劉明慧 秦統(tǒng)昌

中國石油天然氣第一建設(shè)有限公司 河南洛陽 471023

在醇胺法脫硫裝置中，基于離子交換的胺液凈化系統(tǒng)可有效凈化胺液，因而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。胺液凈化撬裝設(shè)備內(nèi)儀表較多， 僅氣動控制閥門就多達18 臺；每一個氣控閥門都需要單配3 根電氣管線和1 根儀表風(fēng)線，線路敷設(shè)繁瑣；且撬裝框架空間大小僅為2m（長）×2.5m（寬）×2.3m（高），布線空間狹小，實施難度大。因此，急需采用一種省時、省料、省空間的儀表設(shè)計方案，而閥島的出現(xiàn)解決了這一難題。閥島與胺液凈化撬裝設(shè)備的數(shù)字化控制相適應(yīng)，其控制系統(tǒng)采用了電控氣的集成控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)不僅節(jié)省了閥門布線空間（省去以往大量的電路、氣路控制管線材料及安裝連接步驟），而且提高了胺液凈化撬裝設(shè)備的自動化程度。

本文以胺液凈化撬裝設(shè)備為例，介紹了閥島的特性、組成、選型及在撬裝設(shè)備氣控系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)點。閥島外觀實物如圖1 所示。

圖1 閥島外觀實物圖

1 閥島的工作原理

閥島是一種集氣動電磁閥、控制器、電信號輸入/輸出模塊于一體的整套系統(tǒng)控制單元。閥島可以將氣動電磁閥、控制器及電信號輸入/ 輸出模塊以多種組合方式靈活地組裝成為一個整體，用戶端只需將控制總線與閥島電信號輸入/ 輸出模塊相連，再用氣管將電磁閥的輸出口連接到相應(yīng)的氣動閥門執(zhí)行機構(gòu)上，通過上位機對其進行程序編輯，即可完成閥門所需的控制任務(wù)。

2 閥島的基本特性

閥島的基本特性如下：

（1）自動化程度高。閥島具有可調(diào)節(jié)噴射脈沖，同一閥島可以輸出多種不同的壓力，并且采用集中供氣、集中排氣，減少了進、排氣時間。

（2）接口形式多樣，方便用戶選擇?？蛇m用于各種流行的工業(yè)現(xiàn)場總線，如AS-i 接口、多針插頭接口、PROFIBUS DP 接口等，方便現(xiàn)場設(shè)備與上位機之間的通訊。

（3) 故障診斷迅速。閥島具有自診斷功能，可準(zhǔn)確預(yù)測或?qū)ふ夜收?，提高了系統(tǒng)的可靠性及可控性。

（4）功耗低、響應(yīng)快速。閥島控制功率大部分在1～2W，最小為0.35～0.5W；響應(yīng)時間10～20ms，可滿足各工況條件下對閥門起停時間的要求。

3 閥島的組成及選型

本文所述閥島是目前最新形式——模塊式閥島。閥島由控制器模塊、電磁閥、電信號輸入/ 輸出模塊組成。閥島中央為控制器模塊；閥島右側(cè)為電磁閥，每1個或2 個電磁閥裝在帶有統(tǒng)一氣路、電路接口的閥座上，閥座的次序可以自由選定，個數(shù)可增減；閥島左側(cè)為電信號輸入/ 輸出模塊，提供完整的電信號輸入/輸出接口。以下就閥島模塊化電信號輸入/ 輸出元件接口形式和閥島模塊化氣動元件的組成做詳細說明，并以胺液凈化撬裝設(shè)備的閥島選型為例，探討如何對閥島進行選型。

3.1 模塊化電信號輸入/ 輸出元件接口形式

模塊化電信號輸入/ 輸出元件一般指閥島電信號輸入/ 輸出模塊與上位機接口的連接形式，接口有多種形式，包括單個接口、多針插頭接口、AS-i 接口、CPI現(xiàn)場總線接口等。

（1）單個接口：是指單塊氣路板，用于遠離閥島的驅(qū)動器，通過標(biāo)準(zhǔn)4 針M8 插頭（EN 60947-5-2)建立電氣連接。單個接口的閥島通用性強，對控制器無特殊要求，并且其驅(qū)動器具有極性容錯功能。閥島插座上帶有LED 顯示器和保護電路，分別用來顯示閥的工作狀態(tài)和防止過電壓保護。在工程上單個接口的閥島成本比較高，通常不被選用，一般用單個電磁閥和單氣路管線代替。

（2）多針插頭接口：通過多芯電纜連接多針插頭的接口形式，將上位機的控制信號傳輸?shù)介y島，大大減少了安裝時間。多針插頭接口的閥島可配備最多24 個電磁線圈，相當(dāng)于4～24 片單控閥或2～24 片雙控閥或兩種規(guī)格的組合。其頂蓋上不僅有電氣多針插頭，而且還帶有LED 顯示器和保護電路。

（3）AS-i 接口：其顯著特點是數(shù)據(jù)信號和電源電壓由同一根2 芯電纜同時傳輸。電纜形狀、顏色有不同標(biāo)識，方便用戶排除極性錯誤。對于AS-i 接口形式，每個模塊通常提供4 個地址，因此一個AS-i 閥島可安裝4 個單控閥或2 個雙控閥。

（4）CPI 總線形式：用于CPI 安裝系統(tǒng)的閥島帶CP 接口用于連接上位機現(xiàn)場總線節(jié)點或控制模塊。一個總線接口可實現(xiàn)分散輸入/ 輸出單元的驅(qū)動，其閥島的驅(qū)動有多種協(xié)議，常采用PROFIBUS DP 總線協(xié)議與上位機通訊。CPI 總線設(shè)備將分散的輸入/ 輸出單元串接起來，最多可連接4 個分支。每個分支可包括16 路輸入和16 路輸出，并且通過總線電纜可以同時輸出電源和控制信號。CPI 總線形式一般用于閥門集中（最多可用于64 個閥門）的開關(guān)控制。

（5）閥島模塊化電信號輸入/ 輸出元件的選型原則為：根據(jù)用戶所需控制接口、通訊接口的形式及控制閥門的數(shù)量來確定模塊化電信號輸入/ 輸出元件的型號。胺液凈化撬裝設(shè)備有18 臺閥門需要邏輯控制，根據(jù)控制閥門數(shù)量、通訊接口形式，閥島模塊化電信號輸入/ 輸出元件選型為經(jīng)濟型的多針插頭接口。多針插頭接口形式的閥島最多可以控制24 路輸出，滿足18臺電磁閥的控制需求。所以此撬的閥島選用多針插頭接口，頂蓋上的多針插頭采用27 芯EXAIIT4，其作用是將上位機控制信號通過多芯電纜傳輸?shù)介y島，控制閥島完成各項預(yù)設(shè)功能。

3.2 模塊化氣動元件

模塊化氣動元件俗稱氣路系統(tǒng)，由氣路板和電磁閥組成。各氣路板由螺絲連接在一起，構(gòu)成閥體的支撐，氣路板主要用作閥島進氣和排氣的通道，以及每片閥驅(qū)動氣缸的工作氣路。氣路板之間一般由3 個螺栓緊固連接，單個端子部分可以隔離，通過旋開螺絲可以增加氣路板，確?？焖倏煽康財U展閥島。

閥島模塊化氣動元件的選型原則為：根據(jù)撬裝設(shè)備內(nèi)控制閥的數(shù)量來確定模塊化氣動元件的功能閥片、氣路板等數(shù)量。因胺液凈化撬裝設(shè)備內(nèi)有18 臺閥門需要控制，閥島選擇由9 組功能閥片、氣路板、安裝附件組成。功能閥片的每一片代表2 個二位三通電磁閥，該閥島共有18 個二位三通電磁閥。氣路系統(tǒng)功能圖如圖2 所示。

圖2 閥島氣路系統(tǒng)功能圖

4 閥島應(yīng)用的場合及優(yōu)點

4.1 閥島應(yīng)用的場合

閥島一般應(yīng)用在控制閥門比較密集、數(shù)量較多（5臺以上）、氣路管線敷設(shè)長度不超過5m、現(xiàn)場施工操作空間狹窄、自動化控制要求較高的場合。

4.2 閥島應(yīng)用的優(yōu)點

以往裝置內(nèi)的氣動控制閥控制配線多，同時采用電纜及儀表風(fēng)兩種管配線方式?？刂齐娎|由接線箱分別引出到控制閥門自帶的電磁閥上，電纜敷設(shè)多采用穿管或者槽盒敷設(shè)，占據(jù)大量空間，且電氣材料種類、用料較多。儀表風(fēng)由總儀表風(fēng)管線分支到氣源分配器，再由氣源分配器分配到控制閥自帶的過濾器上，儀表風(fēng)線配線繁瑣，風(fēng)線節(jié)點多存在漏氣點，風(fēng)線管件繁多，施工環(huán)節(jié)繁瑣。對照傳統(tǒng)控制閥的電路與氣路配線方式，以閥島在胺液凈化撬裝設(shè)備的應(yīng)用為例，對其優(yōu)點進行分析。

4.2.1 節(jié)約電磁閥成本

以往有多個控制閥分散在同一個區(qū)域時，隨著單配電磁閥防塵、防爆等要求的提高，電磁閥的成本相對也越來越高。而閥島可以把電磁閥集中成排安裝在防水、防塵、防爆的PLC 柜或控制箱內(nèi)，從而降低了對電磁閥的要求，即大大降低了電磁閥的成本。

4.2.2 節(jié)約過濾器、壓力表、減壓閥成本

以往18 臺控制閥門，每一臺都需單配壓力表、過濾器、減壓閥。而閥島只需在撬裝風(fēng)線主管線進氣端加裝一套過濾器、壓力表、減壓閥，即可滿足全撬18 臺控制閥儀表風(fēng)的過濾、控制要求，從而大大節(jié)約了成本。

4.2.3 節(jié)省現(xiàn)場電纜、電氣配管材料，簡化施工流程

以往18 臺閥門每個控制閥需單配電磁閥電源電纜、閥位顯示電纜。而使用閥島，則只需PLC 通過1 根總線電纜與閥島控制器通訊，再由控制器來控制18 臺閥門的進停氣。因此，閥島的應(yīng)用節(jié)省了電纜及保護管的材料，省去電纜敷設(shè)、電氣配管等施工工序，縮短了施工工期。

4.2.4 節(jié)省空間

撬裝設(shè)備要求結(jié)構(gòu)緊湊，空間小，而儀表設(shè)備配線空間不足。閥島只需將1 根風(fēng)線軟管連接到控制閥門氣缸進氣接口上，就能滿足對閥門的控制，節(jié)省了電磁閥、電纜敷設(shè)、過濾器、減壓閥和儀表管支架的空間。

4.2.5 實現(xiàn)集中控制

閥島通過其控制器就可以集中控制18 臺電磁閥的起停工作，集中控制快速、便捷，故障率低。

4.2.6 節(jié)約安裝成本

原有布設(shè)方式，需要大量的電纜敷設(shè)、電纜格蘭安裝、電纜穿線配管安裝、儀表風(fēng)線鍍鋅鋼管安裝、各類線管支架的預(yù)制安裝，大大增加了人工成本。而閥島的應(yīng)用可以減少這些安裝步驟，將18 臺電磁閥集成在一個閥島模塊內(nèi)，通過1 根總線與PLC 通訊，通過邏輯控制每一氣路的開關(guān)，氣路軟管和快速接頭將閥島與控制閥連接，構(gòu)成集中控制，連接管路簡單，從而節(jié)約安裝成本。

4.3 閥島的適用范圍

因閥島氣路采用塑料軟管敷設(shè)，如果長距離供氣，其氣損耗量勢必加大，引起氣壓降低過多，致使末端氣壓不足，達不到閥門開啟的條件。故不適宜控制距離過長、閥門分散的情況。推薦在短距離范圍內(nèi)、閥門較集中的情況下使用閥島，比如撬裝設(shè)備。

5 結(jié)束語

在胺液凈化撬裝設(shè)備中，采用閥島對氣控閥門進行集中控制，可以節(jié)省大量空間，降低現(xiàn)場設(shè)備的初始安裝費用，節(jié)約昂貴的電纜、格蘭、電磁閥、過濾器等材料費用及施工費用，增強了現(xiàn)場控制的靈活性，提高了信號傳輸?shù)木龋瑴p少了系統(tǒng)運行維護的工作量，可給生產(chǎn)帶來巨大收益。