浅谈SHAFER气液联动执行机构驱动器密封故障对阀门控制的影响

摘要：对于长距离、高压力的天然气输送管道，SHAFER气液联动执行机构是应用较为广泛的一种控制和安全保障设备。该设备实现了输气站场进出站工艺流程关断、越站、ESD系统及线路截断等功能。SHAFER气液联动执行机构通过驱动器内密封件有效隔离开关位液压油产生的液压差传递动力源，最终驱动阀门进行相关动作，若密封件发生故障，液压差无法形成，将严重影响关键阀门的正常运行，给管道安全生产带来重大隐患。

Abstract： For long-distance and high-pressure gas pipelines， SHAFER gas-hydraulic actuator is widely used as a control and security equipment， which has achieved the following functions of the gas transmission station： entry and exit process shutdown、crossing station， ESD system， line truncation and so on.This actuator works by the seals in the drivers， which can efficiently isolate the hydraulic oil besides the switch in order to bring about the hydraulic pressure which will transfer power to drive the valves to finish the related actions. If the seal fails， the hydraulic pressure will not happen， which will seriously affect the normal operation of critical valves and come to be a serious hidden danger to pipeline production safety.

关键词：执行机构；驱动器密封；故障处理

Key words： actuator；seal of the driver；failure process

中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）11-0135-03

0 引言

SHAFER气液联动执行机构以管道中输送的气体作为执行器的动力，在气液缸中将气压变为油液压差，液压差驱动旋转叶片在驱动器内旋转进而带动阀杆转动。驱动器内密封件是液压差形成的重要部件，其性能好坏直接影响到整个执行机构的正常运行，通过对SHAFER气液联动执行机构的基本结构及工作原理的了解，能够更为有效的发现和判断驱动器密封件是否故障，并及时采取更换措施，从而大大提高应急事件发生时关键阀门有效动作的成功率。

1 SHAFER气液联动执行机构的基本结构、工作原理

如图1所示，SHAFER气液联动执行机构主要由检测管线阀门上下游压力和压降速率信号功能的电子检测控制系统单元（简称电子控制单元）、控制器、驱动器、液压操作系统及辅助部件组成。控制器功能：导通动力气的引进流程、切换阀门开关方向、动力气的过滤。驱动器功能：将动力气的气压在气液罐中变为液压，推动叶轮装置作旋转运动，带动阀杆转动。液压操作系统功能：导通手动泵至驱动器流程，手动泵排出的油压直接作用在驱动器叶轮上，带动阀杆转动。

工作原理：如图2所示，当远程操作（或电控单元）发出开（或关）阀命令，相应电磁阀控制储气罐高压天然气压能驱动开（或关）液压罐内的液压油使旋转叶片向开（或关）方向旋转，带动阀门进行开（或关）操作。而驱动器密封出现问题将直接影响执行机构的任何动作。

2 SHAFER气液联动执行机构驱动器密封故障分析及处理

2.1 问题描述

某SHAFER气液联动阀门动作时从消音器处喷油，阀门全关到位后使用手动液压泵关阀，仍然能进行下压行程，但阀门却不再动作。

2.2 故障分析

阀门全关到位后仍然能进行手动液压关阀行程，而阀门没有动作，说明液压油能从关缸串油到开缸，驱动器内密封发生故障，导致阀门动作缓慢，开缸油位、关缸油位异常，引起执行机构动作完成后发生喷油现象。

导致驱动器密封件故障的原因大致有如下几点：①SHAFER气液联动执行机构的动力气直接来源于输气管道中的高压天然气，天然气常含有细小的固体杂质，正常情况下，动力气经过滤器过滤掉大部分杂质后再进入执行机构。若过滤器损坏，则天然气将细小固体杂质直接带入执行机构液压油中，经过长时间积累，液压油中的杂质越来越多，当阀门执行开关操作时，液压油中的杂质与驱动器中密封件之间相互作用摩擦，频繁的摩擦将导致密封件最终损坏，因此日常运行中，需要对过滤器进行定期维护和更换。②与SHAFER气液联动执行机构配套的阀门在长输管道中担任关键作用，当发生紧急事件或者重大流程变更时，该阀门才会进行开关动作，由于内部结构长时间没有运转而形成卡阻等因素导致阀门阀体扭矩过大，需要驱动阀门动作的执行机构产生的扭矩也相应增大，驱动器中密封件两端的液压差进一步增加，当超过最大承受力时，将导致密封件损坏，因此应对该类阀门进行定期内部清洗、注脂维护和开关动作，确保内部结构之间的有效配合。

2.3 故障处理

对故障SHAFER气液联动执行机构解体、更换驱动器密封、再修复与再组装、维修后进行功能测试。

2.3.1 准备工作

①将阀门调整到全关位。②关闭执行机构动力气源，进行放空，确保内部无高压气体。③在控制机柜将连接该执行机构所有信号线、控制线进行断电及拆除处理。

2.3.2 执行机构解体

①拆卸执行机构阀位指示器、接线盒、引压管，导出并存放驱动器内液压油。②使用吊车牵引住执行机构控制器及液压操作系统，将其进行分离。③拆下位置指示器及驱动器底部与阀门连接螺栓，将驱动器从阀门上拆除。

2.3.3 驱动器解体，更换密封件

①解体驱动器。驱动器结构如图3所示，拆下顶盖和套管固定螺栓，为避免青铜衬套损坏，需用“A框”或千斤顶将顶盖垂直拉出，再拉出转子，卸下调节块上的止动螺母，将止动器推入执行器卸下来。

②驱动器组件维护。清洗所有组件。其中，执行器气缸和顶盖均为密封面，必须保证完全光滑才能紧密贴合。若气缸和下盖有划痕、磨损或腐蚀，应进行适当的保养，用砂布打磨，转子转动时径向划痕不会影响密封效果，因此打磨时必须按径向打磨。若下盖有较深的划痕，则用一块平滑的油石光滑其表面。

③更换驱动器密封，组装驱动器。将长方形转子和定子密封件备用的一条边进行一次切割加工，保证切面平整光滑。将密封件浸泡在之前驱动器导出的液压油中待用。

按程序对驱动器进行再组装：先将止动器安装在执行器内部，更换转子密封，用薄的测隙尺形成一小滑道将密封按到气缸的边缘，慢慢地将转子装回执行器内，用橡皮锤定位。安装完成转子，再将更换密封后的定子装上，最后安装上盖，完成驱动器的重新组装。

2.3.4 执行机构重新安装及功能测试

①将驱动器安装到阀门上，紧固底部连接螺栓，安装位置指示器。②安装执行机构控制器及液压操作系统，回装引压管及添加液压油，对驱动器排污和排气，确保其内部充满干净液压油，并调整好两个气液罐油位。③安装接线盒，完成接线及上电。④将执行机构ESD复位杆复位，缓慢升压并验漏，恢复到正常状态。⑤对阀门进行远程开关、就地气动开关、就地手动开关、ESD动作等功能测试，经数次测试，排除偶然性影响，阀门有效动作几乎无失误。

3 结论及建议

如何进行判断、分析和处理SHAFER气液联动执行机构出现的各类问题，是关键阀门在天然气长输管线上安全运行的重要保障和前提。其中，驱动器密封件作为SHAFER气液联动执行机构的关键部件，当出现故障或者损坏后，将严重影响执行机构对关键阀门的有效控制，因此，应及时分析故障发生原因，并采取相应的维修或更换措施。在日常运行中，应掌握SHAFER气液联动执行机构的性能和特点，制定科学的维护和定期保养计划，采取及时准确的故障处理方法，才能保障设备的安全、可靠运行，从而发挥最大经济效益。

参考文献：

[1]杨发平.输气工必读[M].中国石化出版社，2006.

[2]王志辉，杨海英.shafer气液联动执行机构喷油故障分析与防治[J].科技创新导报，2014（35）：38-39.

[3]肖旺，冯亮，黄伟.Shafer气液联动执行机构存在问题分析及对策探讨[J].机电信息，2012（15）.