淺析石化行業中兩段式氣動切斷閥的使用

（天津市化工設計院，天津 300193）

我國的經濟水平以及現代化工業生產正處于迅猛發展的階段，石油化工行業的需求量不斷增加，油品市場的競爭也日趨激烈。油庫在油品銷售中處于重要環節，油品銷售過程中自動化水平以及控制精度將發揮出越來越重要的作用。為了提高石油化工行業的工作效率，各個公司陸續設計實施并加強了油品自動化的生產和銷售。油品定量裝車就是由此產生的。裝車轉運過程中成品物料的裝車計量是關系到企業效益的一個重要問題，計量上減少誤差和提高控制精度也就是為企業創造了效益。定量裝車，顧名思義，即先確定需求量，然后裝車，當達到需求量時則停止。但由于電液閥的滯后性和管道里油品的延遲，會導致實際裝車量要比預定的需求量多。[1]

1 油品裝車計量精度控制及兩段式氣動切斷閥的作用

在早期石化行業油品貿易結算過程中，人們通過觀察流量計到達指定流量后關閉閥門，由于閥門的關閉需要相應時間，所以實際輸出量往往大于貿易交易量，對于企業的利潤造成很大影響。對于油品貿易結算交易，裝車計量的精度應控制在國家內貿部規定油品商業交割計量精度內，即≤±0.35%（質量）。[2]

以2010年設計的天津港某潤滑油為例，該項目為潤滑油生產及銷售項目，通過碼頭輸入基礎油和添加劑，再經過不同添加劑的配比生產出不同型號的潤滑油存到儲罐內，最后進行裝車銷售。在裝車差計算公式為

由于儲罐的液位在裝車過程中不斷發生變化，并且存在不同型號的潤滑油采用不同鶴管交替裝車的情況，因此管道中的壓力會經常發生變化，使裝車過程中管道內的流速也發生相應的變化，影響裝車精度，這是裝車系統中產生誤差的最大原因，解決方法之一就是對流速對應的關閥提前量建立數據庫，通過對關閥前流速的測量調用數據庫數據來決定關閥時間，這樣就大大的減小了γ1的誤差；

控制系統精度（該潤滑油項目使用的批量控制器）：γ2=±0.005%，在該誤差計算系統中可忽略不計（16位計算機的分辨率，16位浮點運算）；

質量流量計的計量精度，考慮使用貿易計量級：γ3=±0.20%，這個誤差為儀表產生的誤差，只能由儀表生產廠家不斷的努力生產出精度更高的儀表才能降低這個誤差；

對于閥門關閉時間造成的延時誤差，該項目因使用兩段式氣動切斷閥，閥門在潤滑油輸送過程中如提前一段關（假設K=80%），達到設定值時再進行第二次關閉（即完全關斷），二次關閉所需時間為0.2s，潤滑油裝車管線為DN100，流速為v=1.24m/s銷售過程中影響到計量精度的誤差有：管線壓力或流速變化造成的誤差（設定為γ1），控制系統精度（設定為γ2），流量計（選用貿易計量級質量流量計）的計量精度設定為γ3，閥門關閉時間造成的延時誤差（設定為γ4）。

該貿易結算控制系統為閉環串聯系統即根據流量控制閥門的關閉，同時帶溫度補償，其綜合誤（正常流量為29.75t/h），潤滑油密度為850kg/m3，槽車裝載量為4t時，所造成的誤差為：γ4=3.14×0.05×0.05×1.24×0.2×850/4000=0.051%。

根據公式計算得出γ=0.256%，小于國內貿易規定的0.35%。

從公式中也可看到除了質量流量計的計量精度為固有誤差以及控制系統產生的誤差可以忽略外，影響到誤差的第二大要素就是切斷閥的關斷時間了，由此可以看到使用兩段式氣動切斷閥因減少了關閉時間而降低了誤差，提高了貿易結算精度。

2 兩段式氣動切斷閥含義及特性

氣動活塞多段式切斷閥是一種能多段開或多段關的切斷閥，兩段式顧名思義就是能夠實現兩段開或者兩段關的閥門，這是一種結構比較特殊的閥門。兩段式氣動切斷閥通過調整進氣壓力而改變中間狀態的位置，從而實現三位式的操作方式。它是由兩段式氣動執行機構、球閥或蝶閥、電磁閥、過濾減壓閥、氣氣閥門定位器和限位開關等部分組合而成（不同廠家的閥門構造可能存在差異），通過氣缸內活塞行程的改變，執行機構與閥芯轉角被停留在事先調整好的角度(45～90°)，調整了閥門的開度從而調整了閥門流量。這種裝置依靠減壓裝置以及兩個電磁閥控制閥門的流量。由于執行機構內部采用了快速排氣及節流功能，使兩段球閥具有特別好的開關特性。

3 兩段式氣動切斷閥工作原理

在潤滑油項目中，使用的兩段式氣動切斷閥工作原理見圖1，具體過程為：當電磁閥2帶電時(電磁閥1帶電不帶電均可)，信號端氣壓達到0.1MPa（減壓過濾裝置2將0.4MPa的供給壓降到0.1MPa），通過氣/氣閥門定位器使閥門全部打開，進行裝車；當接近設定值時，電磁閥1帶電同時電磁閥2失電（注意一般電磁閥1帶電3s后電磁閥2失電），信號端氣壓達到20～100kPa（減壓過濾裝置1將0.4MPa的供給壓降到20～100kPa），閥門進入小流量狀態，當流量達到設定值時，電磁閥1失電（電磁閥2依然失電），閥門全部關閉。減壓過濾裝置1的降壓值可進行調節，調節范圍從20～100kPa，通過調節不同的壓力，使得兩段式氣動切斷閥可以調整不同開度的半開狀態。

圖1及以上所述工作原理并不代表所有廠家生產的兩段式氣動切斷閥的工作原理，不同廠家的閥門作用方式和工作原理會有所不同。

圖1 兩段式氣動切斷閥工作原理

4 兩段式氣動切斷閥的適用范圍

兩段式氣動切斷閥的開關特性表現良好，由于閥門采用分段式開關，減少了開閥與關閥的運行時間，從而能夠讓管道中的流體較為平穩的流動，不會因沖擊產生水錘現象使易燃流體發生爆炸，也不會因沖擊現象而擾亂流量計及其他儀表的計量精度、也不會損壞流量計等計量儀表，因而在石油、化工、輕工、國防等行業中的流量控制系統中越來越多的被使用，特別適用于油品貿易結算系統。

在工業燃氣燃燒設備中，也會用到兩段式氣動切斷閥，例如一般單臺燃燒器的中型燃燒設備上，因為采用兩段火力大小的燃燒方式，可以防止頻繁的控制燃燒器開關，大火與小火切換時對燃燒器中的加熱設備產生的熱沖擊比燃燒器啟動時要小很多。而且由于燃燒器在啟動之前需要進行一段時間的前吹掃，負荷加熱反應比較慢，且會被吹掃氣體帶走大量的熱能，造成能源的浪費，所以兩段火型燃燒方式比直接開關型方式要好一些。[3]實現兩段燃燒的方法就是使用兩段式燃氣電磁閥，從而控制燃氣和空氣的流量。

綜上所述，目前兩段式氣動切斷閥在物料貿易計量結算時和工業燃氣燃燒時越來越廣泛的被使用，而且在整個系統中起到了關鍵性的作用，隨著自動化水平的提高，兩段式氣動切斷閥分段開關的獨有特性會讓它在石化行業的使用范圍會越來越廣泛。

[1]王磊，田靜，劉文科.油品定量裝車提前量控制算法研究[J].無線互聯科技，2012，（3）：112.

[2]張越.成品油火車自動裝車系統設計[J].石油化工自動化，2004，（6）：22.

[3]馮良，鈕坤，牛亞楠，承念鶴，蔣承偉，沈蓉蓉.工業燃氣燃燒設備中閥門的介紹和選擇[J].工業爐，2007，（1）：20.