摘自controleng，作者約翰·卡羅爾，戈登翻譯

壓縮站通常使用自動閥門，這些閥門由加壓天然氣激活，需要改進執行器的設計來消除排放。

天然氣排放日益成為政府和工業關注的焦點。甲烷是天然氣的主要成分，是一種強有力的溫室氣體。盡管美國排放的二氧化碳是甲烷的9倍，但在一個典型的10年周期內，甲烷造成的環境破壞是甲烷的84倍。世界各地的政府機構都通過了限制溫室氣體排放的法規。其中許多規定針對的是石油產品的生產和運輸，因為這些作業是甲烷排放的重要來源(見圖1)。

圖1:石油工業在美國和世界各地釋放了大量的甲烷。作為回應，美國環保署引入了CFR 40 Part 60 Subpart OOOO來解決這個問題。照片:環保局

天然氣排放有三種主要類型:無組織排放、燃燒排放和排放。無序排放通常是由設備密封、填料和墊圈的意外泄漏引起的。燃燒排放來自燃燒器、火炬、加熱器和其他氣體設備。天然氣動力設備的甲烷排放是天然氣動力設備的主要排放源，減少甲烷排放是本文研究的重點。

執行期權

操作開關和控制閥的方式有多種，包括電動執行器、由空氣或天然氣驅動的氣動執行器、液壓執行器。每種方法都有不同的優點和缺點。在遠程天然氣管道閥門的情況下，由于現場位置偏遠，閥門尺寸大小，以及某些閥門無法達到安全狀態的要求，選擇更加有限。

這些要求通常排除了電動驅動，而缺乏局部空氣供應通常排除了氣動閥作為一種選擇，只留下直接的氣動執行器、氣動馬達閥或液壓單元。液壓執行器可以是氣液聯動、電液或一種稱為排放控制執行技術(ECAT)的新技術。下表顯示了這些驅動技術的甲烷排放量(見圖2)。

圖2:不同技術下每英寸閥門的甲烷排放量比較。燃氣發動機執行器的排放量最高，而ECAT根本不排放甲烷。照片:愛默生

氣體馬達利用壓縮管道氣體驅動氣動馬達，帶動閥門移動。雖然它們不需要電力，但它們會排放大量甲烷。油氣系統利用管道中的天然氣對液壓油加壓，然后用液壓油驅動旋轉刀片(RV)或叉(SY)閥門執行器。閥門激活后，氣體壓力釋放到大氣中(見圖3)。

氣液聯動利用了管道壓力的可用動力，同時提供了執行機構尺寸小、使用壽命長等固有的液壓優勢。雖然氣液聯動系統已可靠運行多年，但由此產生的溫室氣體排放促使天然氣管道行業考慮其他選擇。

圖3:氣液聯動液壓系統采用高壓氣體(藍色)從管路中對液壓油(紅色)加壓，用來驅動閥門，本例中為旋轉葉片執行器(左圖)。然后將氣體排干(灰色，右邊)，將高壓氣體引入右邊的油箱，從另一個方向啟動閥門。照片:愛默生

電動液壓操作

管道閥門執行機構的零排放選擇是電液操作(見圖4)。這些閥門使用一個小型電動馬達對驅動執行機構的液壓流體進行加壓。如果需要這種功能，執行機構可能包含一個彈簧，在電源故障的情況下驅動閥門到故障安全位置。

液壓執行機構可以在相對較小的占地面積內產生高扭矩，而且不需要空氣或天然氣，但電動液壓操作人員需要動力。太陽能是一個選擇較小的閥門或閥門與較慢的驅動速度要求。在無電源的情況下，可使用手動泵在緊急情況下驅動閥門。

電液閥提供零排放，但在驅動速度和總扭矩方面受到限制。如果需要很高的扭矩或快速驅動，則可以使用不同的液壓技術。

圖4:零排量電液閥采用電動馬達和彈簧加載的液壓驅動執行機構的組合來提供故障安全閥驅動。較小的閥門或不需要快速打開的閥門可以使用太陽能。照片:愛默生

ECAT液壓傳動

較大的閥門或必須快速移動的閥門需要為執行器提供更多的動力。在偏遠地區，明顯的動力源是管道本身的增壓氣體。氣液執行器使用這種動力，但在每次沖程時釋放甲烷。最近政府對甲烷排放的規定刺激了零排放設計的發展(見圖5)。

ECAT的設計與氣液聯動系統相似，它利用管道壓力提供動力，并具有驅動器尺寸小、使用壽命長等固有液壓優勢。但通過使用小型電動馬達在每次沖程后將氣體推回管道，它實現了零排放。

ECAT系統利用管線壓力對液壓油進行加壓，并驅動閥門。一旦沖程完成，ECAT使用一個小型電動馬達驅動泵，逆轉液壓流體的流動，迫使氣體返回管道，為下一個沖程做準備。

圖5:與氣液聯動系統類似，ECAT使用來自管道的高壓氣體(藍色)對液壓油(紅色)加壓，以驅動閥門(左圖)。不同之處在于，在沖程結束時，一個小馬達將氣體送回管道(如圖所示)，從而實現零排放。禮貌:愛默生

由于電機對功率的要求較低，必要時通常可采用太陽能供電。如果需要多個沖程，可以擴展蓄能器和蓄能器，以提供足夠的液壓油驅動閥門多次。液壓手泵可用于在管路壓力很低的情況下移動閥門。

ECAT系統可與叉式或旋轉執行器配合使用，并可對現有的氣液聯動系統進行改造，使用戶能夠以相對較低的成本減少甲烷排放。

一些現有的閥門控制系統使用天然氣激活組件，可能昂貴或難以更換。在這種情況下，現有的氣液聯動系統可以替換為ECAT，而氣動元件不受影響。這一改進以最低的成本減少了近99%的排放。

解決現實世界的問題

加拿大最近對甲烷排放的限制，迫使不列顛哥倫比亞省的一家管道公司重新評估其6個或壓縮機站和1個計量設施的石油和液壓操作人員，所有這些設施都是零排放要求。經過評估，該公司認為ECAT可以將甲烷排放量降至零，同時保留大部分現有設備。

目前正在設計一個大型甲醇終端，業主不希望承擔在遠程站點維護儀表空氣和維護的成本。EHO執行機構被指定用于控制和緊急關閉閥。EHO執行器提供了控制閥的精確定位，控制閥的運動速度，以及彈簧復位執行器的故障安全操作-在現場沒有空氣供應。

評估選擇

最近的環境法規著重于減少由天然氣操作的設備的排放，如直接氣動閥門和油氣系統。管道運營商現在有低排放和零排放的選擇，以合理的成本解決這些問題。

對于任何給定的應用，最佳的選擇通常取決于可用的功率，以及所需的驅動速度和閥門通徑。但幾乎在所有的情況下，都有新的低排放或零排放的替代方案，可以提供與傳統驅動系統一樣的高可靠性和長壽命。此外，改造套件可以顯著降低整個設備升級的成本，將現有的閥門執行器安裝轉化為零/低排放，同時保留許多原始組件。

如果面臨迫使天然氣驅動設備減少甲烷氣體的問題，建議研究最新的液壓閥驅動可用選項。新的低排放設計以相對較低的安裝成本提供了非常高的性能。

作者的簡介

約翰·卡羅爾(John Carroll)是艾默生液壓業務的負責人。他曾擔任工程師和經理16年，并擔任過各種職位，包括執行技術區域銷售經理、價值流經理和內部銷售經理。約翰畢業于彭薩科拉基督教學院，獲得機械工程學士學位。

本文由截止閥編輯整理