天然氣液壓子站加氣車氣動閥門的改進(jìn)

摘 要

摘要：隨著國家節(jié)能減排政策的深入，作為清潔能源的代表——天然氣的使用日益廣泛。天然氣單一靠管道輸送，投資成本高，難以實現(xiàn)普及，特別是市級城市與各縣級城市之間，天然
摘要：隨著國家節(jié)能減排政策的深入，作為清潔能源的代表——天然氣的使用日益廣泛。天然氣單一靠管道輸送，投資成本高，難以實現(xiàn)普及，特別是市級城市與各縣級城市之間，天然氣管網(wǎng)未能普及至各個地方的加氣站，在天然氣主管道運(yùn)距300km的范圍內(nèi)，目前主要靠天然氣運(yùn)輸車來完成對各用戶的供應(yīng)，為此，對天然氣儲運(yùn)設(shè)備在實用性和安全性上提出了更高的技術(shù)要求，并得到了快速的發(fā)展。本文重點(diǎn)介紹了天然氣液壓子站加氣車的氣動控制閥門在實踐中的改進(jìn)。通過科學(xué)合理改進(jìn)，提高了天然氣液壓子站加氣車的安全性、經(jīng)濟(jì)性和使用壽命。
關(guān)鍵詞：天然氣；加氣子站；液壓子站加氣半掛車；氣動控制閥；選型
1 序言
在眾多的壓縮天然氣儲運(yùn)設(shè)備中，有采用壓縮機(jī)裝卸的普通高壓氣體半掛車，也有采用液壓式加氣子站裝卸的高壓氣體半掛車，其中液壓式加氣子站半掛車是一種新型的天然氣儲運(yùn)設(shè)備。其特點(diǎn)是通過液壓系統(tǒng)取代天然氣壓縮機(jī)，用高壓泵(壓力不高于25MPa)將特殊介質(zhì)的液體直接注入液壓子站車的儲氣瓶中，把氣瓶內(nèi)的壓縮天然氣推出，再通過站內(nèi)的單線雙槍加氣機(jī)把高壓天然氣充入車載的儲氣瓶內(nèi)，達(dá)到給汽車加氣的目的。此液壓式加氣子站及液壓子站車無需氣體壓縮機(jī)增壓和儲氣瓶組儲氣，與傳統(tǒng)的壓縮機(jī)子站技術(shù)相比，具有建站投資少、占地面積小、運(yùn)營費(fèi)用低、能耗低、加氣速度快、卸氣率高等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用。
天然氣液壓子站加氣半掛車是將由8只大直徑氣瓶的管束橇安裝在1個可以舉升15°角的專用底盤上。前后倉內(nèi)各氣瓶端口均設(shè)有氣動控制閥、安全放散裝置及充卸氣管路等，如圖1。
 

    在壓縮天然氣加卸氣過程中，往往由于諸多原因造成氣動控制閥(11)球體密封件的0型圈破裂，出現(xiàn)氣體泄漏或內(nèi)漏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了設(shè)備的安全正常使用，并形成危險隱患，是液壓子站車經(jīng)常出現(xiàn)的故障之一。因此，非常有必要對液壓子站加氣半掛車的氣動控制閥進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，才能有效保證液壓子站車的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2 問題分析
    液壓節(jié)能型天然氣汽車加氣子站是利用特殊介質(zhì)-專用液壓循環(huán)油，用高壓柱塞泵(壓力不高于22MPa)直接將循環(huán)油注入液壓式加氣子站半掛車的儲氣鋼瓶中，將鋼瓶內(nèi)的壓縮天然氣推出。整個子站車裝卸是通過PLC控制系統(tǒng)控制液壓泵啟動，向CNG鋼瓶內(nèi)注入循環(huán)油(正常的充卸氣壓力在21MPa左右)，當(dāng)PLC給對應(yīng)電磁閥發(fā)出指令后，對應(yīng)的氣動執(zhí)行器在一定的氣動力作用下推動氣動球閥轉(zhuǎn)動打開，循環(huán)油開始注入或回流，同時，相應(yīng)的高壓氣體閥門啟動或關(guān)閉。氣動執(zhí)行器根據(jù)PLC控制程序適時開啟和關(guān)閉各鋼瓶的注循環(huán)油閥、出氣閥，依次轉(zhuǎn)換各工作鋼瓶。
    在頻繁的氣動閥門開閉過程中，主要有以下原因造成氣動控制閥球體密封件的0型圈破裂，使得氣體泄漏或內(nèi)漏現(xiàn)象發(fā)生：
    (1) 在壓縮氣體行業(yè)，采用液壓加氣子站車裝卸運(yùn)輸高壓天然氣時，閥門在開啟時壓力非常高，并通常含有一定量的雜質(zhì)，氣體或液壓油在流動的過程中，在高壓的作用下，當(dāng)高壓循環(huán)油或天然氣通過閥門時，由于柱塞泵瞬間壓力過大，氣體溫度會快速升高，使聚甲醛閥體的。型密封圈變軟，這使氣體的雜質(zhì)在高壓的沖擊下，很容易在通過閥體時放射性劃傷密封面(見圖2)，造成氣體泄漏。
 

(2) 當(dāng)充泄氣體球閥開啟，在瞬間的小開度時介質(zhì)的流通間隙小，會使壓力瞬間增大，氣體或循環(huán)油首先直接沖擊在0型密封圈邊緣部位，由于0型密封圈的耐壓程度是有限的(一般不超過800Pa)，就會瞬間將密封圈邊緣造成嚴(yán)重沖刷，從而影響閥門的密封性能和使用壽命。圖3為被沖擊破壞的0型密封圈。
 

    (3) 循環(huán)油通過柱塞泵時，會使循環(huán)油產(chǎn)生高溫，在天然氣與循環(huán)油接觸處，由于天然氣不溶于循環(huán)油中，會產(chǎn)生一定的氣泡，并在其絕熱壓縮的情況下，氣泡的溫度會迅速增高(有時瞬間可達(dá)500%左右)，氣泡在達(dá)到高溫之后，其周圍的循環(huán)油便會燃燒，成為循環(huán)系統(tǒng)油溫驟然升高的主要原因，油溫高導(dǎo)致密封圈被熔縮，(聚甲醛密封的耐溫小于100℃)，循環(huán)油中氣泡被帶到高壓區(qū)時，體積急劇縮小，氣泡又重新凝聚為液體，使局部區(qū)域形成真空，周圍液體質(zhì)點(diǎn)以高速來填補(bǔ)這一空間，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞產(chǎn)生局部高壓，形成液壓沖擊，這個局部的液壓沖擊作用在聚甲醛密封圈面上，使聚甲醛密封圈面上產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象而損壞密封圈，形成內(nèi)漏現(xiàn)象。
    (4) 球閥的進(jìn)出口接頭處，因工作過程中震動，球閥接頭處的密封圈因被擠壓造成破損，另外，球閥在氣壓的作用下，0型圈被擠壓到球閥接頭和閥體處的縫隙中而產(chǎn)生變形，導(dǎo)致0型圈被損壞，使接頭處形成外漏。
3 氣動閥門內(nèi)漏和外漏對液壓系統(tǒng)的影響
    天然氣液壓加氣子站主要為出租車、公交車等加氣服務(wù)，其工作性質(zhì)要求設(shè)備運(yùn)行必須連續(xù)、穩(wěn)定、高效，作為控制高壓介質(zhì)和高壓天然氣的氣動閥門在液壓子站車上的作用就顯得尤為重要，任何情況下氣動閥門內(nèi)漏、外漏不正常動作，必將導(dǎo)致液壓子站無法正常工作或造成設(shè)備事故影響加氣站安全。液壓加氣站運(yùn)行時因氣動閥內(nèi)漏將液壓介質(zhì)注入其它瓶中，會造成加氣子站車取氣率低、回油壓力高、設(shè)備報警、回液箱噴液等事故，有時為了排查液壓介質(zhì)究竟注入哪個瓶中，還得靠人工逐瓶檢查，嚴(yán)重影響加氣站連續(xù)穩(wěn)定供氣。液壓子站車氣動球閥內(nèi)漏問題也成為了推廣新型液壓加氣子站的瓶頸。經(jīng)過對內(nèi)漏閥門解體剖析發(fā)現(xiàn)全部因為球閥內(nèi)密封墊損壞所致，損壞現(xiàn)象有三種：1)球閥內(nèi)密封墊被異物劃傷；2)球閥內(nèi)密封墊斷裂；3)球閥內(nèi)密封墊熔縮、燒蝕。
針對以上的原因及現(xiàn)象，結(jié)合液壓子站工作特點(diǎn)研究認(rèn)為：閥門內(nèi)漏原因和密封圈損壞現(xiàn)象提出，如果在氣動球閥內(nèi)加一保護(hù)密封圈裝置，避免密封圈直接與雜質(zhì)、高溫氣液、液壓沖擊接觸，此問題就可得到較好的解決。改進(jìn)前后詳見圖4。
 
4 改進(jìn)方案
    (1) 在閥座與聚甲醛密封圈之間加金屬保護(hù)圈，有效地防止了密封圈的損壞，減少了內(nèi)漏。
   在液壓子站車后續(xù)改進(jìn)巾，將有密封圈保護(hù)裝置的氣動球閥使用到液壓車上，經(jīng)過一段時間的使用，沒有再出現(xiàn)氣動球閥內(nèi)漏和外漏情況。因為加入密封圈保護(hù)裝置后雜質(zhì)被保護(hù)圈隔離在外，與密封圈接觸不到，不再對密封圈產(chǎn)生損傷，有了保護(hù)圈隔離，油液高溫和液壓沖擊也由保護(hù)圈承受(聚甲醛密封圈質(zhì)量保證適應(yīng)溫度范圍在-30℃～100℃，耐壓在800Pa以上)，避免了密封圈的開裂和燒融現(xiàn)象，使得閥門壽命大大延長，液壓子站工作運(yùn)營正常。
    (2) 在閥體接頭處采用特殊的丁晴橡膠O型密封圈，較好地防止氣體外漏現(xiàn)象。
    一是增加0型圈硬度，從70shore改為80shore使球閥的開關(guān)頻率達(dá)到40萬次，減少了閥桿與丁晴橡膠O型密封罔之間的摩擦力，大大延長了球閥的使用壽命。
    二是在球閥接頭兩端O型密封圈的背面，增加PTSM支撐環(huán)墊圈，有效地防止在工作過程中因震動損壞0型密封圈造成氣體外漏現(xiàn)象。
5 改進(jìn)效果
    據(jù)實踐統(tǒng)計，未加金屬保護(hù)圈的氣動閥門使用壽命在15天～30天左右，自2010年4月份我公司對氣動閥門改進(jìn)后至今未出現(xiàn)密封圈損壞現(xiàn)象(閥門正常使用壽命已達(dá)9個月以上)。
    把球閥密封改為聚甲醛材質(zhì)，在內(nèi)網(wǎng)上加帶有高耐磨、防腐蝕、耐高溫的金屬保護(hù)環(huán)會有效的保護(hù)密封受損，這樣，聚甲醛球閥密封具有優(yōu)異的高壓承受性能，金屬保護(hù)圈有效地防止了天然壓縮氣體在閥門開啟時高壓沖擊，并防止帶有雜質(zhì)的高壓天氣通過閥體密封時，劃傷密封造成氣體泄漏或內(nèi)漏現(xiàn)象的出現(xiàn)。所以，氣動閥門采用聚甲醛密封加上防腐耐磨金屬環(huán)的特殊設(shè)計，最大程度的保證了球閥的密封效果，延長了閥門的使用壽命，保證了液壓加氣子站車的安全運(yùn)行。
 
(本文作者：李社奇 新興能源裝備股份有限公司 056017)