化工氣動執行器由于所處環境惡劣、動作頻繁等導致其在生產過程中存在運行風險，通過對其原理及實際生產中遇到的問題進行分析，確定風險來源。對于不同類型的風險采取技術改造、點檢定修、專項檢查、分級管理等措施可以有效確保執行器的安全、穩定運行。

　　連續性的工業生產自動化程度很高，正確分配和穩定控制流動介質對于生產穩定非常重要。對于能量交換和流量、液位等工藝參數的控制，通常通過應用執行器完成。在生產現場，許多執行器工作條件如溫度、壓力、腐蝕、污染等是高溫、高壓、易腐蝕、易結晶的惡劣環境，極易造成執行器不動作或者誤動作的情況，導致工藝參數調節難度加大，影響產品質量，嚴重的甚至造成安全事故。

1、氣動執行器

　　執行器是工業自動化過程控制系統的重要組成環節，接收來自控制單元輸出的控制信號，通過改變控制閥的流通面積，調節流體流通能力，實現對生產過程的自動控制。根據所使用的能源不同，執行器分為氣動、電動和液動等類型。其中氣動執行器作為重要的控制儀表之一，在石油、化工、電力、冶金等工業企業應用最廣泛。

　　1.1、氣動執行器控制回路

　　氣動執行器以壓縮空氣為動力源，將輸入控制信號轉換為氣壓信號加到氣動執行機構上進而驅動閥門，實現連續調節或開關動作，可選配電氣轉換器、閥門定位器、電磁閥、保位閥等附件。其控制/聯鎖回路如圖1所示，工業自動化控制系統如DCS的控制槽路根據AI模擬輸入(流量、壓力、溫度、液位等被調參數)進行PID控制運算，通過AO模擬輸出4mA～20mA控制信號到氣動執行器的電氣閥門定位器，轉換為定位控制的氣動信號使氣動執行器執行動作。串接在氣路中的電磁閥用于安全聯鎖控制，DCS通過DO數字輸出一個聯鎖信號控制電磁閥是否帶電進而控制氣路通斷。

圖1 氣動執行器控制/聯鎖回路示意圖

　　1.2、氣動執行器結構

　　氣動執行器有薄膜式和活塞式兩種。常見的氣動執行器多為薄膜式，特點是結構簡單、價格較低廉，但輸出行程較小。薄膜式氣動執行器又分有彈簧和無彈簧兩種。現以常用的有彈簧正作用執行器為例說明其工作原理，如圖2所示：當信號壓力通過上膜蓋1和薄膜片2組成的氣室時，在膜片上產生一個推力，使推桿8下移并壓縮彈簧9。當彈簧的作用力與信號壓力在膜片上產生的推力相平衡時，推桿穩定在一個對應的位置。推桿的位移即執行器的輸出，也稱行程。

1-上膜蓋;2-薄膜片;3-托板;4-閥桿;5-閥座;6-閥體;7-閥芯;8-推桿;9-平衡彈簧;10-下蓋

圖2 氣動薄膜執行器結構圖

2、運行風險分析

　　在化工生產過程中，由于氣動執行器長期處于高溫、高壓等環境中，以及動作相對頻繁，故障率相對高一些，容易出現閥桿填料泄漏、連接件脫開、氣管路松動泄漏，造成不動作或者誤動作，中原大化煤化工裝置區和天然氣裝置區都曾出現上述情況導致減負荷或者停車事故。帶有電磁閥的氣動執行器很有可能由于電磁閥故障造成氣動執行器動作異常，給正常生產帶來極大隱患。針對實際應用中遇到的問題，應分析氣動執行器的運行風險來源，以便制定相應的措施最大限度減少運行風險。

　　2.1、填料泄漏等常見風險

　　氣動執行器閥桿填料泄漏較為常見，還有部件松動、閥體腐蝕、過濾器減壓閥損壞、膜頭泄漏等，針對這些運行風險，中原大化儀表公司建立了氣動執行器運行的點檢定修制度。針對部件松動、閥體腐蝕、過濾器減壓閥損壞、膜頭泄漏等，中原大化制定了點檢定修制度。

　　點檢定修就是按照一定的標準、一定周期、對設備規定的部位進行檢查，以便早期發現設備故障隱患，及時加以修理調整，使設備保持其規定功能的設備管理方法。結合現場實際并根據儀表對生產的影響程度、重要性進行分級管理，制定了點檢定修標準及相應的考核辦法。要求點檢員每月5日前對包區所有儀表按照點檢標準逐一全方位檢查，對點檢數據進行匯總分析，找出儀表存在的問題，然后采取“定時間、定責任人、定整改措施、定資金、定措施”的“五定”方法進行跟蹤將查出的儀表隱患進行徹底解決。點檢定修制度能夠及時發現儀表隱患，通過五定將隱患消滅于萌芽狀態，做到儀表設備的預知檢修、狀態檢修。針對氣動執行器運行進行的點檢表如表1所示。

表1 執行器運行工況檢查表

　　2.2、執行機構與電氣元件連接脫開

　　在化工自動控制系統中，為了實現執行器的準確定位常將氣動執行器與閥門定位器配套使用。定位器接收控制器的輸出信號，產生與之成比例關系的輸出信號來控制氣動執行器。由于化工生產的特殊性，執行器會出現由于震動導致與定位器連接脫開的情況。中原大化曾出現上述情況導致的減負荷或者停車事故，為了吸取事故教訓、做到事故的預知、預防，進而達到預治的效果，中原大化儀表公司開展了執行器連接部件專項檢查活動。

　　執行器連接部件專項檢查即制定專門的標準和細則，抽調專門的工程技術人員每月按照規定的檢查內容對所負責裝置區內所有執行器的連接部件進行檢查。檢查完成后，領導對檢查的結果進行驗收，對檢查出的問題制定整改方案和整改期限責令相關責任人進行整改并根據相關考核標準對人員進行獎懲考核。自活動開展以來，中原大化未再出現由于執行器與定位器等脫開的情況。執行器連接部件專項檢查表如表2所示。

表2 執行器連接部件專項檢查表

　　2.3、電磁閥故障

　　在氣動執行器的氣動信號管路中配置電磁閥，用以實現安全聯鎖動作。電磁閥接受DCS發出的聯鎖信號激勵或釋放電磁閥線圈，改變流路，接通或斷開氣動信號并使氣動執行機構氣室排空。電磁閥誤動作或線圈燒毀等原因造成氣動執行器故障，嚴重影響生產穩定。為了防范電磁閥故障給氣動執行器帶來的運行風險，將電磁閥單配置改造為雙配置、DCS數字輸出雙點設置，形成“與門”控制關系的雙保險。雙電磁閥聯鎖原理如圖3所示。閥門定位器輸出的氣動信號經過三通接頭連接到電磁閥1、電磁閥2的輸入端，將電磁閥1的排空孔與電磁閥2的輸出孔連接起來，而電磁閥1的輸出接氣動執行機構氣室。當電磁閥1或電磁閥2單獨故障時，氣動信號都能接通到氣動執行機構，不會造成影響。僅當電磁閥1與電磁閥2同時故障時才會徹底斷開氣動信號并使氣動執行機構氣室壓力經電磁閥1和電磁閥2排空，這種兩個電磁閥同時故障的概率比單個出現故障的概率就要低很多。同時，DCS的數字輸出點要組態在不同的DO卡上，避免雙電磁閥接在同一卡件上，規避DCS卡件故障而導致雙電磁閥同時出現問題。

圖3 雙電磁閥改造原理圖

3、結束語

　　氣動執行器運行的點檢定修和風險防范能夠有效降低一般故障率和風險，預知處理填料泄漏、將連接部件松動風險消滅于萌芽狀態，而雙電磁閥改造更是提高了安全系數。據不完全統計，中原大化儀表公司點檢員平均每人每月能夠發現并處理執行器隱患十余處。正是由于點檢定修制度、專項檢查制度、技術改造等的不斷實施，中原大化自2012年3月至今未發生因氣動執行器故障而導致生產裝置斷料、減負荷等情況。