0 引言

    原油長輸管道主要是將油田或者碼頭的原油輸送至煉化企業，為煉化企業提供煉油原材料。目前，長輸管道大都采用密閉常溫輸送或者密閉加熱輸送工藝，為煉廠提供穩定的原油。對于密閉輸送管道，常采用MOKVELD氣動調節閥來實現管道進出站壓力和管道壓力波的自動調節。常規的氣動調節閥執行機構采用氣開或者氣關的安全保護模式。由于原油管道輸油工藝的特殊性，要求調節閥出現故障時應處于保位狀態。

    1 出站壓力調節系統

    原油管道的出站調節系統主要包括調節閥、截止閥、出站壓力流量檢測儀表以及泵入口匯管壓力檢測儀表等。系統中所有檢測參數上傳至站控制系統和調度中心，并在其工作站進行顯示和控制等。調節閥作為調節系統的執行終端，接收調度中心和工作站控制系統的控制命令，實現管道的進出站壓力自動調節，同時參與到全線的水擊超前保護系統中。輸油站場調節閥采用MOKVELD氣動調節閥，并設置獨立的供氣系統為其提供氣源。

    2 調節系統控制原理

    2.1 調節閥控制原理

    MOKVELD氣動調節閥是軸流式活塞型閥門，活塞在閥體內水平運動。活塞通過閥桿控制活塞桿水平運動，實現閥門的開關動作。調節閥采用了帶有電氣定位器的雙作用執行機構，獨立的供氣系統為執行機構提供氣源。電氣定位器將站控制系統提供的4～20mA電流信號轉換為0.02～0.1MPa的標準氣壓信號。氣壓信號控制氣動放大器的進氣或者排氣，氣動放大器與執行機構的氣缸相連。此時，若氣缸下路進氣，則上路排氣，閥桿向上移動，閥門打開；反之，閥桿下移，閥門關閉。閥門到達與控制信號相對應的閥位后，定位器的兩路氣壓輸出達到平衡，氣動放大器不再進氣或排氣，閥門停止移動。執行機構氣缸內氣體變化，從而推動閥桿上下移動，并帶動活塞桿左右移動，使閥門在全行程上移動。調節閥控制原理圖如圖1所示。

                                                                  圖1 調節閥控制原理圖

    2.2 電氣定位器控制原理

    FISHERDVC6010電氣定位器是基于微處理器將電信號轉換成氣動信號的儀表。微處理器將給定值與閥門形成的反饋值進行比較，當出現偏差時，微處理器依據偏差的大小和方向輸出一個驅動信號。該驅動信號通過電氣（I/P）轉換器，將電信號轉換成氣動信號，再通過氣動放大器放大，按照位置方向輸出給氣動執行機構。執行機構依據接收的信號A或者信號B進行上下移動，從而使閥門開度在全行程上進行移動。電氣定位器控制原理圖如圖2所示。

圖2 電氣定位器控制原理圖

    3 現有調節閥安全模式

    3.1 方案分析

    氣動調節閥實現了出站壓力的調節控制，電氣定位器能夠使其在全行程上進行移動。執行機構可以連續地做增壓或者減壓的調整，以達到較好的控制效果。但調節閥執行機構存在故障狀態下安全模式選擇的問題。安全模式的選擇首先要保證生產的安全性，其次是生產的連續性。由于長輸管道的特殊性，要求當調節閥出現故障時，調節閥處于保位狀態。

    3.2 保位措施

    調節閥的故障狀態有斷氣、斷電和斷信號三類。

    在斷氣故障狀態，連接到液壓單元的氣壓信號中斷，液壓單元的內部液壓油路被關閉。由于液體是不可以壓縮的，液壓缸內的閥桿無法移動，因此執行機構被鎖定，實現保位功能。由于供氣管線安裝有壓力變送器，當調節閥出現斷氣故障時，站控制系統發出氣源壓力低報警信號，提醒工作人員及時處理并檢查調節閥狀態信息。

    在斷電故障狀態，由于控制系統電源采用在線式不間斷電源（UPS）供電，且后備電池時間為2h，因此調節閥不考慮斷電時的保位措施。

    在斷信號故障狀態，DVC6010無法切斷液壓單元的氣壓信號，因此無法實現保位功能。

    4 改造后調節閥安全模式

    針對斷信號故障狀態下無法實現保位功能的問題，對調節閥執行機構進行改造。在電氣定位器和執行機構之間加裝電磁閥，控制室增加信號保護模塊，實現調節閥斷信號保位功能。改造后調節閥控制原理圖如圖3所示。

圖3 改造后調節閥控制原理圖

    正常狀態下，電磁閥處于常開狀態。將定位器輸出的信號A和信號B與氣源壓力進行比對，并由氣動放大器將差值信號附加在膜盒的兩側，從而推動閥桿上下動作，使膜盒上下壓力達到平衡。當出站壓力、進泵匯管壓力出現波動時，由調節閥閥桿帶動活塞桿動作，使調節閥處于平衡狀態，確保出站壓力控制在設定值。

    當出現斷信號故障時，信號保護模塊檢測到控制信號中斷，則立刻停止對電磁閥供電，電磁閥掉電自動關閉，切斷液壓單元的氣壓信號，從而使液壓單元的內部液壓油路關閉。

    5 安裝調試及應用

    安裝完成后，首先對調節閥原有的開閥、關閥、調節功能進行測試，通過調節參數值，設定其性能，使其與改裝前保持一致，實現調節功能。其次，測試其斷氣保位功能。最后，測試其斷信號保位功能：通過系統軟件屏蔽信號進行測試，此時電磁閥關閉，調節閥停止動作，上位機顯示調節閥開度不變；解除屏蔽后，電磁閥打開，調節閥正常工作。同時，通過解除信號線進行測試，同樣電磁閥關閉，調節閥停止動作，上位機顯示調節閥開度不變；接通信號線后，電磁閥打開，調節閥正常工作。

    6 結束語

    本文提出了一套對調節閥增加電磁閥和信號保護模塊的設計方案，實現了調節閥的故障保位功能。目前已完成對輸油站場調節閥的改造，并已成功應用于原油管道進出站調節系統。實際應用證明，對于密閉輸送管道，調節閥的保位功能切實保障了原油的順利輸送，確保下游設備和管道的安全。

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