王正剛

（中石化川氣東送天然氣管道有限公司）

隨著安全理念的愈發(fā)重視，ESD 緊急停車控制系統(tǒng)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于長輸管道及石油化工企業(yè)，實(shí)現(xiàn)在異常事故狀況下安全緊急聯(lián)鎖停車、放空等功能[1-4]。根據(jù)GB 50251—2015 要求輸氣站場聯(lián)鎖應(yīng)具備緊急截?cái)嚅y關(guān)閉與緊急放空閥打開功能[5]，川氣東送各輸氣站場ESD 系統(tǒng)的主要功能是完成站場緊急情況下的切斷和放空工作，在ESD 關(guān)斷被觸發(fā)后，ESD 系統(tǒng)將根據(jù)級別立即緊急關(guān)斷相關(guān)的ESDV 閥、SSV 閥、ROV 閥，并緊急打開相關(guān)的BDV 放空閥。在日常各輸氣站場會(huì)定期開展ESD 聯(lián)鎖性能測試，測試過程中多次出現(xiàn)了進(jìn)出站截?cái)嚅y的Shafer 氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在執(zhí)行關(guān)閥操作時(shí)出現(xiàn)先導(dǎo)閥噴油現(xiàn)象，出現(xiàn)此現(xiàn)象時(shí)嚴(yán)重影響了執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)備正常性能，如不及時(shí)處理會(huì)給站場ESD 功能帶來嚴(yán)重安全隱患。通過故障處理方法以及預(yù)防措施來消除噴油故障帶來的安全隱患，提高設(shè)備運(yùn)行完好率。

1 ESD 聯(lián)鎖測試

川氣東送輸氣站場在每年的春秋兩季大型檢維修過程中，ESD 聯(lián)鎖功能測試作為自控部分重要檢修項(xiàng)目之一，在測試實(shí)施中要對參與邏輯的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行帶負(fù)載測試（圖1）。ESD 聯(lián)鎖測試包括ESD一級泄壓關(guān)斷、ESD 二級保壓關(guān)斷以及ESD 三級區(qū)域關(guān)斷性能測試，其中在進(jìn)行ESD 一級、二級測試過程中，現(xiàn)場的進(jìn)出站截?cái)嚅y在氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)作用下均要進(jìn)行關(guān)閥操作。

2 進(jìn)出站氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)ESD關(guān)閥原理

進(jìn)出站的Shafer 氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括控制器、驅(qū)動(dòng)器以及液壓操作系統(tǒng)三部分[6]。在正常情況下，自控ESD 機(jī)柜給電磁閥2 常帶電（圖2），處于正常開啟狀態(tài)，一旦出現(xiàn)緊急情況下執(zhí)行ESD命令時(shí)ESD 電磁閥失電關(guān)閉，同時(shí)將ESD 電磁閥到行程開關(guān)與先導(dǎo)閥的管路氣體進(jìn)行泄放，行程開關(guān)活塞在沒有壓力的作用下導(dǎo)通ESD 氣路，動(dòng)力氣通過提升模塊進(jìn)入到負(fù)責(zé)關(guān)閥功能的油罐，驅(qū)動(dòng)液壓油使旋轉(zhuǎn)葉片執(zhí)行器關(guān)閥動(dòng)作[7]。此外，ESD 關(guān)閥的同時(shí)，由于ESD 電磁閥到先導(dǎo)閥之間的氣體泄放，先導(dǎo)閥在沒有壓力的作用下會(huì)處于關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)而切斷開閥控制氣路，保證氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在接到ESD 關(guān)閥命令的同時(shí)，即使接到開閥命令也不會(huì)執(zhí)行開閥動(dòng)作，保證了ESD 關(guān)閥操作具有最高優(yōu)先級[8]。

圖1 輸氣站場ESD 流程

圖2 進(jìn)出站氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制原理

3 噴油故障處理

3.1 行程開關(guān)力矩調(diào)整

行程開關(guān)作為氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制ESD 氣路的重要節(jié)點(diǎn)部位，在正常關(guān)閥狀態(tài)下，當(dāng)閥門關(guān)到位后，氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行器配備的凸輪裝置會(huì)在關(guān)位狀態(tài)下迫使行程開關(guān)鎖死ESD 氣路，使其處于截?cái)酄顟B(tài)，從而使氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在沒有動(dòng)力氣的作用下停止關(guān)閥動(dòng)作。當(dāng)進(jìn)出站的氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在ESD 聯(lián)鎖測試中出現(xiàn)噴油故障現(xiàn)象時(shí)，在閥門關(guān)到位的狀態(tài)下觀察執(zhí)行器凸輪是否將行程開關(guān)活塞頂桿頂死，當(dāng)觀察到凸輪并未將行程開關(guān)的活塞頂桿頂?shù)轿粫r(shí)說明行程開關(guān)力矩設(shè)置過小[9]，從而導(dǎo)致氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在ESD 氣路導(dǎo)通的狀態(tài)下一直進(jìn)行關(guān)閥操作，關(guān)位油罐的液壓油在動(dòng)力氣的驅(qū)動(dòng)下持續(xù)進(jìn)入執(zhí)行器擺缸內(nèi)，迫使擺缸內(nèi)的密封出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，從而使液壓油不斷進(jìn)入開位油罐，直至超出開位油罐頂部進(jìn)入開閥氣路，由于在執(zhí)行ESD 命令時(shí)先導(dǎo)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，因此液壓油從開閥氣路經(jīng)先導(dǎo)閥泄放口處噴出[10]。川氣東送某輸氣站場在執(zhí)行ESD 聯(lián)鎖測試中出現(xiàn)過此類現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場檢查確認(rèn)行程開關(guān)力矩設(shè)置過小，執(zhí)行器凸輪在閥門關(guān)位狀態(tài)下并未將行程開關(guān)活塞頂桿頂?shù)轿?，通過用扳手將行程開關(guān)的調(diào)節(jié)螺栓向外旋出消除了噴油現(xiàn)象，應(yīng)注意的是在調(diào)節(jié)過程中應(yīng)分步調(diào)節(jié)，前后調(diào)節(jié)螺栓的前后行程[11]，多次試驗(yàn)，直至調(diào)整至平衡狀態(tài)。

3.2 執(zhí)行器擺缸密封修復(fù)

氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常關(guān)閥過程中，動(dòng)力氣將關(guān)位油罐的液壓油進(jìn)入執(zhí)行器擺缸內(nèi)，驅(qū)使旋轉(zhuǎn)葉片旋轉(zhuǎn)，從而使擺缸內(nèi)的液壓油進(jìn)入開位油罐。但當(dāng)擺缸內(nèi)壁出現(xiàn)劃傷或密封襯墊出現(xiàn)損傷時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致密封出現(xiàn)問題，在關(guān)閥過程中液壓油會(huì)通過擺缸與密封襯墊的結(jié)合處進(jìn)入開位油罐中，到開位油罐的油位不斷上升進(jìn)而出現(xiàn)噴油現(xiàn)象。在處理此類問題時(shí)加強(qiáng)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)識別和過程控制[12]，在做好安全防范措施的情況下，將執(zhí)行器擺缸進(jìn)行拆卸解體（圖3），對擺缸內(nèi)壁劃傷處用光滑的油石光滑其表面[13]，在處理修復(fù)過程中要緩慢進(jìn)行，防止因操作不當(dāng)造成二次傷害，并對擺缸內(nèi)部進(jìn)行清洗，清除雜質(zhì)，防止再次劃傷，同時(shí)更換新的液壓油。檢查密封襯墊是否有損傷，如有損傷則進(jìn)行更換。應(yīng)特別注意的是由于拆卸解體擺缸工作相對繁瑣，為了防止造成誤判斷，可通過手動(dòng)液壓操作判斷是否由于執(zhí)行器擺缸密封問題造成噴油故障。用手動(dòng)液壓關(guān)閥操作時(shí)，正常狀態(tài)下，閥門關(guān)到位后手動(dòng)泵裝置的液壓操作桿無法再進(jìn)行打壓操作，如需將液壓操作桿恢復(fù)至正常狀態(tài)，只能按下手動(dòng)泵裝置的平衡閥再進(jìn)行恢復(fù)，如果閥門關(guān)到位后，手動(dòng)液壓裝置還能繼續(xù)用液壓操作桿進(jìn)行上下壓動(dòng)打壓操作，則證明執(zhí)行器擺缸內(nèi)密封出現(xiàn)故障，需及時(shí)進(jìn)行修復(fù)處理。

圖3 執(zhí)行器擺缸拆卸維修

3.3 平衡油罐油位

開關(guān)油罐油位不平衡也是造成氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)噴油故障的重要原因之一，川氣東送某管理處轄區(qū)內(nèi)的4 座輸氣站場均出現(xiàn)過因油位不平衡而造成噴油現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)在執(zhí)行ESD 聯(lián)鎖測試時(shí)，氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行關(guān)閥動(dòng)作，當(dāng)開位油罐的油位明顯高于正常液位時(shí)，隨著關(guān)閥動(dòng)作的進(jìn)行，液壓油不斷向開位油罐流入直至超出油罐頂部位置發(fā)生噴油現(xiàn)象。在處理因油位不平衡造成的噴油故障時(shí)重新調(diào)整開關(guān)油罐的油位即可，Shafer 氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)油罐內(nèi)均配備油位檢尺，油位調(diào)整至規(guī)定位置即可[14]，當(dāng)閥門開度為45°時(shí)，則開關(guān)油罐的油位此時(shí)處于平衡狀態(tài)。

3.4 雜質(zhì)污物清理

由于在長輸管道輸送過程中難免存在雜質(zhì)[15]，這些雜質(zhì)難免會(huì)隨氣流進(jìn)入氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部管路。ESD 聯(lián)鎖測試時(shí)即使閥門關(guān)到位后，執(zhí)行器凸輪將行程開關(guān)活塞頂桿鎖死，但由于雜質(zhì)污物聚集到行程開關(guān)內(nèi)部密封處時(shí)，會(huì)造成行程開關(guān)密封不嚴(yán)，此時(shí)ESD 動(dòng)力氣依然處于導(dǎo)通狀態(tài)，關(guān)位油罐的液壓油在動(dòng)力氣的驅(qū)動(dòng)下持續(xù)進(jìn)入執(zhí)行器擺缸內(nèi)，在高壓驅(qū)動(dòng)下迫使擺缸內(nèi)的密封出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致開位油罐液位升高出現(xiàn)噴油現(xiàn)象。針對此問題可將行程開關(guān)拆卸清洗，排出聚集在密封處的雜質(zhì)污物，同時(shí)對氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)口處的濾芯進(jìn)行清洗[16]（圖4），如果濾芯失效，則更換新濾芯，增強(qiáng)氣質(zhì)過濾功能。需要注意的是當(dāng)長輸管道進(jìn)行清管作業(yè)時(shí)會(huì)清出大量污水、污泥以及粉末等雜質(zhì)[17-19]，更多地雜質(zhì)污物會(huì)聚集堵塞濾芯，使氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)口過濾器濾芯過濾性能降低，甚至損壞，因此在清管作業(yè)結(jié)束后要及時(shí)清洗濾芯或更換濾芯。

圖4 濾芯清洗

4 預(yù)防措施

在日常以及ESD 聯(lián)鎖功能測試之前提前對氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)開展維護(hù)措施，同時(shí)需加強(qiáng)日常設(shè)備管理工作。具體措施如下：

1）測試之前對氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)開關(guān)油罐的油位進(jìn)行檢測，保證油位處在正常狀態(tài)，若果出現(xiàn)油位不平衡及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，油位不足則及時(shí)添加。

2）及時(shí)對氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開關(guān)油罐以及執(zhí)行器擺缸進(jìn)行排污操作，排除沉積在底部的雜質(zhì)，如果液壓油存在變質(zhì)現(xiàn)象，則更換新的液壓油。

3）檢查進(jìn)口濾芯清潔狀況，如濾芯存在較多雜質(zhì)污物，用清洗劑進(jìn)行清洗，如濾芯失效，則及時(shí)更換新的濾芯。

4）輸氣站場設(shè)備完整性管理對設(shè)備安全運(yùn)行愈發(fā)重要[20-21]，加強(qiáng)設(shè)備日常管理力度，同時(shí)對員工開展氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)專業(yè)知識培訓(xùn)，防止在日常操作時(shí)對設(shè)備部件誤動(dòng)作（如員工對氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程開關(guān)力矩調(diào)節(jié)螺栓誤操作），影響設(shè)備性能。

5 結(jié)論

川氣東送某管理處針對輸氣站場進(jìn)出站氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在ESD 聯(lián)鎖測試過程中出現(xiàn)的噴油故障現(xiàn)象開展技術(shù)攻關(guān)小組，從設(shè)備結(jié)構(gòu)組成及原理入手，深層次解析故障發(fā)生的原因。通過上述故障處理方法能及時(shí)找到原因，及時(shí)處理，恢復(fù)設(shè)備性能。同時(shí)通過測試之前的預(yù)防措施，顯著降低了氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)噴油發(fā)生概率，在2016 年的春秋兩季ESD 聯(lián)鎖測試檢維修過程中某管理處4 座站場均未出現(xiàn)噴油故障，也說明了預(yù)防措施的有效性。

Shafer 氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以其優(yōu)良的性能及先進(jìn)性廣泛應(yīng)用于油氣長輸管道中，作為ESD 緊急停車系統(tǒng)的重要組成部分之一，保證其處于正常運(yùn)行狀態(tài)尤為重要。通過對川氣東送輸氣站場在ESD 聯(lián)鎖測試過程中出現(xiàn)的噴油故障現(xiàn)象進(jìn)行故障處理方法與預(yù)防措施探討研究，總結(jié)出以下三點(diǎn)建議：

1） 在處理噴油故障時(shí)，要結(jié)合Shafer 氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成及原理進(jìn)行分析，重點(diǎn)從行程開關(guān)力矩設(shè)置及密封性能、油罐油位是否正常以及執(zhí)行器密封性能入手，實(shí)際處理過程中存在多種因素并存現(xiàn)象。

2）在ESD 聯(lián)鎖測試之前首先對氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)開展設(shè)備維護(hù)工作，重點(diǎn)對油罐油位檢測、油罐與擺缸排污以及濾芯清潔檢查，使其均處于正常狀態(tài)。

3）為防止故障的發(fā)生，管理理念需改變，以預(yù)防為主為原則，強(qiáng)化檢維修與設(shè)備管理力度。