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浅析自动装车系统中气动二段式（三位式）装车球阀的应用原理及改进方案

  浅析自动装车系统中气动二段式（三位式）装车球阀的应用原理及改进方案

 
一、引言
       定量装车系统用于炼油厂、化工厂及一些中小型油库，可满足各种汽车和火车鹤管定量装车的自动化控制和管理需求。从开单销售、提货、装车到出库、核算、报表，每一个环节都可以有相应的软硬件功能支持。系统出错自动报警，操作自动记录，既可有效防止事故发生，又能防止操作上的人为错误，使操作和管理更完善。
 
1、 应用背景
 
       在化工厂，采用批量控制器对装车的批次量进行精确控制，利用变频技术实现了自动定量装车，提高了生产的效率。在原料卸车系统，积极推进自动卸车系统攻关，以潜油泵综合保护器、可编程控制器、变频器等硬件为基础，利用卸车中间罐液位为控制条件，实现了卸车自动开停泵，中间罐液位自动控制，有效防止了卸车液压泵空转带来的安全隐患，提高了卸车效率。大力推进储罐内浮盘舌型密封带、化工磁力泵等新技术的应用，有效减少了产品挥发，降低了产品损耗率，改善了作业环境。在铁路系统，进一步完善微机连锁、调度集中控制和调车无线监控项目，实现了储运厂铁路系统自动化集中控制作业。通过以上项目的实施，储运厂形成了具有自主创新水平的化工自动化装卸车系统、铁路自动化集中控制系统。
       在化工与油品装车系统应用中，由于控制阀的突然开关，容易造成管道中的压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为“水击”或“水锤”现象。“水击”产生的压力峰值往往比正常工作压力高好几倍，且常伴有巨大的振动和噪声，使液压系统产生温升，有时会使一些液压元件或管件损坏，并使某些液压元件（控制阀、流量计等）产生误动作，导致设备损坏。因此，在本系统设计主要目标之一，就是尽可能的消除控制阀的突然开关而产生的“水击”现象。除此之外还要求控制阀能达到以下要求：
    •防止喷溅式进液
    •低电压，低功耗，控制较简单
    •启闭工作可靠、无泄漏，便于维护
    •能较好地解决过冲问题，重复性误差小
    •能适应各种工艺，包括流速不稳定的单支和多支管路
    •为了保证系统的可靠性，提高装车精度单套装车系统结构如图1所示。
 
                                             
 
                                                         图1 单套装车系统结构示意图
 
2、杭州海沃气动二段式切断球阀 概述
 
2.1、 气动二段式切断球阀的作用
 
       杭州海沃气动二段式切断球阀可以在打开或关闭过程中停顿一次，能够根据系统要求精确控制流量，尤其适用于化工或油品装车系统中，例如阀门一次全部打开，开始装车，当流量接近设定值时，阀门关闭到小流量状态，当达到设定值时阀门全部关闭。小流量可以在0~45%之间现场设定，比如5%，8%，10%，15%等，最终达到精确控制。
 
 2.2、 气动二段式切断球阀的组成
 
        气动二段式切断球阀一般由单作用或双作用二段式气动执行器、阀体、减压阀、隔爆型限位开关和隔爆电磁阀五部分组成（如图2所示）。阀体材质，法兰标准，故障位置，电磁阀电压，防爆等级，电气接口，防护等级，环境温度等技术参数完全满足客户需求。
                        
 
                                            图2 杭州海沃二段式气动切断球阀
 
 2.3 、杭州海沃球阀特点
 
        由于该球阀应用于比较苛刻的工况场合（化工厂、石油石化等行业的罐区或者储运厂），现场环境可能有挥发性排放物、有毒气体等危险化学品，使用要求比较高，一般采用防火球阀较多。防火球阀有以下特点：
       采用固定球设计，相对运动部位均采用磨擦系数极小自润滑材料，因而操作扭矩小，此外密封润滑脂的长期密封，从而可以使我们的操作更加灵活。
       采用全通径或缩径设计，流通阻力小。增加了预紧力弹簧，使得球阀具有自动泄压功能。
       每个球阀都有两个可动密封座，两个方向都能密封，因而安装时不须考虑介质的流向。
       具有防火防静电结构，在阀杆与阀体及阀杆与球体之间设置导电弹簧，避免静电打火点燃易燃介质。达到API   607/API  6FA要求，确保系统安全。
       双层阀杆填料符合德国TUV TA-LUFT的阀杆泄露测试要求。
       耐火结构双重保护，当万一发生火灾而使密封圈烧损时，球阀的各个密封部位均能形成金属对金属的硬密封结构。
       自动泄压结构，当滞留在阀门中腔的液体介质由于温度升高而气化，从而中腔压力异常升高时，中腔介质能依靠本身的推力推动阀座而自动泄压，从而确保阀门安全。
 
2.4 、二段式气动执行器工作原理
 
2.4.1 、二段式气动执行器概述
        二段式气动执行器是一种特殊规格的气动执行机构，提供了0°、X（5°~85°）和90°的三位式操作方式，中间位置是依靠二个辅助活塞的移动产生的机械制动来实现的，中间位置是可调的，如90°行程的执行器能提供任意中间位置可调。出厂时中间位置已经设定完毕，如果现场需要调节，步骤如下：
    （1）松开二端保护套管；
    （2）用内六角扳手松开铜轴上的定位销；
    （3）用手旋转一段铜轴，设定更小流量，顺时针旋转铜轴，设定更大流量，逆时针旋转铜轴，调节后固定紧定位销，通气试验，看是否满足要求，如果不能，则需反复调整几次，直至满足要求；
    （4）在第四项控制步骤，第2步时，用手旋转另一段铜轴，保证二端在第四项控制步骤，第3步都同时紧密顶紧气缸端盖，同时受力，旋紧定位销；
    （5）盖好二端保护端盖。
 
2.4.2 、双作用二段式气动执行器工作原理（以气开为例，气关只需把执行器调转180°）
 
         对于双作用二段式气动执行器，主要是考虑气源发生故障时要求阀门保持原位，就选用其作为驱动部件。
        a.、双作用二段式气动执行器（配2个电磁阀）
 
                  
         图3 双作用二段式气动执行器（配1个二位五通电磁阀+1个二位三通电磁阀）
 
                      
 
        控制原理见图3，以装车为例，具体过程为电磁阀1带电，阀门全部打开，进行装车；当接近设定值时，电磁阀2带电，电磁阀1失电（注意电磁阀2带电3秒后电磁阀1失电），阀门进入小流量状态；当流量达到设定值时，电磁阀2失电，阀门全部关闭。
    b、双作用二段式气动执行器（配3个电磁阀）
 
                        
                        图4 双作用二段式气动执行器（配3个二位三通电磁阀）
        控制原理见图4，以装车为例，如一开始需要进入小流量状态，逻辑顺序就会比只配二个电磁阀（图1所示）更为直接，具体过程为电磁阀1和电磁阀2失电，电磁阀3带电，阀门在小开度运行，进行装车；当需要全部打开时，电磁阀1和电磁阀3带电，电磁阀2失电；当装车差不多时，阀门进入小流量状态，电磁阀1失电，电磁阀2带电（注意电磁阀1失电3秒后电磁阀2带电），当流量达到设定值时，电磁阀3失电，阀门全部关闭。
 
 2.4.3 、单作用二段式气动执行器工作原理（以气开为例，气关只需把执行器调转180°）
 
        对于单作用二段式气动执行器，主要是考虑气源发生故障时要求阀门关闭（或者打开），就选用其作为驱动部件。
 
                         
                             图5 单作用二段式气动执行器（配2个二位三通电磁阀）
 
                       
        控制原理见图5，以装车为例，如一开始需要进入小流量状态，具体过程为电磁阀1和电磁阀2同时带电，阀门在小开度运行，进行装车；当需要全部打开时，电磁阀1失电，；当装车差不多时，阀门进入小流量状态，电磁阀1带电；当流量达到设定值时，电磁阀1和电磁阀2同时失电，阀门全部关闭。
 
3、 改进方案
 
3.1、气动调节球阀组成部分
 
         用二段式气动执行器目的其实就是实现小流量调节，要实现阀门在小开度的自动调节，只需一个定位器便能实现此功能，该方案就变成由单作用或双作用气动执行器、阀体、定位器和减压阀四个部分组成。首先从配置上大大的减少组成部件，减少逻辑顺序，避免误操作，大大提高工作效率。
 
                                    
 
3.2 气动调节球阀工作原理
 
a、双作用气动执行器（配双作用定位器）
       主要考虑气源故障状态时要求阀门保持原位，选用双作用气动执行器，接受4-20mA输入信号，即可实现0-100%任意开度的调节。
b、单作用气动执行器（配单作用定位器）
       主要考虑气源故障状态时要求阀门关闭（或者打开），选用单作用气动执行器，接受4-20mA输入信号，即可实现0-100%任意开度的调节。
 
3.3 、调节曲线（如图6所示）
        通常O型球阀作为二位式开关作用，该方案主要考虑实际使用过程中只是起调节流量大小的作用，不要求调节特性，所以采用配置定位器模式能完全实现小流量调节的作用。
 
                             
                                    图6 “O”型球阀流量特性曲线（以DN100为例）
 
4、二段式球阀方案和改进方案（配定位器球阀）对比
 
        随着自动化程度越来越高，降低人的劳动强度，实现精确控制，提高生产效率是大势所趋，改进方案将会被越来越的工厂所采用，其相比较常规二段式球阀方案比较有如下特点：
       组成部件少，从而故障率大大减少，成本也随之降低，性价比高；
       改进方案操作方便，可以自动给定任意开度；而二段式球阀的逻辑顺序比较复杂，容易出现误操作；
       小开度的设定，二段式球阀非常麻烦，需要人工对机械部件进行调整，尤其对于大的执行机构，比较费时费力；
       改进方案维护简单方便，二段式球阀维护比较复杂。
 
5 、结束语
 
       改进方案（配定位器球阀）经过近一年半的运行，在装车时运行稳定、控制精确、操作简单、维护方便和易于扩展，由此可见改进方案可以有效的替代传统的二段式球阀方案。其应用前景也是非常可观的。
 
 
 
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