(shí)B罐與真空泵連同，A罐與真空泵被截止，當(dāng)關(guān)閥信號(hào)使閥門(mén)達(dá)到全關(guān)位置并觸發(fā)極限開(kāi)關(guān)時(shí)，極限開(kāi)關(guān)將閥門(mén)狀態(tài)信號(hào)反饋給PLC，PLC接到指令切斷關(guān)閥信號(hào)1使關(guān)閥動(dòng)作停止，因而完成一次調(diào)節(jié)動(dòng)作過(guò)程。同理完成開(kāi)閥動(dòng)作。

4 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥故障原因分析

造成這一故障現(xiàn)象的原因主要有以下五方面原因：

第一是設(shè)備制造方面的原因，由于這種電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是由江蘇惠利特公司采用韓國(guó)執(zhí)行器組合而成，因此廠家在設(shè)計(jì)制造這款調(diào)節(jié)閥時(shí)有可能存在組合設(shè)計(jì)不合理因素，如執(zhí)行器選型等。制造與安裝工藝不到位，如組裝定位有偏差、調(diào)節(jié)閥盤(pán)根過(guò)緊造成閥門(mén)開(kāi)閉扭矩過(guò)大使齒輪摩擦力增加；

第二是調(diào)校方面，閥門(mén)在投用前限位調(diào)試不合適造成閥門(mén)已開(kāi)或關(guān)到位，因限位回訊不到位造成PLC不能發(fā)出停止命令，而使第一傳動(dòng)桿繼續(xù)加力使第一傳動(dòng)桿與螺旋齒輪摩擦力增加從而使摩擦損耗加大；

第三是閥門(mén)維護(hù)保養(yǎng)潤(rùn)滑不夠，如閥內(nèi)有積物沒(méi)有及時(shí)清理造成閥門(mén)在關(guān)，調(diào)節(jié)閥盤(pán)根調(diào)整不合適或潤(rùn)滑不好也是造成扭力傳遞過(guò)大從而增大了摩擦損耗的原因。

第四是離合器箱內(nèi)潤(rùn)滑油臟污，潤(rùn)滑油內(nèi)有磨損的顆粒狀物質(zhì)，使第一傳動(dòng)桿與螺旋齒輪摩擦損耗加速；

第五是螺旋齒輪材質(zhì)，因螺旋齒輪材質(zhì)是銅質(zhì)較軟，在與第一傳動(dòng)桿摩擦期間將首先被磨損壞。

5 針對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥存在結(jié)構(gòu)缺陷問(wèn)題的改進(jìn)方法

本條是本論文論述的重點(diǎn)。對(duì)于本氣體回收裝置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥可能存在的設(shè)計(jì)及制造缺陷的改進(jìn)方法是，就現(xiàn)有的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，利用氣動(dòng)活塞式執(zhí)行器取代電動(dòng)執(zhí)行器的可行性進(jìn)行探討，這主要基于以下六點(diǎn)看法。

(1)零配件采購(gòu)不易，周期長(zhǎng)，價(jià)格高。因電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行器為韓國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品，齒輪損壞后需要代理商從韓國(guó)訂購(gòu)，采購(gòu)周期長(zhǎng)價(jià)格高，曾經(jīng)因齒輪損壞等配件使我們的氣體回收裝置停用一個(gè)多月，是公司減少了應(yīng)得的利潤(rùn)效益。

(2)電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)麻煩。因電動(dòng)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換元件后的調(diào)校定位較難，因極限開(kāi)關(guān)調(diào)整與閥門(mén)極限位調(diào)整不方便需反復(fù)進(jìn)行，工作量較大。

(3)采用氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。采用氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣為能源，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推力大、本質(zhì)防爆、價(jià)格便宜、維修方便等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而它被廣泛地應(yīng)用在石油、化工、冶金、電力等工業(yè)調(diào)節(jié)執(zhí)行設(shè)備上作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因而它是本裝置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上執(zhí)行器最理想的替代設(shè)備。

(4)氣源取用方便。氣體回收系統(tǒng)裝置緊鄰向其他生產(chǎn)單元提供儀表凈化風(fēng)的管廊，因此改造時(shí)不需要長(zhǎng)距離的儀表風(fēng)線配管，能方便地把儀表凈化風(fēng)引入到氣動(dòng)執(zhí)行器附近為其提供能源。

(5)技術(shù)改造易行、費(fèi)用不高。根據(jù)本裝置的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的電氣原理圖，我們可以看出，PLC輸出兩路信號(hào)，分別是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)閥信號(hào)與關(guān)閥信號(hào)，為兩位式控制，沒(méi)有復(fù)雜的控制要求，這就使改造變得簡(jiǎn)單易行，每臺(tái)閥只需購(gòu)置一套扭矩力與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器一樣的氣動(dòng)活塞式執(zhí)行器并配備相應(yīng)的開(kāi)、關(guān)電磁閥和一只配套的極限開(kāi)關(guān)就可達(dá)到與原電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的相同工作目的，并且氣動(dòng)活塞式執(zhí)行器國(guó)內(nèi)有很多成熟的生產(chǎn)廠家。

(6)壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便、簡(jiǎn)單。氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，只要保證相應(yīng)的密封及潤(rùn)滑就能長(zhǎng)周期的可靠工作。

基于以上幾點(diǎn)原因，我認(rèn)為根據(jù)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上執(zhí)行器與閥體連接的螺孔距、閥桿連接形式、原電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的扭矩要求來(lái)確定氣動(dòng)活塞式執(zhí)行器的選型，并根據(jù)上述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的電氣工作原理，按技術(shù)改進(jìn)后的電氣接線圖進(jìn)行配置接線即可到達(dá)原電動(dòng)執(zhí)行器相同的工作目的，特別是對(duì)極限開(kāi)關(guān)的調(diào)整要求已降到了最低，且調(diào)整非常方便。

6 結(jié)語(yǔ)

如果通過(guò)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)成功，可以降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)備的故障率，使日常維護(hù)變得簡(jiǎn)單，有效地降低裝置的維護(hù)成本，能有效提高油氣回收利潤(rùn)，能大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)。