本文旨在分析天然氣長輸管道所應用的SHAFER干線截斷閥的液、氣壓回路。通過闡述操作SHAFER干線截斷閥時其內在液、氣壓元件的實際動作過程,進一步掌握SHAFER氣液聯動的動作機理,避免誤操作的產生,同時為SHA-FER氣液聯動閥的故障判斷以及維修提供理論基礎。

一、概述

　　線路截斷閥作為長輸管道運行的安全保障，當天然氣發生泄漏和管道斷裂時能夠自行關閉。自動關閉主要是靠線路截斷閥配有的氣液聯動執行機構，當管道破裂、泄漏造成壓力下降時，線路截斷閥執行機構感測管道破裂、泄漏引起的壓降速率，如壓降速率大于設定壓降速率時，執行機構動作，關閉閥門，從而保證管道破裂、泄漏造成的影響僅限于相臨兩閥室之間。達到保護全線管道安全、防止事故擴大及減少經濟損失的目的。

二、SHAFER氣液聯動閥動作原理

　　(一)自動控制原理。SHAFER氣液聯動閥的自控核心部件———LineGuard2000型控制箱，是一臺由專用微處理器控制的管道檢測和管道截斷保護系統。主要由電源、中央處理器(CPU，memory，I/Ocircuits)、壓力傳感器、電磁閥、端子連接板組成。該系統由內部電池組供電，對管道的壓力和壓力變化進行自動實時監測。在閥門控制模式下，每8s自動采樣、檢測管道壓力一次，并實時將檢測到的壓力值、壓降速率與用戶設定值進行對比，如果壓力值和壓降速率異常，且持續時間超過用戶設定值時，保護系統就會通過SCADA系統或其它自檢傳導系統向值班室發出警告信號，并自動進人關閥狀態。在壓力值或壓降速率超過用戶設定值時，此事件前10分鐘與后20分鐘的壓力數據將一直保存，并帶時間、日期。當數據采集模式被激活時，LineGuard2000型控制箱會每隔32s采集管道壓力一次，并以滾動的方式存儲30min內的壓力檢測記錄。

　　(二)手動操作液壓原理。在SHAFER氣液聯動閥的控制箱中有一個手動操作桿和手動開關切換換向閥。當推入氣液聯動閥手動換向閥的左側手柄，壓動手泵手柄，將開閥氣液罐內的液壓油壓入執行器內，同時執行器內的液壓油被壓入關閥液壓罐，實現開閥操作。同理推入手動換向閥右側手柄，實現關閥操作。

　　(三)手動氣液聯動操控原理。在SHAFER氣液聯動閥的控制箱中有兩個氣動操作手柄，干線天然氣經過氣源截斷閥和過濾干燥器后，進入過濾度為140μm的一級過濾網。當向下拉開左手柄時，手柄推動手動操作部件和活塞向前運動，并帶動提升閥向前運動，提升閥一旦離開密封座，氣體會迅速進入開閥氣液罐并壓迫罐內的液壓油通過調速閥進人執行器，推動執向器內的翼片旋轉，將執行器關閥腔內的液壓油壓人關閥液壓罐，實現開閥操作。同理，可實現關閥操作。

　　(四)遠程氣液聯動操控原理。氣液聯動閥閥門遠程開關的氣動、液壓操作是通過控制電磁閥的動作實現的。具體原理為：當調控中心給出關閥信號后，截止式電磁換向閥導通，管道內的天然氣可經過一級濾網和過濾度為25μm的二級過濾網進人電磁閥和梭閥，推動活塞運動。提升閥一旦離開密封座，氣體會經過提升閥進人關閥氣液罐，并壓迫罐內的液壓油通過調速閥進人執行器，推動執行器內的翼片旋轉，將執行器開閥腔內的液壓油壓人開閥液壓罐，實現遠程關閥操作。同理，可實現遠程開閥操作。

三、SHAFER氣液聯動閥的液壓回路分析

　　(一)氣動操作時液壓回路。氣液聯動閥，顧名思義，就是通過氣壓和液壓兩個回路來聯合控制，達到實行開、關閥的操作。但究其本質，球閥動作都是通過旋轉葉片執行器中四個缸中的液壓差來帶動轉子動作進而來實現的。液壓回路的核心部分是兩位四通聯動模塊，它由兩個兩位四通閥和一個平衡活塞組成。氣液聯動閥液壓回路如圖1所示。在通常情況下，手動換向閥的兩側(即OPEN和CLOSE)均處于拉出狀態，則兩位四通聯動模塊的閥位處于1號和3號閥位。如果氣壓回路控制高壓氣進入開閥氣液罐，則推動開閥氣液灌中的液壓油進入1號閥位，進而經過溢流閥進入到旋轉葉片執行機構中的A缸。這樣，A缸的液壓油勢能增大(液位變高)，旋轉葉片執行系統為了趨于勢能守恒，則A缸中液面有降低的趨勢。這樣，A缸中液壓油推動轉子旋轉，進而擴大A缸容積;同時，B缸中液壓油受到容積變小液面升高的壓力，則通過單向閥進入兩位四通聯動模塊3號閥位，進而回流到關閥氣液缸。完成開閥操作。所以，當開閥結束時，關閥氣液缸中的液壓油要大于開閥氣液缸中的油量。關閥操作與開閥操作同理。

　　(二)手動液動開閥操作液壓回路分析。手動液動開閥操作：(1)把“手動換向閥”上標有“OPEN”側的按鈕推入，確認另一側標有“CLOSE”的按鈕處于拉出狀態。(2)上下壓動油泵操作桿，觀察干線截斷閥閥位指示器轉動，當指向“OPEN“位置時，即完成開閥操作。(3)將油泵操作桿恢復到初始狀態。若不能恢復到原位，可按住手動換向閥體上的泄放平衡閥，將油泵操作桿復位。(4)操作完畢后，將“手動換向閥”上標有“OPEN”側的按鈕拉出。當“OPEN”按鈕按下，“CLOSE”按鈕拉出時，兩位四通聯動模塊處于2號、3號閥位，液壓回路如圖2所示。

　　在這種回路下，開閥氣液缸中的液壓油通過單向閥6與手動油泵5的上腔連通，通過單向閥6、單向閥8，與手動油泵5的下腔連通。當手動油泵5操作桿向上提拉時，活塞上升，上腔縮小下腔擴大，在單向閥9的閉鎖作用下，液壓油通過單向閥8進入下腔。當手動油泵5操作桿向下壓時，在單向閥8的作用下，液壓油不能回流到腔外，而是通過單向閥9流出。

　　擠壓出的液壓油通過回路再次進入兩位四通聯動模塊的2號閥位，進而通過溢流閥進入旋轉葉片執行機構A缸。通過3.1節所述原理擠壓B缸液壓油進入兩位四通聯動模塊的3號閥位，進而流入到關閥氣液罐。

　　當開閥操作完成時，在旋轉葉片執行機構的止動棒作用下，轉子將不在轉動，這時液壓回路中的液壓將增大，液壓油泵的操作桿有可能落不下來(操作規程c)。這時需要按下泄放平衡閥10，其作用是推開與其按鈕連在一起的單向閥，使油泵下腔液壓油能夠通過單向閥9、泄放平衡閥10流回開閥氣液罐、或者再通過單向閥6流回油泵上腔，從而使油泵操作桿落下。

　　操作結束后，關閥氣液罐的液壓要遠大于開閥氣液罐的液壓，與兩罐相連的平衡活塞11將受到指向“OPEN”按鈕的推力，推動滑塊自動推開“OPEN”按鈕。在實際上，由于多種原因，這種自動行程可能不動作，需要操作人員手動拉開“OPEN”按鈕。

　　(三)手動液動關閥操作液壓回路分析。手動液動關閥操作：(1)把“手動換向閥”上標有“CLOSE”側的按鈕推入，確認另一側標有“OPEN”的按鈕處于拉出狀態。(2)上下壓動油泵操作桿，觀察干線截斷閥閥位指示器轉動，當指向“CLOSE“位置時，即完成關閥操作。(3)將油泵操作桿恢復到初始狀態。若不能恢復到原位，可按住手動換向閥體上的泄放平衡閥，將油泵操作桿復位。(4)操作完畢后，將“手動換向閥”上標有“CLOSE”側的按鈕拉出。當“CLOSE“按鈕按下，”OPEN“按鈕拉出時，兩位四通聯動模塊處于1號、4號閥位。液壓回路如圖3所示。在這種回路下，關閥氣液罐通過兩位四通聯動模塊4號閥位、單項閥7與油泵5上腔相連，再通過單項閥8與油泵下腔相連。當油泵5操作柄反復拉高下壓時，液壓油便通過單向閥9回到兩位四通聯動模塊4號閥位，通過溢流閥進入旋轉葉片執行機構B缸。通過3.1節所述原理，B缸中液壓油推動轉子擠壓A缸中液壓油，A缸中液壓油通過單向閥進入到兩位四通聯動模塊1號閥位，進而回到開閥氣液罐。

　　油泵泄放平衡閥與兩位四通聯動模塊平衡活塞液壓原理與開閥操作時相同。

四、SHAFER氣液聯動閥氣壓回路分析

　　(一)控制塊結構和原理。氣液聯動閥氣壓回路核心模塊是控制塊。控制塊內部結構如圖4所示。當操作人員扳動開閥或者關閥手柄時，就會推動1號活塞或者2號活塞動作，將活塞上腔的高壓氣導通到下腔，進而流入到相應的氣液罐中，執行上述3.1節所論述的動作。若執行開閥操作時，拉動與1號活塞相連的操作手柄，則高壓氣進入開閥氣液罐。通過3.1節的分析我們得知，開閥過程中開閥氣液罐液面將逐漸降低，關閥氣液罐液面將逐漸升高，這就會引起關閥氣液罐中的液壓油壓縮罐內高壓氣，使之壓力升高。這時關閥氣液罐中的高壓氣便會推開放散閥，通過放空口泄放，這就是操作員在執行氣動開關閥操作時會有大量氣體放出的原因。

　　(二)氣液聯動執行機構氣壓回路分析。氣壓回路如圖5所示。

　　1、電子檢測控制單元動作時氣路走向。控制塊中的高壓氣通過濾網13從控制塊中出來，分成四路，一路進入減壓閥19，一路進入常關閥18，一路進入常關電磁閥27，一路進入常關電磁閥28。從減壓閥19出來的低壓氣一路進入常關閥23，一路進入電子檢測控制單元。當管線內壓力異常時，電子監測控制單元動作，其內部的常關閥導通，使來自減壓閥19的低壓氣進入常關閥23、常關閥18，使常關閥23與常關閥18分別導通。此時，來自減壓閥19的低壓氣可以通過常關閥23進入常開閥22，使常開閥22關閉，從而切斷通往開閥氣液罐的氣路。常關閥18打開后，來自控制塊的高壓動力氣可以通過三通閥26回到控制塊，控制關閥腔上下腔導通，使高壓氣進入關閥氣液罐，完成關閥動作。當常關閥23打開時，氣液聯動閥操作箱上的手柄會落下，起到鎖死作用。這時，如果不將手柄拉上，常開閥22便一直處于關閉狀態，使高壓氣無法通往開閥氣液罐，無法進行開閥操作。

　　2、遠程開關閥操作。在站控機上控制開、關閥，其本質就是控制常關電磁閥27和常關電磁閥28的開通。當站控機輸入關閥指令時，常關電磁閥27便會導通。從控制塊出來的高壓氣便可通過常關電磁閥27，通過三通閥返回控制塊，成為關閥控制氣，控制完成關閥動作。遠程開閥同理。

五、結語

　　線路截斷閥是管道安全運行的重要保證。正確使用和維護氣液聯動閥是管道企業保證長輸管道安全、高效、可靠、平穩運行的重要課題。本文旨在通過分析氣液聯動閥不同操作方式下的氣路、液路回路動作過程，進一步掌握SHAFER氣液聯動閥的動作機理，為以后的維修、維護保養提供理論基礎。供同行參考及交流。