摘 要 元壩氣田各集輸場(chǎng)站上下游氣源截?cái)嗵幵O(shè)置了關(guān)鍵自截緊急切斷閥（ESDV），在運(yùn)行過(guò)程中，各采氣場(chǎng)站、各供應(yīng)廠家氣控ESDV閥先后發(fā)生了如執(zhí)行機(jī)構(gòu)密封失效漏氣、儀表風(fēng)進(jìn)氣壓力超壓、遠(yuǎn)傳就地狀態(tài)顯示不一致、電磁閥故障等多種異常?；跉饪毓芫€連接方式和電磁閥控制原理深入分析故障原因，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行工況，提出進(jìn)氣壓力優(yōu)化、新增關(guān)鍵閥門關(guān)閥聲光報(bào)警、執(zhí)行機(jī)構(gòu)上方增設(shè)擋棚、定期保養(yǎng)關(guān)鍵部件等優(yōu)化措施，確保關(guān)鍵自截閥門運(yùn)行平穩(wěn)，氣源截?cái)嗫焖儆行А?/p>

關(guān)鍵詞 ESDV閥 高含硫酸性氣田 故障原因分析 優(yōu)化

中圖分類號(hào) TP23"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B"" 文章編號(hào) 1000 3932（2025）01 0148 04

元壩氣田作為我國(guó)第二大高含硫酸性氣田，酸氣長(zhǎng)輸管線約148 km，東西跨度近50 km，南北跨度近30 km，加之山地地形復(fù)雜，安全生產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻。緊急切斷閥（ESDV）作為關(guān)鍵自截閥門，具有易操作和高穩(wěn)定的特點(diǎn)，在各集輸工程場(chǎng)站出站以及上游進(jìn)站的酸氣管線、返輸?shù)娜剂蠚膺M(jìn)站管線、分離器液路管線上均有設(shè)置，達(dá)到工藝參數(shù)超出正常運(yùn)行工況范圍、管線出現(xiàn)超壓等異常情況時(shí)自動(dòng)快速切斷氣源，隔離能量、確保人員安全、降低生產(chǎn)裝置損壞風(fēng)險(xiǎn)的目的，是氣田安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備［1～4］。自元壩氣田試采工程、滾動(dòng)建產(chǎn)井站調(diào)試投產(chǎn)以來(lái)，各供應(yīng)廠家氣控式ESDV閥先后出現(xiàn)多種故障，主要表現(xiàn)為兩位三通電磁閥故障、執(zhí)行機(jī)構(gòu)密封失效漏氣（氣缸密封圈破損漏氣、手輪絲桿密封面漏氣、氣控管線連接處漏氣等）、儀表風(fēng)進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)不當(dāng)、遠(yuǎn)傳就地顯示狀態(tài)不一致等，極大地影響了氣田的穩(wěn)定生產(chǎn)。筆者結(jié)合生產(chǎn)工況深入分析故障原因，提出了優(yōu)化措施。

1 氣控ESDV閥連接方式及其運(yùn)行原理

氣控ESDV閥一般通過(guò)電磁閥失電閉合/切斷儀表風(fēng)氣源來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制關(guān)閥，并參與生產(chǎn)場(chǎng)站緊急停車系統(tǒng)（SIS）的聯(lián)鎖邏輯，保證發(fā)生異常情況時(shí)關(guān)閥快速有效［5～7］。

機(jī)柜間控制ESDV閥的兩位三通電磁閥電流信號(hào)常采取常閉接點(diǎn)，即電磁閥得電狀態(tài)下，氣源路導(dǎo)通，氣缸充壓，氣體推動(dòng)缸內(nèi)活塞拉動(dòng)執(zhí)行球閥旋轉(zhuǎn)打開(kāi)；電磁閥失電狀態(tài)下，放空路導(dǎo)通，氣缸泄壓，失去氣源后活塞復(fù)位，閥門保持常閉。氣控ESDV閥的連接方式如圖1所示。

可采取單控電磁閥或雙控電磁閥實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，為確保生產(chǎn)安全，中控室可遠(yuǎn)程關(guān)閥；打開(kāi)則需遠(yuǎn)程復(fù)位觸發(fā)聯(lián)鎖邏輯后，再就地對(duì)電磁閥復(fù)位。氣缸頂部帶有閥位指示器，內(nèi)置遠(yuǎn)傳回訊開(kāi)關(guān)，從人機(jī)界面指令發(fā)出到執(zhí)行球閥關(guān)閥到位，響應(yīng)時(shí)間一般不超過(guò)3 s。

ESDV閥除通過(guò)充壓開(kāi)閥，常帶有屏蔽手輪，手輪端連接壓力壓縮彈簧，通過(guò)旋轉(zhuǎn)手輪帶動(dòng)彈簧推動(dòng)活塞，拉動(dòng)執(zhí)行球閥打開(kāi)。業(yè)界將這種物理開(kāi)閥方式通常稱為硬屏蔽，即無(wú)論氣缸是否充壓閥門始終保持開(kāi)閥狀態(tài)，常用于生產(chǎn)狀態(tài)下對(duì)閥門進(jìn)行在線維修。

2 氣控ESDV閥常見(jiàn)故障及原因分析

ESDV閥作為精密關(guān)鍵自控閥門，在元壩高含硫酸性氣田環(huán)境運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生過(guò)多種故障，主要表現(xiàn)形式有：兩位三通電磁閥故障、執(zhí)行機(jī)構(gòu)密封失效漏氣（氣缸密封圈破損漏氣、手輪絲桿密封面漏氣、氣控管線連接處漏氣等）、儀表風(fēng)進(jìn)氣壓力調(diào)整不當(dāng)、遠(yuǎn)傳就地狀態(tài)顯示不一致等。其中，因執(zhí)行機(jī)構(gòu)密封失效漏氣導(dǎo)致氣缸壓力不穩(wěn)而關(guān)閥的異?，F(xiàn)象占所有故障的60%以上，嚴(yán)重影響了氣田的正常生產(chǎn)運(yùn)行管理和經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)密封失效漏氣

氣控ESDV閥的控制核心是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由氣缸、手輪絲桿、氣控管線等組成。管線漏氣常因儀表風(fēng)氣源到過(guò)濾調(diào)壓閥、電磁閥氣路管線的連接絲扣松動(dòng)、生料帶老化導(dǎo)致氣源滲漏；氣缸漏氣常由于外部環(huán)境影響導(dǎo)致氣缸磨損銹蝕、管壁穿孔，缸內(nèi)氣源外漏；絲桿漏氣則常因其內(nèi)置密封圈老化變形失效或多次旋轉(zhuǎn)手輪硬屏蔽閥門，導(dǎo)致密封銅套磨損，與絲桿間存在間隙，氣源從間隙處外漏。

上述多種氣源外漏情況均可能導(dǎo)致氣缸內(nèi)氣源壓力不穩(wěn)定，無(wú)法有效固定缸內(nèi)活塞保持開(kāi)閥狀態(tài)，存在異常關(guān)閥風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 儀表風(fēng)進(jìn)氣壓力調(diào)整不當(dāng)

儀表風(fēng)氣源進(jìn)氣壓力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致連接管線抖動(dòng)幅度相應(yīng)增加，絲扣、卡箍連接處易松動(dòng)，并易損壞兩位三通電磁閥內(nèi)部氣路結(jié)構(gòu)，造成電磁閥滲漏，同時(shí)會(huì)觸發(fā)調(diào)壓閥后溢流閥起跳泄壓，而氣源壓力過(guò)小，缸內(nèi)壓力不足，不能有效推動(dòng)活塞開(kāi)閥。因此，合理調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力是ESDV閥穩(wěn)定運(yùn)行的有效保障。

2.3 遠(yuǎn)傳就地狀態(tài)顯示不一致

遠(yuǎn)傳就地狀態(tài)顯示不一致主要表現(xiàn)為：

a. 人機(jī)界面上閥門開(kāi)關(guān)狀態(tài)與就地閥位指示器開(kāi)關(guān)狀態(tài)不一致；

b. 人機(jī)界面閥門狀態(tài)未開(kāi)到位/關(guān)到位；

c. 人機(jī)界面閥門無(wú)狀態(tài)。

主要原因如下：

a. 閥位回訊傳感器故障或回訊線虛接松動(dòng)；

b. 閥位指示器放置位置不當(dāng)，閥門行程動(dòng)作未到位；

c. 網(wǎng)絡(luò)通信波動(dòng)，場(chǎng)站數(shù)據(jù)未及時(shí)同步到中控室。

2.4 兩位三通電磁閥故障

兩位三通電磁閥有啟、閉兩種工作狀態(tài)，3個(gè)氣路通道出口，分別為進(jìn)氣口、出氣口、泄壓口［8～11］。一般采取雙線圈控制，通過(guò)閥內(nèi)線圈得電/失電推動(dòng)活塞切換工作位置，達(dá)到觸點(diǎn)吸合/斷開(kāi)的效果，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣口-出氣口導(dǎo)通、出氣口-泄壓口導(dǎo)通，進(jìn)而控制執(zhí)行球閥的開(kāi)關(guān)動(dòng)作（圖2）。

兩位三通電磁閥的常見(jiàn)故障有：

a. 電磁閥無(wú)法工作。例如對(duì)電磁閥就地復(fù)位，電磁閥得電后，發(fā)現(xiàn)氣源路未導(dǎo)通，執(zhí)行球閥無(wú)法正常開(kāi)啟；或電磁閥失電后，泄壓路未導(dǎo)通，執(zhí)行球閥無(wú)法正常關(guān)閉。

b. 電磁閥在工作中有異響或振動(dòng)。

c. 電磁閥漏氣。

排查方式如下：

a. 檢查電源是否正常供電。機(jī)柜間引出電源為24 V直流電，可以用萬(wàn)用表測(cè)量?jī)啥穗妷号卸?，若供電正常，則可測(cè)量線圈電阻值是否正常（參照不同型號(hào)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)）。

b. 若執(zhí)行上述步驟未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可將ESDV閥硬屏蔽后，拆卸解體電磁閥，檢查控制通道或閥芯是否有異物附著或磨損現(xiàn)象，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行清潔或更換閥芯。

c. 若電磁閥出現(xiàn)滲漏，先確保連接處絲扣有無(wú)松動(dòng)、密封件是否完好，如果連接緊密且密封件完好，可更換內(nèi)置密封圈并涂抹密封脂。

3 氣控ESDV閥優(yōu)化措施

綜合分析上述多種故障并結(jié)合氣田實(shí)際運(yùn)行工況，可從以下幾方面進(jìn)行優(yōu)化，完善安全聯(lián)鎖自控系統(tǒng)。

3.1 ESDV閥門關(guān)閉后聲音報(bào)警

ESDV閥門因故障出現(xiàn)異常關(guān)閥時(shí)，僅在人機(jī)界面報(bào)警欄上有提示，但由于采取集中監(jiān)控模式，內(nèi)操崗?fù)蝗吮O(jiān)控一個(gè)片區(qū)，覆蓋多個(gè)場(chǎng)站，報(bào)警列表包含片區(qū)所有場(chǎng)站的報(bào)警，同時(shí)含有部分誤報(bào)。因此，關(guān)鍵報(bào)警信息易被覆蓋。故在集中監(jiān)控電腦配置聲光報(bào)警器（圖3），錄好音頻文件，針對(duì)ESDV閥等關(guān)鍵點(diǎn)位設(shè)置關(guān)閥報(bào)警外放功能；同時(shí)針對(duì)關(guān)鍵報(bào)警信息設(shè)置報(bào)警欄置頂功能，需由內(nèi)操人員確認(rèn)報(bào)警后方可消除。增加此功能后，可確保應(yīng)急處置措施快速有效。

3.2 氣控管線進(jìn)氣壓力優(yōu)化

氣控管線上的元器件屬精密器件，氣源壓力過(guò)大時(shí)，管線振動(dòng)頻率增加，振幅變大，易導(dǎo)致內(nèi)置密封件磨損、密封失效。同時(shí)，各連接部位易出現(xiàn)滲漏，各部件長(zhǎng)期在高壓下運(yùn)行也會(huì)縮短其使用壽命。氣源壓力過(guò)低，開(kāi)閥速度變慢，甚至閥門無(wú)法開(kāi)到位。因此，將氣控管線進(jìn)氣壓力調(diào)整到最佳范圍是要解決的問(wèn)題。

正常生產(chǎn)運(yùn)行工況下，經(jīng)燃料氣調(diào)壓分配撬調(diào)壓后，儀表風(fēng)氣源壓力保持在0.6～0.8 MPa。進(jìn)電磁閥前設(shè)置過(guò)濾調(diào)壓閥，通過(guò)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)壓力等級(jí)，進(jìn)行模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證最佳進(jìn)氣壓力。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。可以看出，當(dāng)進(jìn)氣壓力在0.45 MPa左右時(shí)，氣控管線運(yùn)行較平穩(wěn)，管線無(wú)異響或振動(dòng)，且開(kāi)關(guān)閥速度最快。因此，可于調(diào)壓閥處增加壓力表輔助調(diào)壓，并將后端溢流閥起跳壓力設(shè)置為0.5 MPa，保證進(jìn)氣壓力最佳。

3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)上方增設(shè)擋棚

ESDV閥氣缸材質(zhì)一般為鑄鋼，長(zhǎng)期暴露在潮濕環(huán)境下，易造成氣缸缸壁磨損、銹蝕甚至穿孔，導(dǎo)致氣源外漏。同時(shí)，電磁閥屬精密易損件，內(nèi)接信號(hào)線雖有格蘭頭和撓性管保護(hù)，但潮濕環(huán)境也易造成線纜腐蝕，絕緣破損，影響信號(hào)傳輸質(zhì)量。因此，可在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上方增設(shè)擋棚，避免雨水淋到執(zhí)行機(jī)構(gòu)本體，延長(zhǎng)其使用壽命。

3.4 定期保養(yǎng)關(guān)鍵部件

可利用關(guān)井及檢維修契機(jī)，對(duì)ESDV閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)拆卸解體進(jìn)行保養(yǎng)，主要包括：

a. 更換氣缸內(nèi)置銅套、密封圈，涂抹密封脂，并對(duì)缸壁重新打蠟。

b. 對(duì)手輪絲桿注黃油，增加潤(rùn)滑度，便于開(kāi)啟，避免絲桿長(zhǎng)期使用而銹蝕，旋轉(zhuǎn)時(shí)與密封件磨損。

c. 調(diào)整回訊傳感器位置，并緊固線纜。

d. 拆卸電磁閥，清潔控制通道和閥芯雜質(zhì)，涂抹潤(rùn)滑油。

e. 氣控管線連接絲扣處重新纏繞生料帶并緊固。

4 結(jié)束語(yǔ)

ESDV閥作為關(guān)鍵自截閥門，是安全聯(lián)鎖自控系統(tǒng)的重要組成部分，在氣田各集輸場(chǎng)站關(guān)鍵氣源截?cái)嗵幘性O(shè)置，目前運(yùn)用效果較好，但經(jīng)常發(fā)生如電磁閥故障、執(zhí)行機(jī)構(gòu)漏氣、儀表風(fēng)進(jìn)氣壓力不當(dāng)、遠(yuǎn)傳就地回訊狀態(tài)不一致等多種異常。筆者基于氣控管線連接方式、兩位三通電磁閥控制原理及外部環(huán)境等因素，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行工況，全面總結(jié)分析故障原因，進(jìn)而提出進(jìn)氣壓力優(yōu)化、新增關(guān)鍵閥門關(guān)閥聲光報(bào)警、執(zhí)行機(jī)構(gòu)上方增設(shè)擋棚、定期保養(yǎng)關(guān)鍵部件等優(yōu)化措施，確保關(guān)鍵自截閥門運(yùn)行平穩(wěn)，氣源截?cái)嗫焖儆行В瑸闊o(wú)壩高含硫酸性氣田的安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行提供保障。

參 考 文 獻(xiàn)

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（收稿日期：2024-04-30，修回日期：2024-05-21）