閥門(mén)電動(dòng)執(zhí)行器常見(jiàn)故障分析

祝守麗李 勇馬志榮肖 剛傅俊義田 雨吳 波劉雙全黃 波

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油工程系；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司新疆油田油氣儲(chǔ)運(yùn)分公司；3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道廊坊輸油氣分公司）

新疆某油庫(kù)在工藝改造中，戶(hù)外新增安裝的Hite well VAD系列智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電動(dòng)執(zhí)行器）主要分布在混油泵區(qū)、綜合閥組區(qū)和罐區(qū)，原油工藝上有117個(gè)、消防系統(tǒng)上有8個(gè)，共計(jì)125個(gè)。新投用的電動(dòng)執(zhí)行器先后有30多個(gè)電動(dòng)閥出現(xiàn)故障，共發(fā)生故障約60次，直接影響配比、進(jìn)站越站生產(chǎn)，帶來(lái)安全隱患。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)、安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，筆者調(diào)查分析了電動(dòng)執(zhí)行器頻繁出現(xiàn)的故障。

1 故障統(tǒng)計(jì)

某油庫(kù)工藝改造新增的電動(dòng)執(zhí)行器由電機(jī)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及集成控制電路等組成［1］。投用后125個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器故障的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況匯總?cè)鐖D1所示。

從圖1中可以看出，站場(chǎng)電動(dòng)執(zhí)行器故障頻數(shù)65次，故障率52.0%，主要是限位丟失、機(jī)油泄漏、開(kāi)關(guān)電機(jī)異響、轉(zhuǎn)換手柄切換到手動(dòng)不動(dòng)作及自動(dòng)關(guān)斷等故障［2～4］。

由現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，限位丟失和機(jī)油泄漏是電動(dòng)執(zhí)行器故障率高的主要原因，這兩項(xiàng)因素共占電動(dòng)執(zhí)行器故障因素的80.0%。如果限位丟失和機(jī)油泄漏故障次數(shù)降低，那么電動(dòng)執(zhí)行器的故障率就會(huì)大幅降低。

2 故障原因分析

分析電動(dòng)執(zhí)行器限位丟失和機(jī)油泄漏故障的原因，首先需要分析造成兩類(lèi)故障的末端因素，具體如下：

a.造成限位丟失故障的末端因素主要是電控系統(tǒng)不穩(wěn)定；

b.造成機(jī)油泄漏故障的末端因素主要是密封件存在問(wèn)題，檢修、保養(yǎng)計(jì)劃不健全；

c.造成故障的外在因素主要是天氣惡劣、配件質(zhì)量差，人為因素主要是相關(guān)人員責(zé)任心差，而且管理部門(mén)對(duì)相關(guān)員工的培訓(xùn)不到位。

2.1 電控系統(tǒng)不穩(wěn)定

該油庫(kù)使用的電動(dòng)執(zhí)行器中安裝的是第二代電控系統(tǒng)（增加了漢化功能），陸續(xù)投用后，發(fā)現(xiàn)電控系統(tǒng)存在不穩(wěn)定情況。一些執(zhí)行器投用不久就出現(xiàn)限位丟失故障，次數(shù)較多，都不在合理?yè)p壞周期內(nèi)，而且在正常操作的情況下，時(shí)常出現(xiàn)死機(jī)、遲緩現(xiàn)象［5］。

故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，電動(dòng)執(zhí)行器使用時(shí)間不長(zhǎng)，而且出現(xiàn)故障次數(shù)多，說(shuō)明電控系統(tǒng)不穩(wěn)定是造成限位丟失的主要原因。

2.2 密封件問(wèn)題

投用不久的多個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器密封漏油屬于不正常現(xiàn)象。解體其中一個(gè)執(zhí)行器后發(fā)現(xiàn)電控系統(tǒng)里有泄漏的機(jī)油，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油腔殼體與其他部件接觸面有細(xì)小的砂眼，是砂眼造成電控系統(tǒng)里有滲漏的機(jī)油。檢查所有電動(dòng)執(zhí)行器，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油腔殼體與其他部件接觸面有砂眼的共45個(gè)，占電動(dòng)執(zhí)行器總數(shù)的36%。投用時(shí)間不長(zhǎng)，沒(méi)有在合理?yè)p壞周期內(nèi)，且數(shù)量較多［4］。

2.3 檢修、保養(yǎng)計(jì)劃不健全

閥門(mén)機(jī)械傳動(dòng)部分與電動(dòng)執(zhí)行器傳動(dòng)相輔相成。如果閥桿缺少潤(rùn)滑油脂潤(rùn)滑，機(jī)械傳動(dòng)吃力，電動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作頻率高、速度快，難以避免地受到?jīng)_擊，不但易導(dǎo)致機(jī)械傳動(dòng)部位出現(xiàn)問(wèn)題［4］，也會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行器潤(rùn)滑油脂泄漏。因此，檢修計(jì)劃不周全、定期潤(rùn)滑保養(yǎng)不到位、配件更換不及時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行器不確定性漏油、配件損壞等故障的發(fā)生。

經(jīng)調(diào)查，沒(méi)有較為切實(shí)可行的電動(dòng)執(zhí)行器檢修、保養(yǎng)計(jì)劃?，F(xiàn)場(chǎng)存在機(jī)械故障部位缺油、漏油現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)，先后有11個(gè)安裝電動(dòng)執(zhí)行器的閥門(mén)閥桿缺少潤(rùn)滑油脂潤(rùn)滑，開(kāi)關(guān)吃力，其中有5個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器故障漏油（這5個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器潤(rùn)滑油腔殼體與其他部件接觸面沒(méi)有砂眼），占缺油閥門(mén)的45%。由此可見(jiàn)，閥門(mén)缺油致使電動(dòng)執(zhí)行器故障漏油。

3 整改措施

3.1 改造、更換電控系統(tǒng)

電動(dòng)執(zhí)行器的工作原理如圖2所示。安裝在馬達(dá)輸出軸上的力矩傳感器利用壓電原理把電機(jī)蝸桿反作用推力直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)且與輸出力矩成比例。利用霍爾效應(yīng)的磁性脈沖計(jì)數(shù)器，可以精確測(cè)量執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程，無(wú)需使用任何齒輪和開(kāi)關(guān)。計(jì)數(shù)器接收到的脈沖信號(hào)最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)［6］。

圖2 電動(dòng)執(zhí)行器的工作原理

控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程控制輸入采用光電隔離接口，能抵御2kV高壓。執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部供電控制電源24V（DC）。 “ON”最小電壓 20V，“OFF”最大電壓3V，信號(hào)最短時(shí)間150ms。遠(yuǎn)程模擬量控制可以按比例控制閥門(mén)開(kāi)度。

經(jīng)與Hite well上海分公司技術(shù)人員聯(lián)手，研制出第三代電控系統(tǒng)，主要的改造部件見(jiàn)表2［7］。改造前后的電控系統(tǒng)如圖 3、4所示。

表2 第三代電控系統(tǒng)主要改造部件

圖3 第二代電控系統(tǒng)

圖4 第三代電控系統(tǒng)

第三代電控系統(tǒng)研制成功后，先對(duì)1#混油泵進(jìn)出口閥上安裝的兩個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器（2011#、2012#）更換第三代電控系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的觀察，系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)定，只出現(xiàn)1次限位丟失故障［8，9］。實(shí)際應(yīng)用表明：第三代電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更合理、控制程序穩(wěn)定、漢化系統(tǒng)功能加強(qiáng)，遠(yuǎn)紅外功能穩(wěn)定，也更適應(yīng)新疆極端惡劣氣候。

3.2 修復(fù)潤(rùn)滑油腔殼體的砂眼

解體一個(gè)漏油的電動(dòng)執(zhí)行器，蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在執(zhí)行器內(nèi)部中間，里面充溢著潤(rùn)滑油。電動(dòng)執(zhí)行器的法蘭接口如圖5所示，紅色箭頭指示的部位是其潤(rùn)滑油腔殼體與其他部件的接觸面。仔細(xì)檢查滲漏機(jī)油部位，在潤(rùn)滑油腔殼體與其他部件接觸面找到幾處極細(xì)小的砂眼。

圖5 電動(dòng)執(zhí)行器法蘭接口

經(jīng)研究，對(duì)有砂眼的45個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)的潤(rùn)滑油腔殼體與其他部件接觸面涂抹粘膠，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的觀察，沒(méi)有出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。為避免其他執(zhí)行器出現(xiàn)此種情況，剩余的80個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)都涂抹了粘膠。

3.3 制定檢修保養(yǎng)計(jì)劃

針對(duì)檢修、保養(yǎng)計(jì)劃不健全的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際，制定切實(shí)可靠的檢修保養(yǎng)計(jì)劃［10］。

首先，指定專(zhuān)人負(fù)責(zé)針對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器和閥門(mén)相輔相成的特性制定相應(yīng)的檢修、保養(yǎng)計(jì)劃，并規(guī)定：

a.每個(gè)月檢查電動(dòng)執(zhí)行器部件是否完好、機(jī)油是否變質(zhì)；

b.每隔3個(gè)月保養(yǎng)所有閥門(mén)，清洗并加注閥桿潤(rùn)滑油脂；

c.下雪后及時(shí)清除電動(dòng)執(zhí)行器上的積雪，保證電器元件不因受潮而發(fā)生腐蝕。

制定好檢修、保養(yǎng)計(jì)劃后，要求全體油庫(kù)人員遵照?qǐng)?zhí)行，并按時(shí)做好檢修保養(yǎng)記錄。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)Hite well電動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行了為期兩個(gè)月的整改效果檢查，采取整改措施后，電動(dòng)執(zhí)行器限位丟失故障只發(fā)生了1次，機(jī)油泄漏故障再未發(fā)生。此次改造，降低了電動(dòng)執(zhí)行器的故障率，延長(zhǎng)了電動(dòng)執(zhí)行器配件的使用壽命，節(jié)約了維修成本；消除了安全隱患，避免了事故帶來(lái)的直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失，降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了輸油生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，保障實(shí)現(xiàn)了全年安全生產(chǎn)。