ESD 联锁测试中气液联动执行机构喷油故障处理与预防

王正刚

（中石化川气东送天然气管道有限公司）

随着安全理念的愈发重视，ESD 紧急停车控制系统现在广泛应用于长输管道及石油化工企业，实现在异常事故状况下安全紧急联锁停车、放空等功能[1-4]。根据GB 50251—2015 要求输气站场联锁应具备紧急截断阀关闭与紧急放空阀打开功能[5]，川气东送各输气站场ESD 系统的主要功能是完成站场紧急情况下的切断和放空工作，在ESD 关断被触发后，ESD 系统将根据级别立即紧急关断相关的ESDV 阀、SSV 阀、ROV 阀，并紧急打开相关的BDV 放空阀。在日常各输气站场会定期开展ESD 联锁性能测试，测试过程中多次出现了进出站截断阀的Shafer 气液联动执行机构在执行关阀操作时出现先导阀喷油现象，出现此现象时严重影响了执行机构设备正常性能，如不及时处理会给站场ESD 功能带来严重安全隐患。通过故障处理方法以及预防措施来消除喷油故障带来的安全隐患，提高设备运行完好率。

1 ESD 联锁测试

川气东送输气站场在每年的春秋两季大型检维修过程中，ESD 联锁功能测试作为自控部分重要检修项目之一，在测试实施中要对参与逻辑的现场设备进行带负载测试（图1）。ESD 联锁测试包括ESD一级泄压关断、ESD 二级保压关断以及ESD 三级区域关断性能测试，其中在进行ESD 一级、二级测试过程中，现场的进出站截断阀在气液联动执行机构驱动作用下均要进行关阀操作。

2 进出站气液联动执行机构ESD关阀原理

进出站的Shafer 气液联动执行机构主要包括控制器、驱动器以及液压操作系统三部分[6]。在正常情况下，自控ESD 机柜给电磁阀2 常带电（图2），处于正常开启状态，一旦出现紧急情况下执行ESD命令时ESD 电磁阀失电关闭，同时将ESD 电磁阀到行程开关与先导阀的管路气体进行泄放，行程开关活塞在没有压力的作用下导通ESD 气路，动力气通过提升模块进入到负责关阀功能的油罐，驱动液压油使旋转叶片执行器关阀动作[7]。此外，ESD 关阀的同时，由于ESD 电磁阀到先导阀之间的气体泄放，先导阀在没有压力的作用下会处于关闭状态，进而切断开阀控制气路，保证气液联动执行机构在接到ESD 关阀命令的同时，即使接到开阀命令也不会执行开阀动作，保证了ESD 关阀操作具有最高优先级[8]。

图1 输气站场ESD 流程

图2 进出站气液联动执行机构控制原理

3 喷油故障处理

3.1 行程开关力矩调整

行程开关作为气液联动执行机构控制ESD 气路的重要节点部位，在正常关阀状态下，当阀门关到位后，气液联动执行机构执行器配备的凸轮装置会在关位状态下迫使行程开关锁死ESD 气路，使其处于截断状态，从而使气液联动执行机构在没有动力气的作用下停止关阀动作。当进出站的气液联动执行机构在ESD 联锁测试中出现喷油故障现象时，在阀门关到位的状态下观察执行器凸轮是否将行程开关活塞顶杆顶死，当观察到凸轮并未将行程开关的活塞顶杆顶到位时说明行程开关力矩设置过小[9]，从而导致气液联动执行机构在ESD 气路导通的状态下一直进行关阀操作，关位油罐的液压油在动力气的驱动下持续进入执行器摆缸内，迫使摆缸内的密封出现渗漏现象，从而使液压油不断进入开位油罐，直至超出开位油罐顶部进入开阀气路，由于在执行ESD 命令时先导阀处于关闭状态，因此液压油从开阀气路经先导阀泄放口处喷出[10]。川气东送某输气站场在执行ESD 联锁测试中出现过此类现象，经现场检查确认行程开关力矩设置过小，执行器凸轮在阀门关位状态下并未将行程开关活塞顶杆顶到位，通过用扳手将行程开关的调节螺栓向外旋出消除了喷油现象，应注意的是在调节过程中应分步调节，前后调节螺栓的前后行程[11]，多次试验，直至调整至平衡状态。

3.2 执行器摆缸密封修复

气液联动执行机构正常关阀过程中，动力气将关位油罐的液压油进入执行器摆缸内，驱使旋转叶片旋转，从而使摆缸内的液压油进入开位油罐。但当摆缸内壁出现划伤或密封衬垫出现损伤时，则会导致密封出现问题，在关阀过程中液压油会通过摆缸与密封衬垫的结合处进入开位油罐中，到开位油罐的油位不断上升进而出现喷油现象。在处理此类问题时加强作业风险识别和过程控制[12]，在做好安全防范措施的情况下，将执行器摆缸进行拆卸解体（图3），对摆缸内壁划伤处用光滑的油石光滑其表面[13]，在处理修复过程中要缓慢进行，防止因操作不当造成二次伤害，并对摆缸内部进行清洗，清除杂质，防止再次划伤，同时更换新的液压油。检查密封衬垫是否有损伤，如有损伤则进行更换。应特别注意的是由于拆卸解体摆缸工作相对繁琐，为了防止造成误判断，可通过手动液压操作判断是否由于执行器摆缸密封问题造成喷油故障。用手动液压关阀操作时，正常状态下，阀门关到位后手动泵装置的液压操作杆无法再进行打压操作，如需将液压操作杆恢复至正常状态，只能按下手动泵装置的平衡阀再进行恢复，如果阀门关到位后，手动液压装置还能继续用液压操作杆进行上下压动打压操作，则证明执行器摆缸内密封出现故障，需及时进行修复处理。

图3 执行器摆缸拆卸维修

3.3 平衡油罐油位

开关油罐油位不平衡也是造成气液联动执行机构喷油故障的重要原因之一，川气东送某管理处辖区内的4 座输气站场均出现过因油位不平衡而造成喷油现象的发生。当在执行ESD 联锁测试时，气液联动执行机构进行关阀动作，当开位油罐的油位明显高于正常液位时，随着关阀动作的进行，液压油不断向开位油罐流入直至超出油罐顶部位置发生喷油现象。在处理因油位不平衡造成的喷油故障时重新调整开关油罐的油位即可，Shafer 气液联动执行机构油罐内均配备油位检尺，油位调整至规定位置即可[14]，当阀门开度为45°时，则开关油罐的油位此时处于平衡状态。

3.4 杂质污物清理

由于在长输管道输送过程中难免存在杂质[15]，这些杂质难免会随气流进入气液联动执行机构内部管路。ESD 联锁测试时即使阀门关到位后，执行器凸轮将行程开关活塞顶杆锁死，但由于杂质污物聚集到行程开关内部密封处时，会造成行程开关密封不严，此时ESD 动力气依然处于导通状态，关位油罐的液压油在动力气的驱动下持续进入执行器摆缸内，在高压驱动下迫使摆缸内的密封出现渗漏现象，进而导致开位油罐液位升高出现喷油现象。针对此问题可将行程开关拆卸清洗，排出聚集在密封处的杂质污物，同时对气液联动执行机构的进口处的滤芯进行清洗[16]（图4），如果滤芯失效，则更换新滤芯，增强气质过滤功能。需要注意的是当长输管道进行清管作业时会清出大量污水、污泥以及粉末等杂质[17-19]，更多地杂质污物会聚集堵塞滤芯，使气液联动执行机构进口过滤器滤芯过滤性能降低，甚至损坏，因此在清管作业结束后要及时清洗滤芯或更换滤芯。

图4 滤芯清洗

4 预防措施

在日常以及ESD 联锁功能测试之前提前对气液联动执行机构开展维护措施，同时需加强日常设备管理工作。具体措施如下：

1）测试之前对气液联动执行机构开关油罐的油位进行检测，保证油位处在正常状态，若果出现油位不平衡及时进行调整，油位不足则及时添加。

2）及时对气液联动执行机构的开关油罐以及执行器摆缸进行排污操作，排除沉积在底部的杂质，如果液压油存在变质现象，则更换新的液压油。

3）检查进口滤芯清洁状况，如滤芯存在较多杂质污物，用清洗剂进行清洗，如滤芯失效，则及时更换新的滤芯。

4）输气站场设备完整性管理对设备安全运行愈发重要[20-21]，加强设备日常管理力度，同时对员工开展气液联动执行机构专业知识培训，防止在日常操作时对设备部件误动作（如员工对气液联动执行机构行程开关力矩调节螺栓误操作），影响设备性能。

5 结论

川气东送某管理处针对输气站场进出站气液联动执行机构在ESD 联锁测试过程中出现的喷油故障现象开展技术攻关小组，从设备结构组成及原理入手，深层次解析故障发生的原因。通过上述故障处理方法能及时找到原因，及时处理，恢复设备性能。同时通过测试之前的预防措施，显著降低了气液联动执行机构喷油发生概率，在2016 年的春秋两季ESD 联锁测试检维修过程中某管理处4 座站场均未出现喷油故障，也说明了预防措施的有效性。

Shafer 气液联动执行机构以其优良的性能及先进性广泛应用于油气长输管道中，作为ESD 紧急停车系统的重要组成部分之一，保证其处于正常运行状态尤为重要。通过对川气东送输气站场在ESD 联锁测试过程中出现的喷油故障现象进行故障处理方法与预防措施探讨研究，总结出以下三点建议：

1） 在处理喷油故障时，要结合Shafer 气液联动执行机构结构组成及原理进行分析，重点从行程开关力矩设置及密封性能、油罐油位是否正常以及执行器密封性能入手，实际处理过程中存在多种因素并存现象。

2）在ESD 联锁测试之前首先对气液联动执行机构开展设备维护工作，重点对油罐油位检测、油罐与摆缸排污以及滤芯清洁检查，使其均处于正常状态。

3）为防止故障的发生，管理理念需改变，以预防为主为原则，强化检维修与设备管理力度。