成品油管道电动执行机构力矩故障分析及改进20150906难点.docx

稿号：201508011 上传时间2015/9/6成品油管道电动执行机构力矩故障分析及改进王云峰（中国石化销售有限公司华中分公司，湖南长沙 410000）摘要： 执行机构在使用中会出现各种故障，其中力矩故障最为频繁。本文通过对阀门不同部位摩擦力的变化及阀门限位的分析，找出了产生力矩故障的原因。针对不同的原因结合成品油管道的特点，采取力矩保护参数修改、限位调整、阀杆及填料润滑保养、阀门排渣润滑、定期加换油等措施，通过在成品油管道中的实践应用，取得了较好的效果。关键词： 电动执行机构；故障分析；力矩报警Analysis and improvement of the torque failure of the electric actuator in product oil pipelineWANG YUNFENG（Central Branch of Sinopec Sales Co., Ltd.，Changsha, Hunan 410000，China）Abstract: According to the structural principle of t the electric actuator, this paper analyzes the reasons of the frequent torque failure of the torque. The corresponding solutions are put forward according to the characteristics of different reasons.Keywords：Electric actuator; fault analysis; torque alarm引言：电动执行机构以电源为动力，无需配套建设空压站等设备，因此在长输管道上得到了广泛应用。某销售公司成品油管道使用国产及进口多种类型电动执行机构，它的可靠运行直接影响管输作业的顺利进行以及油品的质量。电动执行机构使用中，力矩报警是造成执行机构故障的首要原因。1 原理电动执行机构由电动机、接线箱、控制板、位置计数器、控制旋钮、减速机构或轴套、手轮组成。执行机构接收控制系统发出的控制信号，与反馈信号比较计算后，经伺服放大器放大，由控制板输出控制信号，驱动电机运转，减速器或驱动轴套带动阀门运转。执行机构采用脉冲编码器来测量和控制阀门行程；由力矩传感器测量阀门实时力矩。执行机构具备自诊断功能，可以对电源缺相、相序、电机过热、过力矩、阀门限位、阀门状态进行诊断显示。执行机构带力矩保护功能，一旦阀门力矩超过设定值，执行机构立即停止运转，防止损坏设备。啊伺服放大器位置发送器减速器控制板电机M输入信号反馈信号电动执行机构工作原理图2 常见故障电动执行机构在使用中，不可避免的出现各种故障。根据现象、部位及原因，常见故障主要有力矩故障、电源故障、电池故障、电机过热、电动不动作、远程控制故障、调节精度低、显示屏故障、手轮故障、控制板故障等。表1为某销售公司湖南管道2014年6月至2015年6月期间执行机构发生的故障统计，通过对表格进行分析:1年时间内，执行机构共发生故障约56台次，其中力矩故障发生32台次，占比为57.1，故障率最高。表1 执行机构故障统计表故障类型力矩故障电源故障电池故障电机过热电动不动作远程控制故障手轮故障调节精度低显示屏故障控制板故障台次3211211121233原因分析及措施执行机构的力矩和阀门填料、阀杆、阀座、阀门运行中的摩擦力、阀芯承受的力、阀杆、铜套或减速机构的摩擦力有关，任何一个力的变化都可能影响到执行机构的输出力矩。不同的阀门具有不同的力矩运行曲线，对于蝶阀，阀门运行中的摩擦力是可以忽略的；对于楔式闸阀，开启和关闭力矩都非常大，其它行程时只有填料摩擦力和螺纹摩擦力。 因此，引起力矩故障的，不仅和执行机构本身有关，也和阀门本体密切相关。3. 1保护力矩值设置过小保护值设置过小会造成执行机构频繁报警无法工作。阀门新投用时，相关的阻力较小，开关较为顺畅，所以力矩值一般按照厂家推荐值设置，设置为额定力矩的40%-60%之间。随着阀门使用年限加长，阀门相关的阻力逐渐变大，此时应适当增大力矩值。湖南管道二期管线投用后，管道开始提压运行，阀门的压差变大，此时阀门的力矩也相应变大。3.2设计采购阶段执行机构选型错误执行机构的输出力矩和阀门额定转矩有关，选型时应根据阀门正常动作时需要的转矩放大2-3倍后选择，避免大口径阀门选择小力矩执行机构，否则会造成执行机构无法顺利驱动阀门动作；同样应避免小口径阀门选择大力矩执行机构，否则会造成阀杆弯曲损坏。3.3 阀门限位设置不正确电动执行机构首次投用前需根据阀门机械限位设置执行机构的关和开限位，而阀门在全开或全关时力矩最大。湖南管道二期管线施工人员在新阀门调试时，为保证阀门能严密关闭或完全打开，将阀门开关限位设置在这两个位置的极限，使用中造成执行机构力矩报警；老阀门在使用中，由于阀芯和阀座磨损变形，阀门的开关限位也发生了变化，若仍采用之前的开关限位也将造成执行机构力矩报警。3.4 阀杆变形及填料润滑不良阀杆长期使用后缺乏润滑，或者阀杆变形造成摩擦力变大；丝杆进行力的传递，长期缺乏润滑使用会造成丝杆划痕拉伤甚至丝扣变形；另外丝杆表面长期积聚灰尘异物等，也会造成摩擦力变大；阀门阀杆处有石墨环、石墨绳、四氟等填料，填料压盖过紧造成摩擦力变大；长时间使用后，由于填料干燥龟裂或变形，甚至灰尘异物积聚在填料压盖处长时间摩擦，造成填料函损坏变形，摩擦力变大。以上摩擦力叠加造成阀门动作的力矩变大，一旦超过执行机构力矩值，产生力矩报警。3.5 阀座密封圈变形脱落对于闸阀或者浮动密封球阀，密封圈有松动脱落现象，阀芯运行到此位置时造成卡涩或卡死，此时闸板、阀门球体无法顺利上下活动或旋转，执行机构产生力矩报警。此种故障在成品油管道上多次碰到，多发生在使用年限久或者输油泵出入口等高压差动作频繁的阀门上。3.6 阀座结渣阀芯结垢阀座上积聚过多渣子后，造成阀板卡涩，无法关到最初设定的关限位，此时强行开关阀门产生力矩报警；球阀长时间使用后球体表面结垢，摩擦力变大。湖南管道由于连续运行，介质内渣子沉积在阀座沟槽内，而球阀阀芯也曾多次出现过结垢现象。没有排出渣子或阀芯清洗之前以前执行机构经常产生力矩报警现象；。3.7执行机构润滑不良执行机构内部机械传递部件需有润滑油润滑，油质变差或缺油运转造成摩擦力过大、过载，产生报警。执行机构正装时，加换油比较容易操作；但部分执行机构采用侧装，此时润滑油正常油位不能充分对机械传递部件润滑，而且润滑油加油口和排油口并排布置，加换油就比较困难。侧装时，一旦润滑油缺失，无法及时发现和补充。3.8驱动铜套故障对于多回转直行程电动执行机构，采用铜套和阀门丝杆连接。由于铜套和执行机构本体之间靠三爪或者两爪连接，长期使用后，爪子或铜套磨损，产生变形或者裂纹，严重时抱死无法动作，此时执行机构力矩报警。4 采取的措施4.1 修正执行机构力矩值对于因设备老化力矩变大的阀门，将执行机构力矩值进行修正，修正时按5%进行梯级递增，当满足使用要求时就进行参数保存，修改前首先应对阀门检查，排除阀门卡涩现象，也应避免一次增大过多造成阀门损坏。湖南管道二期管线投用后，管道开始提压运行，阀门的压差变大，此时力矩也相应变大，对于此种情况，适当对部分力矩报警的执行机构进行力矩修正。通过修正，大部分执行机构力矩报警现象消失。4.2 设计时加强沟通 对于新建项目，在执行机构选型时，必须做好建设方、设计方、阀门及执行机构生产厂家之间的沟通衔接。阀门型号确定后，及时将阀门的结构、力矩参数传递给设计院和执行机构厂家，然后进行执行机构的选型。4.3 重新设置阀门限位对于新阀门安装调试后，应逐一对限位进行检查确认，可电动开或关闭阀门，再手动反向扳动手轮，若能轻松转动且阀位产生变化，则说明设置正确；若手轮转动困难，则说明限位设置不正确，需重新设置限位。设置时，将阀门全关后，将手轮开向转动1/2圈左右，将此时的位置设为执行机构的关限位；将阀门全开后，将手轮关向转动1/2圈左右，将此时的位置设为执行机构的开限位。对于使用年限较久的阀门，也可按上述方法重新设置限位。4.4 加强阀杆、填料维护保养 对于阀杆、填料部分引起的摩擦力变大，我们要求站场操作人员加强日常维护保养，定期对阀杆进行清洁和润滑，对于阀杆脏污较多的，清除污垢后加润滑脂，并将阀杆填料窗口盖子封闭，避免灰尘积聚；对于填料干燥龟裂变形，安排检修人员更换填料函。4.5 阀门解体检修 对于阀座密封圈变形脱落引起的力矩故障，必须将执行机构从阀门上拆卸下来，对阀门解体检修，对阀门阀座研磨，并更换损坏的密封圈。对于铜套故障，必须将执行机构和阀体分离，检查铜套磨损程度，必要时重新加工，安装前在铜套内涂抹润滑脂。 4.6 定期对阀门排渣及润滑保养 成品油管道上一些阀门长时间使用后产生渣子沉积现象，为保证阀门灵活好用，我们要求站场定期通过排渣口对阀门进行排渣，部分渣子结块甚至无法顺利排出，需用钢筋疏通或者细钢丝刷伸入阀座内对内部的渣子和沟槽进行清理。对于球阀，一般都具备清洗和润滑的接口，为保证使用效果，要求站场定期用清洁剂清洗并用注脂枪加润滑脂润滑。4.7 定期检查及加换润滑油 执行机构需润滑油润滑冷却，长时间使用后油品会变差，密封不严润滑油会流失。因此必须定期对润滑油检查。检查时可打开放油口，放出少量润滑油，观察油品有无乳化、变色、分层、含水或渣子沉积，若有则说明油品品质变差，必须进行更换；打开注油口，用干净的铁丝深入油腔内，检查油品油位，若油位低则需补充润滑油。对于需要侧装的场合，选型前需和厂家进行沟通，避免加换油口并排。5 改进后的效果 针对不同原因产生的力矩故障，加强了日常的使用和维护保养；并对执行机构的相关参数重新设定，大部分力矩故障得以解决。改进后至今两个月时间内，未发生过执行机构力矩故障现象，设备故障率大幅下降。4 结束语执行机构力矩故障的原因是方方面面的，不只和执行机构本身有关，也和阀门本体密切相关。使用前应进行科学选型，使用中应根据执行机构及阀门结构，加强日常维护并合理设置参数。只有如此，才能保证设备可靠使用，发挥其作用。参考文献：1高天云，史家林.RK-Z系列智能电动执行机构性能的特点及应用J.自动化与仪器仪表.2004（1）：57-582苏海东.执行器的分类与发展J.机械工程与自动化.2004（1）：17-183车金刚.浅谈电动执行机构发展和典型故障处理.科技视界.2005(1):3