化工装置阀门执行器结构适配改造与过程应用

摘要：针对化工连续化生产装置中阀门与执行器因分期建设、多品牌设备混装、非标定制及原厂备件停产导致的安装及传动结构匹配性差问题，归纳出手动阀电动改造结构缺失、异型号执行器替换结构不兼容、电动阀改手动结构损坏三类典型工况。提出分体式结构适配改造思路，通过精准测绘与结构建模，分别定制安装支架与传动转换套、双层异形过渡法兰与异形传动接头、上下压盖组合支撑与手动传动副等过渡转换构件，在不改动阀体承压主体结构的前提下完成三类工况适配改造。工程实践表明，改造后设备固定牢靠、传动平稳、功能可靠，累计实现综合经济效益60.5万元，可为流程工业同类阀门改造提供工程借鉴。

关键词：阀门执行器；结构适配；安装法兰；传动转换；手动改电动；不停产改造

引言

阀门与执行器的结构匹配性是化工连续生产装置实现阀门精准调控、保障设备长周期稳定运行的关键基础。在役装置因建设周期跨度大、设备采购品牌繁杂、非标定制设备占比高等客观条件，普遍存在安装法兰参数不统一、传动结构体系互不兼容等问题。行业传统改造手段以整体更换阀体或成套更换执行器为主，改造成本高昂、设备资源浪费严重，且停机损失较大，无法适应不停产应急抢修等特殊工况。国内现有研究主要聚焦阀门调试精度提升、执行器性能优化等方向，对阀门执行器纯机械结构适配改造的系统性研究相对不足。结合三项实际改造工程，针对手动阀电动改造、异型号执行器替换、电动阀改手动应急三类典型工况，系统阐述分体式结构适配改造技术方案及工程应用效果。

1 三类典型工况与结构适配矛盾分析

1.1 结构缺失的手动阀电动改造

某装置外供蒸汽管线闸阀采用手轮操作及填料函结构密封形式，以往为纯手动操作设备，未预留电动执行器安装法兰及传动对接结构。该阀门布置在装置偏远区域，供汽调峰、设备启停均依靠人员现场手动操作，日均调节频次高，人员往返时效性差，且室外作业安全风险高。经检测，阀体与阀杆梯形螺纹传动部分完好，核心问题为双重结构缺失：一是缺少电动执行器固定安装基座，二是阀门操作端无法直接对接电动执行器输出端，不具备直接电动改造条件。

1.2 结构不兼容的异型号执行器替换

某装置电动阀属于机组一级高压安全设备，原配电动执行器故障报废，无同型号备件，需更换新型通用执行器。新旧执行器结构安装处差异明显：一是新旧执行器的安装法兰尺寸、螺栓孔位、定位基准都不一致，造成新型执行器无法安装固定就位；二是新旧执行器传动部位结构形式及尺寸存在偏差，新执行器动力输出部位无法与阀门传动调节处直接安装使用。

1.3 结构破损的电动阀改手动应急

某装置电动调节阀执行器采用外齿啮合传动及一体式法兰基座结构。长期受介质冲刷与设备振动叠加作用，发生双重结构性失效：外齿啮合传动铜套磨损崩裂，传动链路完全失效；底部一体式安装法兰断裂，执行器失去固定支撑，阀门自动调节功能丧失。该设备为非标定制产品，无通用替换备件，原厂订货周期超过30天。连续生产装置不具备长时间停机窗口，同时该阀门在装置运行期间每两天需启闭1次。经检测确认，阀门阀体、阀杆主体结构完好，仅外置电动配套结构损坏及传动梯形螺纹铜套损坏，具备不停机应急改造条件。

2 分体式结构适配改造技术设计与实施

所有改造均围绕安装固定、扭矩传动两大核心结构适配目标开展，统一执行“精准测绘—结构建模—构件机加工—无损装配—工况校验”标准化作业流程，仅通过新增过渡、转换构件实现适配，改造全过程不改动阀体承压主体结构。

2.1 手动阀电动化结构适配改造

采用分体式独立设计方案，分别定制安装支架与传动转换构件。改造时以原阀体密封填料函作为执行器承载法兰盘，以已安装手轮的传输轴作为执行器传动输出接收端，测绘现场这两处的相关尺寸及相对位置，再结合执行器的安装法兰及传动输出端的结构尺寸及相对尺寸，利用计算机绘图模拟安装示意图，进而确定安装支架及电动阀传动转换套的结构及相对尺寸。转换套安装后与执行器法兰留有一定间隙，同轴度容错能力良好，无需严格控制安装同心度（如图1所示）。现场按“先固定、后传扭”工序，依次完成安装支架紧固、传动套装配、执行器吊装与控制回路调试。调试结果显示，设备固定牢靠，传动平稳，阀门动作响应准确，远程启闭与调节功能全部正常。

图1  手动阀电动化结构适配改造示意图

2.2 异型号执行器双向结构适配改造

通过全尺寸测绘比对新旧执行器安装及传动部位关键参数，精准识别结构差异，采用安装、传动分体适配方案。安装端定制双层异形过渡法兰连接件，下法兰对接原阀门本体，上法兰匹配新型执行器，实现异形法兰无缝转接固定；传动端定制异形传动接头，一端加工凹槽结构与原阀杆铜套配合，另一端加工凹槽结构适配新型执行器输出端，搭建跨结构形式的稳定扭矩传递通道，满足高压大扭矩工况安全要求。同时对新执行器传动件不匹配部位进行车削修铣以便适配安装。改造后开展阀门全行程启闭试验，结果表明过渡法兰无松动，传动接头啮合紧密，扭矩传递稳定，阀门动作平稳、阀位反馈准确，彻底消除机组安全隐患。

2.3 电动阀改手动应急结构重构改造

结合阀体、阀杆主体完好、仅电动配套结构及传动铜套失效的特点，确定“舍弃破损电动结构、重构临时手动调控体系”的应急改造思路。利用阀体原有螺栓孔设计上下压盖组合支撑结构，替代断裂的原装法兰，形成稳定固定支撑体系；对库存铜套进行机加工，车内孔梯形螺纹使其适配阀杆，重新构建手动传动副；增设传动连接销实现扭矩传输，配置推力轴承承受轴向载荷，实现手轮驱动铜套旋转、通过梯形螺纹带动阀杆升降。由阀门维护单位提供手轮、推力轴承等，当天即可实现阀门手动装置恢复(如图2所示)。改造后临时结构装配牢固、传动精准，在原厂备件等待周期内装置工艺指标保持稳定，阀门按要求进行手动启闭。本次改造未损伤阀体本体，可逆性强，原厂备件到货后可快速恢复原有结构，适用于连续生产装置应急抢修。

图2  电动阀改手动应急结构实物图

3 改造效果与效益分析

三类改造项目均有效解决现场设备运维难题。蒸汽管线阀门电动改造实现远程自动化调控，配套转接构件连续运行12个月未出现松动、泄漏、传动失效等故障；结构损坏的电动阀改手动应急操作在24小时内完成故障闭环，保障装置连续稳定生产；异型号执行器的适配改造阀适配构件稳定运行8个月，机组满负荷工况下阀门运行正常，消除一级设备安全隐患。从人工成本节约、备件采购费用节省、停机损失挽回及间接增收多维度核算，累计创造综合经济效益60.5万元。其中手动阀电动改造每年节约人工成本22万元；异型号执行器改造节约备件采购成本3.5万元；应急改造规避装置降负荷损失15万元；异型号执行器改造保障机组满负荷生产间接增收20万元。安全层面，改造消除室外高危人工操作风险，缩短设备带病运行时间，有效规避介质泄漏、设备超压等隐患。管理层面，沉淀形成标准化适配工艺与构件模板库，大幅缩短同类故障处置周期，优化设备运维管控体系。

4 结论

（1）化工装置阀门执行器适配故障的根本原因在于安装结构不匹配与传动结构不兼容，集中表现为手动阀电动改造结构缺失、异型号执行器替换结构不兼容、电动阀改手动结构损坏三类典型场景，是多品牌、多批次设备混装工况下普遍存在的技术难题。

（2）采用分体式纯结构适配改造思路，针对三类工况分别定制安装支架与传动转换套、双层异形过渡法兰与异形传动接头、上下压盖组合支撑与手动传动副，在不更换阀体本体、不停产或短时间停机条件下可有效解决各类结构适配问题，改造后设备结构稳定、功能可靠，满足工艺运行及安全规范要求。

（3）该技术体系通用性强、工程落地性好，改造成本低、实施周期短、适用范围广，形成的标准化改造模板可为同类技术改造提供工程参考，具备较好的行业推广价值。后续可依托研究成果搭建标准化构件图库与预制备件库，进一步完善设备应急技改标准化体系。

参考文献

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*作者简介: 陈春锋，男，2005年毕业于大庆石油学院机械设计制造及其自动化专业，现为独山子石化公司机电仪运维中心现场二级工程师，主要从事石化设备配件测绘制造及修复工作。