船舶壓載水處理系統中的遙控蝶閥概述

李振偉,李續光,盧曉偉

(青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司,山東 青島 266101)

根據《2004年國際船舶壓載水及其沉積物控制和管理公約》,船舶為了滿足D-2壓載水排放性能標準,防止生物入侵,必須安裝壓載水處理系統,對壓載水進行滅菌處理來滿足規范要求。蝶閥由于其本身結構簡單、操作力矩小、安裝空間小,且其流量系數大、成本較低、性價比高,適用于低壓流體輸送,通過與遙控裝置搭配,可實現遠程遙控開關和調節功能,滿足船舶壓載水處理系統自動化平穩運行要求;因此,遙控蝶閥普遍應用于壓載水處理系統管路中,是其重要組成部分。

壓載水處理系統中常用的主要有開關型和調節型兩種遙控蝶閥,通常要求兩種遙控蝶閥都帶有手輪,當閥門遙控裝置出現故障時,可以進行手動操作。正常運行情況下,在管路上布置遙控開關型蝶閥能夠減少人力操作、省時省力,不需要船員去現場手動啟閉閥門,大大提高了工作效率,是實現系統自動化的有力保障;遙控調節蝶閥除了具備基本的開關功能,還起到調節流量的作用,如壓載水處理系統中布置在自動反沖洗過濾器后的調節蝶閥既能調節主管路流量,使主管路流量在壓載水處理系統額定處理范圍內,也能確保自動反沖洗過濾器進行反沖洗時,通過閥門的調節作用,調節過濾器出口壓力,提高反沖洗壓差,使過濾器具有良好的反沖洗效果,使系統能更加平穩運行[1]。

此外,從系統運行穩定和安全方面考慮,規定遙控蝶閥失去能源后需要進行的動作,提高系統可靠性,減少人為操作;如在次氯酸鈉或其他腐蝕性、氧化性強等介質的管路上布置單作用的遙控開關或調節蝶閥,當遙控蝶閥失去動力來源時,閥門能夠實現自動關閉,阻斷介質的流動,提高系統的安全性。

1 不同種類遙控蝶閥的原理及特點

目前遙控蝶閥按照閥門驅動型式分為電動遙控蝶閥、氣動遙控蝶閥、液動遙控蝶閥、電液式遙控蝶閥。遙控蝶閥應用普遍,技術也已基本成熟,但是不同類型的驅動方式,原理不同,各有優缺點,需要根據實際運行要求以及現場環境條件選擇合適的遙控蝶閥。

1.1 電動遙控蝶閥

電動開關蝶閥主要由電動開關執行機構、蝶閥和手輪組成,如圖1所示;電動調節蝶閥主要由電動調節執行機構、蝶閥和手輪組成,如圖2所示;電動執行機構常用的電制有直流24 V,交流220,380 V等,信號一般是4～20 mA等模擬量信號。電動開關蝶閥是以電能作為驅動力,電動執行機使閥板繞軸在0～90°區間做旋轉運動;電動調節蝶閥主要是通過接收4～20 mA模擬量信號來驅動閥板,使閥板到達指定位置,實現較為精確的控制閥門開度[2]。根據蝶閥的流量特性,閥門閥板在30°～70°區間運動時,調節性能最好,能夠達到較為理想的調節精度,以更好地達到控制流量及流體壓力的目的;在海洋環境中,由于環境潮濕,對電氣部件有較大挑戰性,電動蝶閥頻繁動作,故障率會較高,后期維護、保養成本會較高。

圖1 電動開關蝶閥

圖2 電動調節蝶閥

1.2 氣動遙控蝶閥

氣動開關蝶閥主要由閥體、氣缸、限位開關、電磁閥、空氣調壓過濾器和手動操作器組成,如圖3所示;若閥門需要控制閥門啟閉速度,可增加慢開模塊,慢開模塊可以有效避免由于突然打開閥門,造成的水錘效應,有利于保護設備;氣動調節蝶閥主要由閥體、氣缸、定位器、空氣調壓過濾器和渦輪(手輪)組成,如圖4所示。氣源壓力為0.6～1.0 MPa,通過空氣調壓過濾器調節到0.5 MPa左右,進入氣缸,在定位器或限位開關的共同作用下,驅動閥門到指定位置。閥門若要實現精準的調節動作,需要選擇智能型定位器,而不是機械式調節的定位器;為了系統安全,氣動閥門失電和失氣時一般會要求閥門保持特定動作,例如氣動單作用蝶閥可要求實現失電、失氣時閥門保持開啟/關閉的狀態,氣動雙作用蝶閥可實現失電閥門開啟/關閉的狀態,失氣時閥門保持原位。

圖3 氣動開關蝶閥

圖4 氣動調節蝶閥

1.3 電液式遙控蝶閥

電液式蝶閥由閥門、馬達、液壓泵、油箱、控制模塊組成,采用泵控液壓缸的模式,集成到驅動頭內部,使其兼有液壓驅動力矩大、均勻和電氣反應時間短的特點。電液式蝶閥通過電液式執行機構中的電機驅動液壓馬達,液壓伺服缸驅動閥門進行轉動。電液式蝶閥是一種“一控一”模式,即一套液壓系統控制一臺蝶閥動作。

1.4 液壓式遙控蝶閥

液壓式遙控蝶閥主要由蝶閥、液壓執行機構組成,液壓蝶閥運行還需要液壓泵站、電磁閥箱和蓄壓器等。其工作原理是由液壓泵站將液壓油通過管路輸送到蓄壓器,然后通過電磁換向閥換向、蓄壓器作用等,使液壓油流向特定管路,從而使閥門完成指定動作,完成蝶閥的打開或關閉。液壓式遙控蝶閥屬于“一控多”模式,通過一臺液壓系統控制若干臺蝶閥啟閉,與電液式蝶閥的“一控一”模式有較為明顯區別;電磁閥箱是液壓蝶閥系統不可缺少的部分,此外還需要布置液壓管路、液壓動力泵等,布置繁瑣、成本較高,但是其受海洋環境影響小,適合船舶工作環境,因此,在船舶上被廣泛應用。

2 四種遙控閥門優缺點

根據閥門驅動裝置的作用原理,可分為電動、氣動、液動、電液式遙控蝶閥,4種遙控蝶閥的優缺點對比如表1所示[3-5]。

3 船舶壓載水系統中遙控蝶閥的實際應用

在船舶壓載水處理系統中,主要由過濾單元、藥劑生成單元、中和單元三大部分組成。其中過濾單元主要包含自動反沖洗過濾器,過濾海水中的懸浮物,達到一定壓差進行自動反沖洗,在濾器出口設置遙控調節蝶閥,濾器反沖洗時,遙控蝶閥調節流量,增大濾器出口壓力,使出口和排污口具有一定反沖洗壓差,確保濾器排污效果,這就需要遙控閥門調節精度高;在泥沙含量高區域,調節閥門動作頻繁,對閥門執行機構的要求進一步提高,氣動調節蝶閥選用智能型定位器,既可以滿足調節精度要求,也可以滿足閥門動作頻繁和及時性要求;電動式蝶閥雖然安裝簡單,但在船舶海洋環境中電動執行機構可靠性大大降低,不太適應于用在船舶壓載水管理系統中;液壓式遙控蝶閥在船舶中應用廣泛,更多的是滿足開關功能,由于其靠液壓油和管路驅動,反饋不及時,調節精度也較難把握,不建議在有高調節精度要求的管線上使用;電液式遙控蝶閥成本較高,目前在船舶上應用條件也不成熟,系統復雜,故障率較高,比較費時費力,不利于船員操作;綜上所述,結合4種遙控蝶閥的特點,在船舶壓載水處理系統中,調節型閥門選用氣動調節型蝶閥更合適,開關型閥門可以選擇氣動或液壓遙控型蝶閥[6-8]。

4 結論

船舶安裝壓載水處理系統,考慮船舶環境、閥門性能方面,對于開關型閥門,選擇液壓遙控蝶閥或者氣動開關蝶閥性價比更高,若壓載水處理系統需要調節閥,動作頻繁,運行穩定,且對調節精度有嚴格的要求,建議選擇氣動調節蝶閥。氣動蝶閥和液壓蝶閥從成本、安裝、穩定性來說,適合在船舶壓載水處理系統中使用,電動蝶閥和電液式蝶閥目前不適合大規模使用,在船舶上應用故障率較高,且安裝和售后成本較高。