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

0 引言

輕質(zhì)油品在裝卸車過程中會有大量的油氣會揮發(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時油品損耗造成使資源浪費，而且因油氣揮發(fā)排入大氣同空氣混合產(chǎn)生燃易爆氣體帶來現(xiàn)場安全隱患，同時揮發(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，這對裝卸車作業(yè)人員的身體健康也會造成嚴重危害，尤其夏季這種現(xiàn)象更為嚴重。為了消除安全隱患、貢獻更高的環(huán)境空氣質(zhì)量及充分提高油品回收率創(chuàng)造利潤增長點，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程

油氣回收的原理是利用一種對油品有的獨特吸附能力的吸附材料活性炭和一定的工藝來完成的，當(dāng)油氣的混合物流過活性炭(特殊吸附材料)表面時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即達到油氣回收的目的。我公司引進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與操作站通過網(wǎng)絡(luò)通信完成程序控制，操作站的人機界面設(shè)有整個系統(tǒng)控制流程圖，主界面如圖1所示。由操作員通過遠程監(jiān)視及控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。設(shè)有登錄窗口，“自動運行”“時間控制”“調(diào)試模式”“手動模式”“系統(tǒng)報警”“數(shù)據(jù)查詢”“歷史曲線”“參數(shù)設(shè)定”模式。

這套裝置的工藝過程是由兩個交替起吸附、脫附作用的A罐、B罐組成，當(dāng)A罐處于吸附過程時，另一個B罐則處于脫附過程。以圖中目前狀態(tài)來說，當(dāng)現(xiàn)場來的油氣通過風(fēng)機C-101、電動三通閥進入吸附狀態(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活性炭后經(jīng)排空口排入大氣。同時當(dāng)B罐處于吸附過程時A罐則處于脫附過程，脫附過程是通過一個真空泵P-101對A罐進行降壓抽真空，即將A罐內(nèi)吸附在活性炭上的油組分與活性炭進行分離的過程，這個過程含有兩個非常重要的作用：(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。分離出來的油氣分子被真空泵P-101抽出，并經(jīng)管道從吸收塔T-101中部自下而上的進入吸收塔與塔內(nèi)自上而下的噴淋吸收用的同類油品進行逆向接觸完成吸收過程。 而這整改過程是由時間程序控制系統(tǒng)來使兩個罐(A罐、B罐)交替完成吸、脫附過程，從而達到連續(xù)生產(chǎn)的目的。

圖1 油氣回收工藝流程

2 電動調(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調(diào)節(jié)閥，型號是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)閥與韓國執(zhí)行機構(gòu)組裝而成[1]。

在我廠這套氣體回收裝置中共有5臺電動調(diào)節(jié)閥，位號分別是MHV-01，MHV-02，MHV-03，EBV-01，EBV-02，其中MHV-01，MHV-02，MHV-03擔(dān)負著氣體回收系統(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、扭矩等指標對系統(tǒng)的正常運行都有非常重要考究，靈敏度不行影響閥的開、關(guān)閉時間，角行程不夠影響閥門的密封性，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。因此每臺電動調(diào)節(jié)閥對氣體回收這套系統(tǒng)的正常運行都起著關(guān)鍵性的作用。

3 電動調(diào)節(jié)閥運行中存在的問題

3.1 故障現(xiàn)象

油氣回收系統(tǒng)的位號MHV-01，MHV-02，MHV-03這3個電動三通調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行A罐、B罐進行吸附、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行頻繁的狀態(tài)切換。這種頻繁動作會使調(diào)節(jié)閥的各種動作部件的負荷率增加而出現(xiàn)故障，往往會在工作過程中突然出現(xiàn)不工作現(xiàn)象，在維修檢查時用手輪將閥門轉(zhuǎn)動一定角度后重新啟動程序閥門就又能轉(zhuǎn)動，但旋轉(zhuǎn)到某一固定角度后就不再動了，再重復(fù)上述維修過程其結(jié)果同樣出現(xiàn)[2]。為了徹底弄清這種情況的故障對電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)進行了拆解后發(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與蝸桿已不能咬合，因此電動調(diào)節(jié)閥才會出現(xiàn)上述故障時如第一條所描述的現(xiàn)象。

3.2 電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)動作原理

基于此原因我們仔細的研究了電動三通調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)工作原理進行了剖析，電動機減速后首先通過編號9的第一傳動桿(1st Drive shaft)將力矩傳遞到離合器機構(gòu)中的編號22的螺旋齒輪(Belical gear)使其轉(zhuǎn)動，然后再由這個螺旋齒輪轉(zhuǎn)動來帶動編號10的第二傳動桿(2st Drive shaft)轉(zhuǎn)動，最后由第二傳動桿帶動與調(diào)節(jié)閥桿相連編號13的渦輪(worm gear)旋轉(zhuǎn)，進而給電動調(diào)節(jié)閥桿一個扭力使閥門轉(zhuǎn)動到開或關(guān)的位置。

3.3 PLC對電動執(zhí)行器的控制原理

本氣體回收裝置PLC對電動執(zhí)行器的控制原理非常簡單，當(dāng)PLC將信號送給馬達1號線時，馬達正轉(zhuǎn)閥開，當(dāng)PLC將信號送給馬達2號線時，馬達反轉(zhuǎn)閥關(guān)，3號線是公共端，假如當(dāng)PLC給一個關(guān)閥信號時B罐與真空泵連同，A罐與真空泵被截止，當(dāng)關(guān)閥信號使閥門達到全關(guān)位置并觸發(fā)極限開關(guān)時，極限開關(guān)將閥門狀態(tài)信號反饋給PLC，PLC接到指令切斷關(guān)閥信號1使關(guān)閥動作停止，因而完成一次調(diào)節(jié)動作過程。同理完成開閥動作。

4 電動調(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，由于這種電動調(diào)節(jié)閥是由江蘇惠利特公司采用韓國執(zhí)行器組合而成，因此廠家在設(shè)計制造這款調(diào)節(jié)閥時有可能存在組合設(shè)計不合理因素，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)閥盤根過緊造成閥門開閉扭矩過大使齒輪摩擦力增加；

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

第三是閥門維護保養(yǎng)潤滑不夠，如閥內(nèi)有積物沒有及時清理造成閥門在關(guān)，調(diào)節(jié)閥盤根調(diào)整不合適或潤滑不好也是造成扭力傳遞過大從而增大了摩擦損耗的原因。

第四是離合器箱內(nèi)潤滑油臟污，潤滑油內(nèi)有磨損的顆粒狀物質(zhì)，使第一傳動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，在與第一傳動桿摩擦期間將首先被磨損壞。

5 針對電動調(diào)節(jié)閥存在結(jié)構(gòu)缺陷問題的改進方法

本條是本論文論述的重點。對于本氣體回收裝置電動調(diào)節(jié)閥可能存在的設(shè)計及制造缺陷的改進方法是，就現(xiàn)有的電動調(diào)節(jié)閥對其執(zhí)行機構(gòu)進行改造，利用氣動活塞式執(zhí)行器取代電動執(zhí)行器的可行性進行探討，這主要基于以下六點看法。

(1)零配件采購不易，周期長，價格高。因電動調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行器為韓國進口產(chǎn)品，齒輪損壞后需要代理商從韓國訂購，采購周期長價格高，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多月，是公司減少了應(yīng)得的利潤效益。

(2)電動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護麻煩。因電動調(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，因極限開關(guān)調(diào)整與閥門極限位調(diào)整不方便需反復(fù)進行，工作量較大。

(3)采用氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)的優(yōu)點。采用氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)是以壓縮空氣為能源，具有結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推力大、本質(zhì)防爆、價格便宜、維修方便等獨特的優(yōu)點，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)行機構(gòu)，因而它是本裝置電動調(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，因此改造時不需要長距離的儀表風(fēng)線配管，能方便地把儀表凈化風(fēng)引入到氣動執(zhí)行器附近為其提供能源。

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

(6)壽命長、維護方便、簡單。氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，只要保證相應(yīng)的密封及潤滑就能長周期的可靠工作。

基于以上幾點原因，我認為根據(jù)電動調(diào)節(jié)閥上執(zhí)行器與閥體連接的螺孔距、閥桿連接形式、原電動調(diào)節(jié)閥的扭矩要求來確定氣動活塞式執(zhí)行器的選型，并根據(jù)上述電動調(diào)節(jié)閥的電氣工作原理，按技術(shù)改進后的電氣接線圖進行配置接線即可到達原電動執(zhí)行器相同的工作目的，特別是對極限開關(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

如果通過對電動執(zhí)行機構(gòu)為氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)成功，可以降低執(zhí)行機構(gòu)設(shè)備的故障率，使日常維護變得簡單，有效地降低裝置的維護成本，能有效提高油氣回收利潤，能大大降低安全風(fēng)險。