西氣東輸管道氣液聯動閥意外關斷的故障排查

隨著中國天然氣長距離管道的發展，氣液管道不僅不需要外部能源，而且具有快速關斷速度快、事故時可靠緊急斷開等優點，在天然氣長距離管道中得到了廣泛應用。尤其是在西氣東輸一線、二線管道工程中,氣液聯動閥得到了大量的應用。1氣液聯動閥意外關斷氣液聯動閥應用于西氣東輸一線和二線管道系統沿線站場與閥室的進出站閥門、越站閥門上。能夠滿足站場、閥室干線出現異常情況下的緊急切斷和場站進出站的緊急關斷的需求。目前,僅西氣東輸一線運行中的氣液聯動閥就有258臺,由LineGuard系列電子控制單元對其運行參數進行采集監控,是西氣東輸管道系統最重要的設備之一。氣液聯動閥能否正常工作,直接關系到西氣東輸管道系統的安全、正常、平穩運行。從西氣東輸管道多年的運行情況來看,氣液聯動閥總體工作平穩,性能良好,故障率低且易于維護。但是,隨著西氣東輸管道系統的高速發展,管道系統的輸送任務日益繁重,因此,對氣液聯動閥提出了更高的要求。根據統計分析,自2007年至2011年,全線站場閥室發生約90次氣液聯動閥關斷的情況。其中由于站場進行氣液聯動閥關閥操作、ESD(緊急停車系統)邏輯執行關斷進出站氣液聯動閥、執行停站邏輯關斷進出站氣液聯動閥等正常關斷共約70次。故障關斷共約20次,包括電磁閥內漏或引壓管堵塞引起關斷,傳感器信號輸入通道故障引起關斷,壓力傳感器故障引起關斷以及ESD意外觸發等。其中,由壓力傳感器故障和ESD誤觸發引起關斷是氣液聯動閥意外關斷的主要因素。氣液聯動閥意外關斷會造成天然氣局部停輸,憋壓造成危險隱患,甚至站場壓縮機停機等嚴重危害。氣液聯動閥故障關斷次數及原因見表1。2電磁閥控制原理氣液聯動閥關斷,可通過兩種方式來實現:一種是手動關斷;另一種是自動關斷。手動關斷分為兩種方式:手動氣動關斷,手動通過液壓泵液動關斷。自動方式都是通過氣動方式由電磁閥完成對氣路的控制。目前,西氣東輸所使用的氣液聯動閥主要是通過LineGuard電子控制單元和SCADA系統控制電動頭對電磁閥進行控制,從而進行氣液聯動閥的開關控制。西氣東輸所使用的氣液聯動閥為ESD關閥型,如圖1所示。正常的開關閥門動作由開電磁閥和關電磁閥來控制,ESD關閥動作由ESD電磁閥控制,一旦觸發了ESD,ESD關閥電磁閥會同時開啟帶鎖定的先導閥,在關閥后,帶鎖定先導閥因鎖定繼續導通,而使先導閥無法開啟。因此,在ESD關閥后如果不進行手動復位帶鎖定先導閥操作,先導閥開閥氣路不能打開,就無法進行開閥操作。另一方面,電子單元控制箱內的LineGuard系統判斷需要關閥將控制電磁閥開啟后,如圖1所示也會導致帶鎖定功能的先導閥導通,只有對帶鎖定的先導閥進行手動復位后才能進行開閥操作。3正常關斷動作氣液聯動閥自動關斷主要有4種情況:通過LineGuard檢測自動進行關斷;通過SCADA系統遠控進行ESD關斷;通過SCADA系統遠控進行正常關閥動作。其他故障如關閥電磁閥或者ESD電磁閥故障。3.1運用在線自動關斷閥控制報警時間LineGuard系統對氣液聯動閥進行狀態監控以及關斷控制。在同時滿足主要報警被激活、報警持續時間達到設定值、自動關斷被激活和關閥輸出已經定義等4個條件的情況下,氣液聯動閥將自動關閉。報警被激活主要包括:管道壓力低于低壓設定值3.5MPa;管道壓力高于高壓設定值10MPa;管道壓降速率大于設定值0.15MPa/min。在主要報警被激活后,系統有一時間延遲,延遲時間根據工藝情況可以從0~1800s來設定。目前,在西氣東輸管道系統中,時間延遲設定值為180s。如果在報警持續時間設定值范圍內,管道壓力或者壓降速率恢復正常,報警自動復位消除。在LineGuard中,可以在軟件中配置主要報警觸發后是否執行閥門自動關斷,即選擇自動關閥是被使用還是禁止。另外,站場觸發ESD,進行遠控的開關閥動作,執行停站邏輯時也會使進出站氣液聯動閥關斷。3.2氣液連接閥異常關閉3.2.1穩定波動的管路由于LineGuard的故障而造成誤關斷的主要原因:一是,軟件異常。當LineGuard軟件異常時,閥門控制模塊無法通過壓力傳感器檢測到實時壓力信息分析計算管道壓降速率,可能出現壓降速率高等誤報警;二是,主板異常。通過LineGuard主板狀態指示燈可以判斷主板運行情況。當主板出現電池缺電等情況時,主板無法正常工作,以致無法正常監測、分析管道壓力情況;三是,LineGuard控制單元及壓力傳感器失電。當出現LineGuard及壓力傳感器失電或者供電電壓過低(小于8V)的情況下,則會出現壓力檢測誤報警,引起閥門自動關斷;四是,壓力傳感器故障導致誤報警。LineGuard通過DruckmodelPTX-1240工業用壓力傳感器實時檢測管道壓力情況,并通過軟件計算壓降速率等參數。當壓力傳感器出現故障時,系統便無法正確監測管道天然氣壓力,造成檢測到的壓力信號與實際不符,激活主要報警,觸發氣液聯動閥自動關閉;五是,傳感器信號輸入通道故障導致LineGuard誤報警。當傳感器信號輸入通道故障時,LineGuard控制單元無法接收來自壓力傳感器的管道壓力信號,引起壓力過低誤報警乃至氣液聯動閥自動關斷。3.2.2氣液聯動閥發動誤動保護電動頭回路接線示意見圖2。氣液聯動閥ESD關斷在電動頭內的接線端子為29#,31#。當29#、31#端子的回路24V掉電時,氣液聯動閥則會被自動ESD關斷。氣液聯動閥發生ESD觸發的原因可能為站控系統的誤報警觸發。對其排查的方法只需在站控室機柜該氣液聯動閥的ESD命令出口信號回路進行測試。如果有24V電壓掉電,則說明此誤觸發為站控系統的誤觸發。若查明并非站控系統的誤觸發,另一種可能就是閥頭斷路,電纜線斷裂或者接觸不良引起閥頭無24V電壓而觸發ESD關閥命令。此時需要對閥頭接線進行檢查。3.2.3氣液聯動閥關斷正常開關閥由兩個開關電磁閥分別進行控制。關閥接線端子為1#,32#。這種接線只有當閥門開到位并且在遠控狀態時回路才可能有24V電壓。當氣液聯動閥自動關斷后,只需檢查1#、32#端子構成的24V回路,如果此回路存在24V電壓,則檢查自控系統是否進行了誤觸發。如果1#、32#端子回路無24V供電,則需要檢查25#,27#端子構成的回路。此回路同樣為關閥回路,不同的是,其不受就地遠控和開到位的限制。如果25#、27#回路有24V電壓,則電動頭接線很可能出現了短接現象,需要對線路進行檢查。3.2.4電磁閥或關閥電阻值異常一是,電磁閥內漏或者引壓管堵塞及破損。出現電磁閥內漏或者引壓管堵塞及破損的情況,壓力傳感器無法檢測正常的管道壓力,觸發主要報警,甚至引起氣液聯動閥自動關閉。二是,ESD電磁閥或關閥電磁閥電阻值異常。正常情況下,其電磁閥電阻值約為60Ω。當出現電磁閥進水或者其他因素引起電磁閥電阻值異常的情況,則可能引起氣液聯動閥誤報警,甚至關斷。三是,氣液聯動閥LineGuard控制單元接地不良,管道感應電場異常。如果氣液聯動閥接地不良,在雷雨大風天氣下,有可能出現管道感應電場異常,尖峰電流可能侵入LineGuard,引起壓力監測異常,甚至觸發閥門自動關斷。四是,電磁閥內進入雜質。在電動執行關閥動作后,由于氣體內的雜質進入電磁閥,導致電磁閥無法復位,使氣路一直導通、漏氣,無法開啟。4對平臺進行實時監控一是,按時對氣液聯動閥進行維護保養。定時排污以除去沉積的天然氣凝液、水、殘渣和磨損的鐵屑,檢查執行器各連接點無漏氣、漏油,各引壓管、截止閥完好,無泄漏、無震動、無腐蝕。檢查各指示儀表正常,在指示范圍內。二是,加強巡檢。在檢查閥室有無天然氣泄漏的同時,及時連線登陸LineGuard界面,在線檢查其工作狀態,對報警信息進行查看,有無可疑報警出現。在報警頁面中,列出各個出現報警的變量,并注明了報警類型、參數值、報警狀態等。將報警及時消除。檢查LineGuard的電壓是否穩定,電池是否還可以使用,保證主板、軟件工作正常,如出現問題及時進行更換。三是,按期對壓力傳感器及其通道進行檢查評估。對使用壽命到期或者已經