陜西省天然氣股份有限公司靖西二線全長467公里，全線共設置快速截斷閥室21座，全部使用美國shafer公司的旋轉葉片式執(zhí)行機構。Shafer操作系統(tǒng)由四部分組成(如圖1所示)：閥門執(zhí)行器，動力系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，供電系統(tǒng)。執(zhí)行器屬旋轉葉片型，動力源取自輸氣管線，控制單元采用Line Guard2200，具有數(shù)據(jù)采集和閥門關斷兩種功能。供電系統(tǒng)由太陽能電池板陣列、充電控制器、蓄電池構成。當管道壓力超過設定上下限或變化速率超過設定最大值時，控制系統(tǒng)輸出電磁閥動作信號，電磁閥動作，執(zhí)行機構動作使閥門關斷。

圖 1

1、故障的原因分析及解決辦法

1.1、外部環(huán)境因素

　　氣液聯(lián)動機構的核心部分主要由中央處理器、flash存儲卡、I/O接口、壓力傳感器、電磁閥等自控儀表系統(tǒng)組成，在日常運行中易受到管道的陰極保護、雷電、高壓輸電線路的漏電等外部環(huán)境因素的影響，嚴重的將導致內部芯片受損、數(shù)據(jù)丟失，甚至閥門異常關斷。

　　1.1.1 在陰極保護方面，由于控制部件與閥門和管道相連而控制部分接地，從而構成了電流回路，因此影響了控制部分的正常運行，為解決此影響需將控制部分與執(zhí)行機構進行良好絕緣，在適當位置加上絕緣接頭。

　　1.1.2 當遇到雷電時控制或供電系統(tǒng)電路會形成電涌使閥誤關斷，嚴重的將造成芯片燒毀或形成火災，引起爆炸。為解決雷電的影響應采取以下措施：

　　(1)保證完好的接地系統(tǒng)，接地電阻(規(guī)范要求小于4歐姆)的日常檢查和維護。

　　(2)確�？刂葡到y(tǒng)和電纜的屏蔽，使設備封閉在一個完善的導電、導磁，并具有一定厚度和良好接地的屏蔽體內，使整個設備處于電磁場影響最小的環(huán)境中。

　　(3)良好的接地和屏蔽給系統(tǒng)建立一個完善的電磁環(huán)境，但當遇到雷電時在信號線和電源線中不可辟免的會產生浪涌，因此在電源接線端設置浪涌保護器可有效防止浪涌的沖擊。

　　對控制部分應采取以上三種措施的綜合防護，它們在防止雷擊方面各司其職，缺一不可。

1.2、引壓管存在問題及解決辦法

　　shafer閥共有3根引壓管，其中一根的采樣點位于截斷閥的下游用于檢測管線的壓力，壓力值通過微處理器計算出管線的壓力變化速率，另外兩根的采樣點分別位于閥體的上游和下游，為執(zhí)行機構提供動力源。引壓管上靠近主管道的閥門為根部閥，采用螺紋連接其作用是截斷氣源，一般很少操作。靖西管道閥室根部閥外漏問題嚴重，大多是由于緊固不均勻、閥體沙眼等原因引起。由于該閥與主管道相連所以維修困難，雖然現(xiàn)在多采用考克處理但效果不佳。建議采用全焊接閥體，一端焊接另一端螺紋連接的手動球閥或選用兩端均為焊接連接的球閥。

1.3、壓力傳感器存在問題及解決辦法

　　靖西管道喬溝灣閥室和延安閥室都曾發(fā)生過因壓力傳感器失效而導致閥門自動關斷的事件。從壓力傳感器的結構方面分析解決，shafer所采用的擴散硅壓力傳感器主要由三部分組成：敏感元件、引線系統(tǒng)和封裝、密封系統(tǒng)。

　　對于敏感元件當外力超過其強度極限或發(fā)生累積效應時，就會引起膜片應力關系不穩(wěn)定，從而導致漂移、失效。為辟免液擊對敏感元件的破壞，可在傳感器前端增加一U型管段，并在里邊注入清潔航空液壓油可解決此類問題。

　　其次傳感器內部引線的斷裂是引起壓力傳感器失效的另一個最主要原因，此現(xiàn)象多是由于在一定溫度、壓力下的疲勞失效，這是由擴散硅壓力傳感器壽命的固有結構決定的。為解決此類問題，首先在選型時應選擇可靠性高的傳感器，其次應該加強平時的壓力對照和傳感器校驗工作。

1.4、定期檢查和通訊問題

　　定期檢查是防止誤關斷的重要途徑，主要檢查內容為最近一段時間的壓力變化值(可與最近的工藝運行狀況進行對比，如果有異常可分析原因);微處理器時鐘的核對(能保證最近壓力變化時間的準確);電池電壓的監(jiān)察(過低的電壓有可能造成程序的丟失或引起閥的誤關斷)。當用移動電腦與Line Guard2200進行通訊產生故障時可從以下方面進行排查：電腦的COM口是否被占用;電池電壓是否正常，過低的電壓也有可能產生通訊障礙;通訊串口線的檢查可用萬用表進行檢查對照表如表1所示。

表 1

1.5、壓降速率的確定模型

　　對壓降速率的設置一般都用經驗值來確定，或者按照管道在穩(wěn)定流動情況下進行粗略的估算。實際上由于天然氣長輸管道在事故狀態(tài)下管內氣體的流動為非穩(wěn)態(tài)流動，對于靖西管道而言穿越地形復雜，如果全線采用一個統(tǒng)一的經驗值具有很大的不確定性，其誤差很大，往往會發(fā)生干線快速截斷閥的誤動作或事故狀態(tài)下不能及時動作的情況，泄漏模型的實驗顯得非常必要�？稍诠艿乐屑傧氲匕惭b一泄漏孔，可以調整泄漏孔徑的大小來模擬實際問題中可能出現(xiàn)的各種情況，可用瞬態(tài)流動模型來描述。

　　p—壓力，Pa;　g—重力加速度，m/s²;　B0—氣體的溫度聲速，m/s;　q—質量流量，Kg/s;　t—時間變量，s;　A—管道橫截面積，m²；　x—管道的軸向坐標;　g—重力加速度，m/s²;　α——管道的傾斜角，(°);　λ—摩阻系數(shù);　ρ—氣體密度，Kg/m³;　d—管道直徑，m。

　　如果把溫度當作一個常數(shù)，這就是一個等溫瞬態(tài)流動問題。方程(1)，(2)就是一個求解以流速和壓力為變量的一階非線性偏微分方程組。

2、截斷閥室的建設及選址

　　合理的施工建設和選址將保障投產后的長期正常、安全、可靠的運行。按安裝方式不同，線路截斷閥可分為直埋式、地上式、半地下式3種：直埋式是將線路截斷閥直接與輸氣管道一齊進行掩埋的一種安裝型式，這種型式雖然安裝占地面積小、工藝方便但對閥門的要求較高，靖西管道大部分采用這種安裝型式;地上式是利用彎頭或彎管將管道提升到地面上安裝的一種安裝形式，其對閥門的要求相對較低，但占地面積大，且不利管道的清管作業(yè);半地下式是介于直埋式與地上式之間的一種安裝方式，將截斷閥安裝在地面以下的深坑中，這種安裝對于防水有較高要求，但對閥門的維護大有益處，并能防止因地質變化產生的不安全因素。

　　在閥室選址時應辟免建在陰極保護站附近，減小陰極保護對控制系統(tǒng)的影響。不宜建臨近在高山、彎頭、深谷和遮擋光源的地方以防止因壓力突變和供電問題而增加日后的維護工作量。

3、結束語

　　隨著陜西省天然氣股份有限公司氣化陜西工作的進一步推進，新建閥室的數(shù)量將逐漸增加，通過對截斷閥的不斷改進，將增強其在管道的自動化和安全運營方面的可靠性。