油罐区手动闸阀改造为快速切断阀的技术应用.pdf

技 改与 创新 化 工自 动 化 及 仪 表 ， 2 0 0 3 ， 3 0 2 7 6 - 7 8 C o n t r o l a n d I n s t r u me n t s i n C h e mi c a l I n d u s t r y 油罐区手动闸阀改造为快速切断阀的技术应用 李新青 洛阳石化总厂 设 计院， 河南 洛阳 4 7 1 0 1 2 摘要 针对我厂炼油老罐区技术改造 中出现的问题进行分析， 并提出了几种行之有效的方案， 结合理论计 算、 原理介绍及实际应用， 阐明在原设计手动闸阀门上加气缸执行机构改造为快速切断阀的可推广性。 关键词 缓冲执行机构； 回转型冷门驱动装置； 关闭时间； 启闭力 中图分类号 T H1 3 8 、 5 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 - 3 9 3 2 2 0 0 3 0 2 4 3 0 7 6 4 3 1 引 言 随着储运行业 自动化 技术 的迅 速发 展 ， 老罐 区 落后的监控技术已与迅速提高的管理要求不相适 应； 且储运过程生产中跑、 冒、 滴、 漏事故时有发生 ， 这些事故不仅造成严重的经济损失， 还会造成严重 的环境污染。所以， 我厂老罐区的技术改造已迫在 眉睫 。 在我 厂油罐 区标准化 实施 改造 中， 为 了确保 万 无一失， 暂用带缓 冲机构的双缸式气动执行机构及 回转马达式执行机构 ， 在 1 0 0 0 0 m 重油罐上进行改 造试验， 通过事先对手阀的测绘 ， 一台阀在线改造时 间最多只需 4 h ， 经半年来的现场使用， 效果 良好。 既满足了储运监控系统的要求 ， 节省了大量资金， 而 且还不影响正常生产。 2 双缸式 带缓冲 执行机构 的结构原理 2 ． 1 结构特点 针对老罐区技术改造， 单独提供包括支架在 内 的气缸体， 对已有的种类繁多的手动闸阀进行改造， 将气缸体安装在手动阀的阀体大盖上， 即组成了双 缸式气动一手动阀。 由于采用带缓 冲机构的双层气缸机构， 与单气 缸式气动闸阀相 比， 提升力增大了一倍。这就从根 本上解决了单气缸式气动阀的某些阀板在阀体内楔 死而打不开的弊病。而且， 由于具备缓冲机构 ， 能有 效地减轻关闭阀门时因活塞下行冲击而造成的闸板 密封面和阀体密封面的磨损 ， 也能避免闸板卡死的 现象 。 2 ． 2工作原理 该系列产品以 0 ． 4～ 0 ． 6 MP a 表压 净化压缩 空气作为工作动力， 推动活塞， 带动闸板作垂直于流 体的位移 ， 实现开启关闭阀门的目的。 2 ． 2 ． 1 巧妙设计的双层气缸和缓冲机构 双层气缸和缓冲机构的工作原理 图 1 按闸阀 工作 的 4个 阶段分述如下 。 1 闸阀开启前阶段 上层气缸的活塞 以下简 称上活塞 和下层气缸的活塞 以下简称下活塞 同 时受力 ， 阀杆在上 、 下活塞 的推 动下 ， 以单活 塞 近两 倍的提升力 ， 克服闸板密封面和阀体密封面之间的 最大静摩擦力， 带动闸板上升。 压缩空气由上气缸的下气室 ， 经由隔板 内的特 定通道， 通过连通管 ， 到达下气缸的下气室 ， 推动上 下活塞同时工作。下气缸上气室中的气体 ， 经过隔 板内的另一特定通道， 畅通无阻地排出气缸体外。 2 闸阀开启的后阶段 i 在闸板稍稍开启以后， 下活塞就运行到了上死点。闸板在上活塞的带动 下 ， 继续提升 ， 直至全开位置 。 3 闸阀关 闭的前 阶段 在上 活塞 的推动 下 ， 闸 板离开全开位置， 开始下降。 4 闸阀关 闭的后阶段 当上活塞碰到下活塞 凸台， 并带动下活塞一起继续下降时， 由于上气缸上 气室的进气通道和下气缸下气室的排气通道设有阻 碍， 明显地减慢了下行的速度， 直至闸板下降到全关 位置， 既可关严阀门， 又减缓阀板下行的冲击不使阀 板楔得过紧， 还保护密封面， 免受猛烈冲击损坏。 2 ． 2 ． 2 灵活可靠的气动一手动转换机构 装在气缸盖上部 的气动手动转换机构， 在闸阀 收稿 日期 2 0 0 3 - 0 2 1 2 维普资讯 第 2期 李新青． 油罐区手动闸阀改造为快速切断阀的技术应用 7 7 开启和关闭过程的任何位置上， 都可十分方便地转 动操作手柄， 直接地进行由气动至手动或由手动至 进气 排气 气动的操作方式转换 ， 转换操作手柄采用定位销式 自锁设计 ， 手柄定位后 ， 可靠锁定。 气 工作状况 I 工作状况 2 工作状况 3 工作状况 4 肝阀初始阶段 工作压J T 2 P ， r 阀终了阶段工作压力 尸 关阀初始阶段工作压力 尸 关阀终了阶段工作压力 尸 图 1 双缸带缓冲执行机构的工作原理图 当电磁阀及其控制电路或供风系统发生故障 时， 不需其它辅助工具， 即可迅速转换成手动操作状 态， 保证管线正常运行， 避免事故发生。 2 ． 2 ． 3 关 闭时间可调 通过调整安装在隔板上的缓冲机构， 还可以在 一 定范围内调整闸阀关闭的时间 。 2 ． 2 ． 4 可配用 回讯器 本阀可配用 回讯 限位 开关 ， 用 以发 送 阀开关 状 态信息。 2 ． 2 ． 5 耐腐蚀的气缸 本阀的气缸选用无缝钢管制造， 内表面镀以耐 腐蚀硬铬， 并以抛光处理， 具有磨擦力小、 不易锈蚀 、 高硬度、 寿命长等特点。 2 ． 2 ． 6 气缸 的密封 气缸中密封圈采用丁腈橡胶 0形密封圈， 密封 性能可靠 ， 维修时更换方便。 2 ． 3闸阀启 闭力的粗劣计 算 a ． 密闭环为不锈钢 Q 闭 o ． 8 7 QYo ． 3 3 Q PQ c Q 启 o ． 7 2 Q Yo ． 4 6 Q PQ c Q nD q QPo ． 7 8 5 D q q f 3 5P ／ b b ． 密封环为碳钢 Q闭 0 ． 7 7 Q Y0 ． 2 9 Q PQc Q 启 o ． 6 2 Q Yo ． 4 1 Q PQ c c ． 因气动闸阀采用双缸开启， 气动闸阀只算关 闭力 ， 以下是计算实例 粗略计算 例 D N 8 0 I n l n ， P N 1 0 0 k g ／ c m ， 阀杆直径 d 3． 2 c m F m 0 ． 8 2 5 p 2 D 2 t g l 0 。 d 0 ． 8 2 51 0 0 28 2 t g l 0 。3 2 2 7 0 7 k g 气缸内径 D 1 ． 2 3 F ／ p 式 中 Q 密封 力 ； Q 介 质 压 力 所产 生 的 力 ； Q 。 闸板重量 ； D公称直径 ； q 密度 比压 ； b 密 封 面宽 度 ； P公称 压 力 ； P 工作气压 。 3 回转 式阀门气动执行机构的结构原理 3 ． 1工作原理 采用创新科研成果气动内曲线马达作为动 力元件， 配置一套行星减速机构， 同轴安装 ， 因而具 有尺寸小、 重量轻、 扭矩脉动小、 径向力平衡 、 堵转状 态下输出扭矩大、 起动效率高、 在低速下稳定运转等 优良技术指标。 该执行机构是一种多回转型阀门驱动装置， 其 马达为特殊设计的横梁传力型， 多用作内曲线径 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 人压缩空气时， 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用， 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， 使阀杆升降作直线运动， 开启或关闭闸阀。 通轴上端装有手轮。当使用气动操作时， 手轮 会转动， 有利于观测执行器动作情况及掌握调节阀 门开度。需要进行手动操作时， 切断气源， 直接转动 手轮即可， 其方向与普通手动闸阀一致。 现场操作的阀门配有三位五通手动转阀。 操作 方便 、 可靠。需要进行远程或集中控制时则可配置 快速排气阀和手动、 气动、 电磁控制阀。 3 ． 2 系统特点 所有电气元件均采用隔爆型结构 ， 可在各种易 燃易爆工况环境中使用。 1 尺寸小、 安装方向任意， 安装空间与普通手 动闸阀等同。因此任何可装手动闸阀处均可使用本 维普资讯 7 8 化工自 动 化及仪表 第 3 0卷 系列气动装置。 2 备有手轮。不须进行气动一手动切换， 随 时可供手动操作。 3 气动系统配置简单 ， 操作方便 ， 控制可靠。 4 气源 中断情况下 ， 仍 能保 特阀位不变 。 5 可按 装置 生产 工艺 要 求 ， 实现 o～1 0 0 ％操 作调节阀开度。 6 具有与 D C S系统通讯 的完善接口， 便于和 计算机系统连接； 可实现远程集中控制及高高液位 联锁功能； 在接收到系统发出高高液位信号时 ， 迅速 关闭阀门， 切断物流， 杜绝发生冒溢事故。 7 所有 控制 、 反 馈元 件 均采 用可 靠 的进 口原 装产品， 有利于系统的可靠运行。 8 现场安装简单、 方便 ， 无需进行系统清理及 更换 在用 阀门。 9 故障少、 维修简便易行。 4 理想 的结合不 卸阀现 场改造 安装 针对储运行业清罐 、 扫线困难及切断阀种类繁 多的特点， 通过厂商技术人员事先对现场阀门的了 解和测绘 ， 根据现场阀门的种类， 订制特殊的结合部 件， 大大减轻了在现场进行阀门改造的工作量 ， 一般 花4 h ， 就能把一个阀改造完毕 图 2 这种方法实施 起来方便易行 ， 且不影响正常生产运行， 而经改造的 气缸 阀质量 与整体更新 的阀门控制性能不相上下。 闸阀执行 器气动控制 管线 配置见 图 3 。多 回转 型阀门驱动装置适于将各种规格普通手动闸阀改造 为气动阀， 改造方法简单 原设计手动闸阀不需拆 卸 ， 可在原地 进行 改装 ， 阀体大盖 、 闸板 、 阀杆均 不需 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， 配好气动管线即完 成改装工作。 带缓冲执 JTL 构的 双气缸执行机构 下动阀 图2 不卸阀现场改造安装示意图 图 3 闸阀执行器气动控制管线 配置图 5结束 语 实践证明， 在原设计手动阀上加执行机构， 可以 为老罐区的技术改造节省投资， 安装投运简单方便 ， 不影响正常运行， 且安全可靠 ， 是一种可以广泛在老 罐区技术改造中应用的降本增效的理想产品。 上接 第 7 5页 m o t i o n S p ri n g s 【 J J M e c h a n i s m and M a c h i n e T h e o r y ， 2 0 0 1 ， 3 6 开发智能化产品， 早 日实现自主规模生产。 [ 5 ] x 1 i 1 ，r r 舯 Gu 0 l j a n g 。 z ． Gj a n M丑 g n 咖 。 t r i c ． [参 考 文 献 】t i v e A v t u a t o r and I t s A p p li c a t i o n i n P n e u m a t i c F l a p p e r ． t y p e ⋯ 桢 调节器 与执行器 [ M] _M北京 清华大学 出版社， [ 6 ] ． [ G R MM ] ． H 电 an 器驱动 的气 动 ， m1 L u J 茂 ’ J ， u ， r ．_{ 『 } p t l， l 一 L 啊干 自 口 弛9 U 日 e U [ 2 ] G E O R G E J 。 B l i c k l e y ． V a v l e J o i nT r a n s mi t t e r si nG e t S m ut [ J ] ． 压力阀[ J ] ， 液压气动 与密封 1 9 9 6 ， 7 5 3 2 1 - 2 2 ． C o n t r o l E ngi n cor i n g , 1 9 9 0。 1 ． [ 7 ] T a k a h i r o U r a i D e v e l o p m e n t o f aD i r e c t D ri v e S e r v oV a l v e U s i n g [ 3 ]解 怀 仁 ． 智 能 阀 门 定 位 器 [ J ] ． 化 工自 动 化 及 仪 表 ， 1 9 9 5 ，2 2 G i m M a g n e to s tr ic t i 。 A c tu a to r [ J1 ] F lu id P o W e I ， l 9 9 3 f 9 、 ． 5 1 - 5 5 [ 8 ] R o u t e s t o F i e l d b u s D e v e l o p me n t [ R] ． U S A S ma r R e s e a r c hC o r - [ 4 ] J o h n J P a r i s e ， L a r r y L H o w e U ， S p e n c e r P ． O r t h 。P I a n Td r L i n 舳卜p o r a t i 。 “ ， l 9 9 7 Th e Pr e s e n t S t a t e a n d Pr o s pe c t s o f Pne u ma t i c Ac t u a t o r L I Do n g - rui n g， S UN Ba o - y u a n， ZHANG Hu a - l a n， W U We n - l i a n g S c h o o l o fMe c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， D a l i a n U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ． D a l i a n 1 1 6 0 2 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Pn e u ma t i c a c t u a t o r h a s a d v a n t a g e s o f fir e p r o t e c t i o n， e x p l o s i o n p rot e c t i o n an d l i f e t i me d i l a t a t i o n， e t c ． I t i s W i d e l y u s e d i n i n d u s t r i a l a u t o ma t i c p r o d u c t i o n ． T h e p a p e r p r e s e n t s t h e o p e r a t i n g p ri n c i p l e ， r e s e a r c h a c h i e v e m e n t s and d e v e l o p i n g t r e n d s a b o u t e l e c t ric - p n e u ma t i c p o s i t i o n e r v alv e an d e l e c t ric - p n e u ma t i c t r an s d u c e r ， wh i c h a l e t h e mo s t i m- p o r t an t a c c e s s o r y s e c t i o n o f p n e u ma t i c a c t u a t o r ． F u r t h e r mo r e， i t o ff e r s a v a l u a bl e ref e ren c e t o res e a r c h f o r e n g i n e e rin g t e c h n i c a l p e rso n a l i n the fie l d ． Ke y wo r d sp n e u ma t i c a c t u a t o r ； e l e c t ri c - -p n e u ma t i c p o s i t i o n e r v a l v e； e l e c t ric -- p n e u ma t i c tran s d u c e r v a l v e； i n t e l l i g e n t 矗 善舅 j 喜爱 ．童蠹 冀 薯 { ； 。 ≮ ；{ 矗 摹 。 1、} 。 。 ，‘ 维普资讯