中国西气东输管道智能电动阀门执行

几年来，中石油一直在建设连接中国市场和西方天然气资源的“西气东输”(WEPP)网络。Rotork被选中在这一发展中发挥核心作用，提供许多IQ范围的智能电动执行器和IQM调制执行器。

WEPP网络被称为中国有史以来最大、最重要的天然气工业项目。该项目旨在开发中国西部地区，包括建设四条连接中国东部市场和西部资源的天然气管道。数千公里的管道沿着高原、山脉、沙漠和河流等不同的地形，连接新疆自治区和土库曼斯坦的塔里木盆地与长江三角洲和珠江三角洲地区。

该管道项目由中石油的子公司中石油西气东输管道公司开发。中国最大的国有油气生产商中国石油天然气集团公司(CNPC)持有中石油的多数股权。该工程的第一阶段工程(WEPP 1)于2004年启动，将新疆塔里木盆地天然气田的天然气输送到长三角地区发电。2008年，第二条管道开始建设，部分与第一条管道平行并相互连接。第二条天然气管道从新疆到广州，随后还将开发两条天然气管道，旨在供应数十亿立方米的天然气，以满足中国工业和人口中心日益增长的能源需求。第二管道(WEPP II)于2008年2月开工建设，第三管道(WEPP III)于2012年10月破土动工。WEPP IV仍处于规划阶段。

从一开始，整个项目就采用了Rotork IQ智能非侵入式技术的电动阀门执行机构。十多年来，在项目的各个阶段，已经安装了数千个这样的执行机构，用于压缩气站、歧管和存储设施的阀门控制。

2002年第一条管道开工建设时，IQ智能阀门技术已经存在近10年，并在多个行业建立。第一代IQ执行器最近被IQ Mk2取代，添加了在其他制造商的产品中无法找到的新功能，他们开始复制原来的设计。

当时，Rotork是唯一一家提供非侵入式坐封、数据记录和数据传输技术的制造商，这些技术已经在国际油气行业得到了验证。在1993年推出时，IQ执行器通过与手持设定工具的红外连接开创了非侵入式数据通信，到2000年，IQ占据了该公司全球电动执行器销售的大部分。

到2006年，通过在致动器和设置工具之间引入双向通信，进一步发展了非侵入式技术，使致动器配置数据能够检索并重新传输到其他致动器，当许多阀门需要接近相同的调试设置时，有可能节省大量时间。数据也可以下载到PC上，进行微调或调整，然后通过手持设置工具重新传输至致动器。

每个执行机构的集成数据记录器记录调试数据“足迹”和后续阀门运行信息，包括两个阀门方向的扭矩剖面。在运行Rotork IQ Insight软件的PC上提取和分析这些数据，可以准确评估阀门性能，识别潜在的操作问题。然后，可以以更高的效率规划资产管理项目，消除为过于谨慎的维护计划制定计划的诱惑。意外流程中断的风险也被降到最低。数据可以通过手持坐封工具下载，也可以通过与执行器直接连接的笔记本电脑运行软件下载。

除了管道隔离阀的作用外，智能电动执行器还可用于输出站的控制阀作用，使气体能够在减压下传输至下游配气网络。

在此示例中，IQM调制执行器控制尺寸在100 mm和250 mm之间的轴向流量控制阀。这些600级阀门被称为关键的“一线”阀门，可将主输电线工作压力高达99巴的气体压力降低至25至45巴的下游分配压力。仅在第一条管道上，就有50多个此类起飞站沿线路修建。（莫克维尔德阀门提供。）

非侵入式调试执行机构，无需拆卸电气盖来设置行程开关和扭矩设置，为操作人员提供了许多好处。除了提高调试过程的效率外，该技术还确保了内部电子元件的永久性保护，不受湿气或灰尘的污染，确保了在管道沿线普遍存在的环境挑战条件下的长期可靠性。该技术通过一个“双密封”的接线盒进一步加强了电力和控制电缆的连接。端子与执行器的主体分开密封，以确保当拆卸端子盖时内部电气受到保护。因此，具有危险区域操作最高认证的执行机构还具有坚固、水密和临时潜水外壳，符合IP68和相应的国际标准。

新发展

第一条管道的4000公里长度不到第二条管道及其八条支线总长度的一半。同样，第一条管道的年输送能力为170亿立方米，而第二条大口径管道的年输送能力为300亿立方米。

第三条管道的建设，其统计数据与第二条管道相似，目前正在进行中，从2013年初开始，该项目的订单将由另一代IQ驱动技术IQ3完成。来自诸如前两个西-东管道项目的经验和反馈，对Rotork引入更多功能和资产管理特性的能力做出了至关重要的贡献，这些功能和资产管理特性与现有的安装和控制协议无缝对接。为了满足终端用户在现场和控制室访问更多数据的需求，数据记录、显示和通信能力也得到了进一步的发展。

在开发清单中，IQ3设计的三个关键特性对于长期可靠性、低维护和低拥有成本尤为重要。

首先，执行机构局部位置指示窗口已经发展成为能够提供局部指示、阀门和执行机构状态、执行机构配置和设置菜单屏幕、故障诊断和资产管理信息的多功能显示器。曾经只是一个当地的位置指示器，现在是工厂过程的一个窗口。除了当地位置指示它还提供了一个图形界面,协助设置和校准和它显示-在阀门致动器性能关键性能数据关系,允许用户确定阀门的使用情况或预测可能发生的问题。

显示器本身被设计成具有非常宽视角的双显示器。前段显示器可使致动器完全设置和操作，而第二段显示器可永久显示详细的诊断和操作数据屏幕，提供“过程视图”。根据操作员希望随时看到的信息，有四个可选屏幕可用，包括诊断图形、同步需求和位置、扭矩和位置以及执行器设置。阀门位置显示为一个小数点，为诊断分析提供准确度和分辨率。诊断图形为显示阀门扭矩图的过程提供了一个窗口，有助于实时分析情况。

第二，执行器输出扭矩的精确测量是由蜗杆和车轮提供的功能。蜗杆轴的轴向力总是与蜗轮产生的扭矩成比例，这并不受齿轮传动长期运行所引起的效率变化的影响。扭矩是由一个力传感器测量的，而不是碟形弹簧或任何其他机械设备，这些设备会随着时间的推移磨损并改变其特性。这对资产管理非常重要，因为执行器数据记录仪会在调试期间记录阀门操作冲程的扭矩曲线，并随后在每次阀门操作期间进行记录。这些数据构成了可用于维护计划的信息的关键部分。

第三，可靠和可持续的阀门控制依赖于执行机构精确和可重复的位置测量。为了实现这一点，IQ3现在使用专利绝对编码器。绝对编码器是一种机电位置测量装置，用于感测从动齿轮的相对位置，以计算执行器输出的位置，从而计算阀门位置。它们的优点是不需要电源来跟踪位置变化；它们的缺点是增加了复杂性，降低了可靠性。

IQ绝对编码器采用最新技术，经过几年的测试，克服了这些问题。它是非接触式的，只有四个运动部件，可测量多达8000个输出匝数，具有高分辨率、冗余和自检功能。该设计提高了位置感测的可靠性，同时提供了连接或不连接电源的位置测量。