電動閥在機場油庫的應用及故障分析

馬 駿

中國航空油料有限責任公司河北分公司 河北石家莊 050000

電動執(zhí)行機構是一種自動控制領域的常用機電一體化設備，是自動化儀表的三大組成部分（檢測設備、調節(jié)設備、執(zhí)行設備）中的執(zhí)行設備。電動閥主要是對一些設備和裝置進行自動操作，控制或調節(jié)設備開關，代替人工作業(yè)。電動閥在使用過程中，外部環(huán)境及自身設計對其穩(wěn)定性都會產生不同程度的影響。如電動閥產品質量不符合標準，或施工單位未按要求進行布線與安裝調試，或者使用單位操作與維護保養(yǎng)方式不當，最終導致出現(xiàn)故障。應用于機場油庫的電動閥常與油罐液位等重要參數進行聯(lián)鎖，實現(xiàn)安全保護功能，同時參與日常自動收發(fā)油換罐等作業(yè)，其重要性可想而知，如果電動閥無法正常開閉到位或失控，將嚴重影響機場油庫的安全穩(wěn)定運行。

1 電動閥在機場油庫的應用

1.1 電動閥代替人工現(xiàn)場手動操作閥門

電動閥最基本的功能是實現(xiàn)控制室遠程開閉閥門。

1.2 電動閥的安全聯(lián)鎖功能

根據民用運輸機場供油工程設計規(guī)范（MH5008—2017）13.4.1 要求“儲罐進、出口電動閥與液位控制器報警信號應聯(lián)鎖。儲罐進、出口電動閥應互鎖”。（MH5008—2017）13.4.2 要求“收油入庫總管電動閥及輸油泵與儲罐高高液位控制器報警信號應聯(lián)鎖”。（MH5008—2017）13.5.2 要求“航油儲罐應設置進油操作閥與高高液位報警開關之間、出油操作閥與低低液位報警開關之間的聯(lián)動，實現(xiàn)進、出油作業(yè)的緊急關閉功能”。（MH5008—2017）13.5.3 要求“航油供油系統(tǒng)的緊急關閉系統(tǒng)應包括啟停裝置（ESD 按鈕）、聯(lián)鎖停泵、聯(lián)鎖關閥、聲光報警、超控等功能，并應具備在線診斷和定期檢測功能”。同時，一些運輸機場的機坪管道系統(tǒng)設置了電動隔斷閥，緊急關閉系統(tǒng)觸發(fā)停止按鍵后除停止加油泵外，還設置了同時關閉加油泵出油總管的電動閥及相應觸發(fā)管段對應的電動閥，以最大限度地切斷危險源的蔓延。

1.3 電動閥用于機場油庫緊急切斷系統(tǒng)

對電動閥進行防火措施與應急供電電源改造后，可作為大型常壓儲罐的緊急切斷閥使用，具體根據《油氣儲存企業(yè)緊急切斷系統(tǒng)基本要求（試行）》要求：“電動型執(zhí)行機構應配備應急電源（如UPS、EPS、應急發(fā)電機組等），并采取火災安全保護措施，滿足SH/ T3005- 2016 第10.3.7.11 條的要求”。

1.4 無需人工干預，實現(xiàn)機場油庫自動化作業(yè)

例如，經過軟件編程，按照停泵、關閉發(fā)油罐出口電動閥、打開備發(fā)罐出口電動閥及啟動發(fā)油泵的邏輯順序，可實現(xiàn)發(fā)油油罐的自動切換；按照關閉收油罐進口電動閥（設置關閉程度，不關到位）、打開備收罐進口電動閥（設置打開程度，不開到位）、關到位收油罐進口電動閥及開到位備收罐進口電動閥的邏輯順序，可實現(xiàn)不停泵自動收油換罐的功能，電動閥在整個自動作業(yè)過程中起著重要的執(zhí)行作用。

1.5 應用于消防自控系統(tǒng)

根據《石油庫設計規(guī)范》（GB50074- 2014）15.1.11 要求：“一級石油庫消防泵的啟停、消防水管道及泡沫液管道上控制閥的開關均應在消防控制室實現(xiàn)遠程啟?？刂?，總控制臺應顯示泵運行狀態(tài)和控制閥的閥位信號”。這就要求必須使用電動閥來實現(xiàn)遠程操作及消防系統(tǒng)一鍵啟動滅火等應急功能。

2 電動閥的常見故障

下面以廣泛應用于機場油庫的ROTORK IQ 系列電動閥為例進行電動閥常見故障分析。

2.1 電動閥無法關到位，出現(xiàn)內漏

ROTORK IQ 系列電動閥可通過設定的兩種方式實現(xiàn)停轉。一種是限位停轉，即當閥門開、關到達預先設定好的開閥、關閥位置后，電機立即停轉；另一種是力矩停轉，即當閥門開、關瞬時力矩到達預先設定好的開閥、關閥力矩后，電機實現(xiàn)停轉。所以，當力矩設置過小或關到位行程設置過高，便會造成閥門關閉不嚴，出現(xiàn)閥門內漏的情況[1]，可通過重新設置停轉參數解決此類問題。

2.2 電動閥無法停留在設定位置

當開閉電動閥時，若閥位不能停留在設定的行程位置，閥桿與閥體可能發(fā)生發(fā)生頂撞，此時可通過在線設定器重新設置適當的參數，以及檢查電動閥內置9V 電池電壓是否偏低等方法來解決此類故障，注意電池電量低可能造成主控報警故障，更換電池后需重新設置參數。

2.3 電動閥開關到位閥位顯示錯誤

當電動閥在全開位置時，液晶顯示屏全關指示綠燈點亮，并顯示全關閥位指示條，可能是內置9V 電池低電量的原因造成的。當電動閥供電電源關斷后，且內置9V電池低電量時，會造成電動閥存貯器內的記錄數據丟失，造成閥位紊亂，若恢復供電電源時，則會出現(xiàn)上述故障，此時液晶顯示屏會顯示執(zhí)行器報警圖標與電池報警圖標。電池報警可以通過將電動閥斷電，更換9V 電池，由于執(zhí)行器1 個小時檢查一次電池狀態(tài)，更換電池后，電池報警圖標將繼續(xù)顯示1 個小時，直到下一次檢測到電池狀態(tài)為良好，電池報警圖標方會消失。再對電動閥重新上電，使用在線設定器重新進行關閥限位設定，設定完成后關閥指示綠燈點亮。此時，執(zhí)行器報警圖標將消失，同樣方法進行開閥限位設定。

2.4 閥位丟失

電動閥供電電源斷電后，若電動閥顯示窗不顯示閥位，則應首先檢查是否內置電池電量不足，若更換電池后仍不顯示閥位，則需檢查內置主板是否出現(xiàn)故障[2]。

2.5 開關閥門過力矩

新安裝的閥門經調試后，通常開閉比較順暢，阻力比較小。但是閥門隨著使用年限的增長，閥門磨損程度增加，閥芯與閥座磨損變形以及操作保養(yǎng)不當，可能會出現(xiàn)閥門卡澀等情況，導致開閉阻力增加[3]，閥門開閉過程中的力矩會增加，導致過力矩故障報警，此時通過檢查閥門機械故障與調整開閉力矩或行程設置的方法可以解決，注意調整行程設置時一定要確保閥門可以關到位。同時，由于閥門內部流通介質的熱脹冷縮造成的體積變化也可能引起開閉力矩增加。

2.6 電動執(zhí)行機構操作異常

當ROTORK IQ 系列遠程或近控電動開閉閥門時，若出現(xiàn)閥門執(zhí)行開或關動作2～3 秒后停止，如此反復的情況下，無論電動還是手動開閉閥門，閥位開度指示無變化，則說明電動閥供電電源及控制電路正常，是內部計數器板卡故障。此時，可通過斷電更換內部計數器模塊的方法解決此類問題。

3 電動閥的典型故障案例分析

3.1 電動閥因閥板與閥桿脫落導致無法打開

案例描述：進行電動閥（明桿閘閥）遠程開啟操作時，電機轉動，且顯示窗閥位變化，同時閥桿也跟著旋轉，而電動閥實際未開啟。

問題排查與分析：由于該電動閥類型為明桿閘閥，正常開啟與關閉時，閥桿只是上下運動，沒有旋轉的動作，故上述閥桿在電動閥開啟過程中跟著電機動作而旋轉為異常情況，分析判斷為閥門本身機械故障，經閥門拆解檢查，發(fā)現(xiàn)閥桿與閘板脫落，進行閥桿復位，重新與閘板焊接固定后，該故障解除。

3.2 電動閥頻繁力矩跳斷故障

案例描述：電動閥在開閉過程中，頻繁出現(xiàn)過力矩報警，導致閥門動作中斷，造成閥門無法完全打開或關閉。

問題排查與分析：力矩跳斷就是當電動閥開閉過程中產生的力矩到達所設定的開閥或關閥力矩值時，執(zhí)行器停止運行，用以保護設備本身及閥門不被損壞。根據分析，判斷故障原因主要分為機械故障與參數設置問題兩種。針對機械故障，檢查電動閥傳動機構，是否有卡澀、缺少潤滑或填料過緊的情況，經檢查無機械故障，則考慮電動閥開關限位設置對力矩的影響。電動閥在實際動作過程中，關閥限位偏關與開到位偏開都會導致力矩增大，可以在確保電動閥關到位的前提下，將電動閥關閥限位往偏開方向調整，重新標定關閥限位，以減小關閥力矩。同樣方式調整開閥限位，以減小過力矩，解決力矩跳斷故障。

3.3 ROTORK電動閥遠程控制功能偶發(fā)性故障

案例描述：油罐進出口電動閥遠程控制功能時好時壞，重新對電動閥供電電源斷送電后，電動閥遠程開閉操作功能恢復，而數小時或數天后再次遠程操作失靈，反復如此。問題排查與分析：當電動閥遠程控制失靈時，按照從控制柜信號發(fā)出到現(xiàn)場電動閥信號接收的順序，依次進行故障排查。

（1）首先使用萬用表檢查PLC 控制柜對應電動閥控制線是否有信號輸出，檢查正常。

（2）檢查電動閥信號線防雷模塊是否對信號傳輸的穩(wěn)定性產生影響，使用熔斷器短接防雷模塊后，雖然暫時恢復正常，但依然出現(xiàn)電動閥遠程控制偶發(fā)性故障。檢查信號線防雷模塊本身是否故障，拆除防雷模塊后測量內部阻值，存在接觸不良，阻值偏大的情況，進行更換。

（3）罐區(qū)電動閥采用RS485 總線通訊方式，按照ROTORK 電動閥廠家要求，電動閥全部采用手拉手方式進行連接，最后一個電動閥接120Ω 末端電阻，故其中一個電動閥的通訊線路出現(xiàn)問題，則會影響后面連接的所有電動閥的通訊。經對現(xiàn)場電動閥全部開蓋檢查，檢查線路連接情況，發(fā)現(xiàn)8 個電動閥中有5 個電動閥的信號線屏蔽層現(xiàn)場未做絕緣保護，并與金屬外殼接觸，由于電動閥外殼已接地，從而導致信號線屏蔽層兩端接地（屏蔽層在控制柜端已經一端接地），會影響信號傳輸穩(wěn)定性。對信號線屏蔽層現(xiàn)場端重新做絕緣保護后，滿足信號線一端接地要求。

（4）檢查電動閥供電電源配電箱，8 個電動閥供電電源開關指示燈有3 個故障，雖然供電開關可以正常斷送電，由于電動閥采用三相供電，電源指示燈取其中一相供電，故若指示燈內部短路，則可能導致電動閥三相供電不平衡，從而影響電動閥正?？刂?，故對電動閥供電電源防爆配電箱開蓋檢查，更換故障電源指示燈。

按上述內容進行排查整改后，罐區(qū)8 個油罐進出口ROTORK 電動閥遠程控制功能偶發(fā)性故障消失。

4 結論

現(xiàn)如今，電動閥在機場油庫中的應用已經非常普遍，不同電動執(zhí)行機構的工作原理大同小異，也存在著許多共性問題，應用單位在日常工作中要善于總結與分析排故解故的經驗，提升維保人員的技術水平，以便在日常維護或處理故障時，可以準確定位，快速解決，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。文中對電動閥在機場油庫的應用，常見故障及典型案例進行了詳細介紹與分析，以期對同行業(yè)單位具有借鑒意義。