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摘要：山西焦化为解决延迟焦化装置水力除焦系统设备使用的除焦阀门出现的进水管线振动大、声音响且阀芯上下运动时阻力大的情况，加上国家对环保及工业自动化的要求越来越高，根据实际情况和现场相关配套设备的一些配置，提出除焦阀门驱动装置气动改电动的技术改型设想。本文从技术改型过程中的两种驱动结构对比、现场适用工况、改造技术难度及所遇故障解决进行分析，来证实技术改型的可行性。
关键词：延迟焦化；水力除焦；控制系统
随着延迟焦化装置除焦工艺的不断改进，其配套水力除焦设备的技术要求也越来越高，从早期通过人力带高压水枪入塔除焦，到后来手动除焦器，到现在的自动化的全套除焦设备，包括了游动系统，高压水除焦系统，出焦系统及程序控制系统。其中除焦阀门就需要高压水除焦系统，是该系统的核心设备，通过除焦阀门经高压水龙带传递到除焦水龙头经钻杆最终到除焦器完成除焦。
1延迟焦化装置除焦阀门驱动装置的分析对比
1.1除焦阀门（气动控制）的结构及工作原理
除焦阀门（气动控制）主要由阀体、阀芯组件、降压孔板组件，端板、保护筒、上下阀座，上下套筒、阀位接近开关、进出口及旁流法兰和气动执行机构组成；其工作原理是采用PLC逻辑联锁控制、电磁阀操控气动执行机构带动阀芯组件，上升下降，调控气缸的动作，从而实现阀门旁流、予冲、全开3个顺序动作[1]。
1.2除焦阀门（电动控制）的结构及工作原理
除焦阀门（电动控制）主要由阀体、阀芯组件、降压孔板组件，端板、保护筒、上下阀座，上下套筒、阀位接近开关、进出口及旁流法兰和电动执行机构组成；其阀门的动作原理与气动控制的原理相同，不同的在于驱动装置由电动头替代原有的气动控制面板及气缸，电动头安装到位后，通过外部的遥控器进行设定，无须打开电气端盖即可进行调试和查询的阀门电动装置。红外线遥控器进入电动装置的设定程序，即使在危险区域，也可以安全，快捷地对力矩值，限位，及其他所有控制盒指示功能进行设定。同时也具有标准诊断功能，可以对控制系统，阀门及电动装置进行诊断，并在显示屏上显示出来。
2关于技术改型（气改电）的方案说明
2.1气动控制与电动控制的特点对比说明
气动控制是用压缩空气作动力，电动控制的动力则为电动机。两种控制各有优缺点，气动阀门其优点有：适用于小管径液体，成本低，维护方便。缺点为：因其介质为压缩空气，波动率较大，极易受到影响，同时在北方的冬季压缩空气容易含水，易造成传动部位冻结。电动阀门适用于大管径液体介质，且不受气候，也不受压力的影响。
2.2技术改型案例现场分析
2.2.1项目概况
山西焦化于2009年投入使用的延迟焦化装置水力除焦成套设备中的除焦阀门，其执行机构为气动执行机构，动力源为压缩空气。在使用过程中出现了管线震动，阀芯组件上、下运动时卡阻的问题。根据这一现象提出了更改驱动组件的想法，并结合现场工况提出了优化改造方案：首先现场出现的问题90%符合气动阀门本身所存在的缺点特性：气动阀门在气源中断后不能保持，需要加上保位阀；压缩空气在国家倡导节能减排的大前提下，在各大炼化企业使用的地方也越来越少，其噪声也大，且气源压力需要稳定输出，极易受到空气压力波动的影响，在极寒工况下受空气中所含水分的响，容易引起冻结，造成阀门不动作；不易实现分段控制和程序控制。
2.2.2技术改型技改方案优化
而相对的电动执行机构因为在高压水系统中需要一个平滑、稳定和缓慢的过程。特点在于：高度的稳定和可应用的恒定推力，其的抗偏离能力很好，输出的力矩和推力是恒定的，可以克服介质产生的不平衡力，不会产生因不平衡而晃动，能达到对工艺参数的准确控制；容易实现正反作用互换，轻松设定断信号的阀位状态，产生故障时能停留在原位，而相反的气动则需要借助一套保护系统来实现保位。
结合现场考察后的情况，认为除焦阀门技术改型（气改电）应该是可行且便捷的，只需将现场原气动执行机构换成电动执行机构，增加一路电缆线，将现场原有定位器的线接入电动头的接线盒内指定端子的正负极即可[2]。
2.3智能电动执行机构的结构选型
2.3.1遥控电动执行机构的选型
计划选用国产品牌的电动执行机构，进行适配原有的除焦阀门，取代其原有的气动执行机构，选择国产电动执行机构的原因是出于前期节约成本的考虑和设备开发成功与否的未知性。后期可以根据试验结果，若设备运行良好则定型使用国产品牌电动执行机构，若出现不稳定情况或意外状况则改用进口的电动执行机构。
2.3.2电动执行机构的选型依据。
2.3.2.1阀门的类型
常用的阀门类型分别为角行程、多回转、直行程。而现场使用的除焦阀门为直行程，所以电动执行机构选用直行程的操作即可。
2.3.2.2电动执行机构的控制模式
开关型：指的是通过开或关来控制阀门的方式，一般处于全开位或全关位，此方式无需对介质流量进行精准控制；可调节型：即闭环控制，同时可以接受4~20 mA的模拟量控制信号，同时本体配置手轮和就地及远程切换开关，手轮的布置需要有利于现场的就地维护，无论电机在运转或停止状态，都可以安全切换到手轮操作。根据上诉分析可知，前期试运行时可以选用开关型进行试验，最终成品考虑到现场工况等各方面因数，采用进口的电动执行机构。
2.3.3电动执行机构的选型参数
通过参考山西焦化提供技术参数及现场实际使用参数技术参数：电源为380×（1±10%）VAC，三相频率为50 Hz±5 Hz，标称功率为1.4 kW；防爆等级为dIIBT4，防护等级为IP65；额定转速为24 r/min，额定转矩为610 N·m；额定电流为5.9A阀位控制信号为4~20 mA；阀位反馈信号为开关量及4~20 mA。
根据上述参数，选用IA35型可调式电动执行机构，同时采购IQ35型的电动执行机构作为备用。
2.4设备改型过程中的故障及问题解决
2.4.1总结故障信息
在实际投入试用时，遇到如下故障，阀门在关阀时电动执行机构下降至关阀位时，无法完全关到位，电动执行机构的操作面板已显示“零”位，但实际控制体系显示阀门有泄漏量，此时需要转动手轮执行复位到底，才能够完全关死。
2.4.2故障问题的解决
经过多次商议认为问题根源应该是原有的气动执行机构有一套保护系统来实现保护位，即原来当气缸下降时有一个推力对抗气缸下压的力，由于气缸是始终开启，而电动执行机构一旦断电后，阀位就始终停留在原位了，不存在这么一个力，且在阀芯行程过长时，就容易出现此类故障。所以决定采取增加一个弹性连接装置，来模拟对抗力弹性连接装置由上、下连接块，4组蝶形弹簧、电动执行机构推杆、弹簧座组成。
设计参数选取依据：当气缸的直径的为360 mm时，气缸压力为6 kg/cm2，计算后总压力为6 107 kg：弹性连接装置选取碟簧参数为：碟簧外径：D=90 mm、碟簧内径：d=46 mm、碟片厚度t=5 mm、极限变形量：Ho=2 mm、碟簧高度：H=7 mm、单片0.75变形量f=1.5、计算弹力p=3 140 kg。两组两片总变形量取3 mm、最后的总压力Q=3 140 kg×2=6 280 kg＞6 107 kg，理论计算合格达到了替换气缸压力要求。
2.4.3二次故障和问题解决
该弹性连接装置投入使用后，遇到了第2种故障，即阀芯阀杆组件连接处多次出现断裂，分析原因后认为应该是给出的这个替换力过大引起的，即刻采取了新的配套改进方案；第一步原有弹性连接装置的上下各取一组碟簧，降低其的压力，由6 280 kg变成3 140 kg，以达到减少受力的目的，避免阀芯阀杆组件在上下过程中，受力过大引起断裂；第二部改进阀芯阀杆连接处的结构，加粗连接螺母，加固连接部位的强度，具体如图1所示。
3结论
基于气动执行装置及电动执行装置的优缺点分析后，从与现场阀门，控制系统的适配性，安装位置的等多方面的因素考虑，最终技术改型方案确认了选用直行程，开关限位式进口的电动执行机构，多次调试及故障解决后完成了技术改型，设备已正常投入运行1年，使用效果良好，再次证实了技术改型方案的成功，也为后期焦化厂的阀门智能一体化改造做了准备。
参考文献
[1]沈鹏.延迟焦化装置水力除焦系统自动控制技术[J].消费电子，2013（2）：87.
[2]赵子龙.延迟焦化装置水力除焦系统设备故障与对策[J].硅谷，2013，6（16）：120-121.
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