石油和天然气行业中的电动执行器

在石油、天然气和石化行业中，通过系统中的阀门精确控制产品流量至关重要，而流量的调节取决于阀门执行器。这些关键设备必须在条件下可靠、安全地运行，比如极低的温度、干旱或高降雨量的环境、沙漠或北极的偏远地区以及化学品的腐蚀作用、长时间的高湿度或盐度。在具有潜在爆炸性的环境中，还需要防爆，在某些应用中，还需要防火等等。

除了打开和关闭阀门的核心功能外，执行器还形成了过程和监控系统之间的重要接口，提供与工厂网络中使用的任何分布式控制系统 (DCS) 的无缝集成。此外，在工业物联网 (IIoT) 发挥作用的情况下，配备强大电子设备的电动执行器必须充当信息中心，提供对各种过程和诊断数据的直接访问。

低运营成本和低维护成本是工厂或管道沿线分布式系统的一个重要因素。电动执行器是许多工业应用的理想选择。该电源易于安装且不受温度影响，而且执行器几乎无需维护。阀门电气操作的用户界面可以通过可编程逻辑控制器/监控和数据采集 (PLC/SCADA) 系统进行远程控制，也可以使用执行器上的本地控制轻松访问。停电时，手轮可作为应急备用。

工厂和管道运营依赖于阀门的高度自动化来实现基本功能。涉及物料流动、泵站、压缩机站等的复杂过程，要求阀门定位准确且极其可靠。

执行器必须操作全系列阀门（从球阀、蝶阀、闸阀到其他阀门）以控制气体和液体的流动。通常，球阀或蝶阀驱动需要部分回转执行器，执行器为全行程提供通常90度的旋转运动。另一方面，闸阀通常需要多回转执行器，以提供大量回转来操作阀门从打开到关闭，反之亦然。

调节执行器可以提高控制阀的定位精度，从而精确调节管道内的流量。在上游部分，用于原油和天然气的流动；中游用于资源的储存和运输；在下游领域，用于原油的精炼过程，和精炼产品（即汽油、燃料、沥青等）的销售，以及为各种石化工业提供原料，这些工业使用石油为基础的产品制造塑料，肥料，药品等。

模块化执行器方法

模块化执行器概念通过许多标准组件满足这些不同的需求。可以针对不同的扭矩值、电源、阀门附件类型等配置各种多回转和部分回转执行器。在控制层面，可以选择基本或智能执行器控制，这取决于为简单到最复杂的过程控制挑战提供成本效益的解决方案。

模块化设计与灵活的执行器几何形状相结合，可以轻松实现现场调整安装位置。这确保了本地控制和显示等操作元件始终易于访问，即使在狭小的空间内也是如此。同时，模块化概念大大减少了备件的数量。用户只需保留少数标准核心组件和可互换零件，即可实现快速周转和缩短停机时间。

管道应用通常涉及打开和关闭大型阀门，这需要非常高的扭矩。将执行器与配套的变速箱产品组合在一起可满足这一需求：这些解决方案可实现高达500,000 英尺-磅（675,000Nm）的扭矩。

基本的腐蚀保护

在石油和天然气行业，无论工艺条件如何，阀门都要可靠地运行，这一点非常重要。从沿海地区到热带地区，从沙漠到北极地区，恶劣的环境条件和腐蚀可能会导致严重的停机时间和严重的成本。环境温度很容易在-76°F至150°F（-60°C至70°C）之间变化，所以，为此服务所选择的电动执行器能够承受这些环境条件至关重要。外壳保护（符合NEMA 250 和 EN 60529 的 NEMA 4X/6P [美国电气制造商协会] 和 IP68 [入口保护]）是执行器抵抗潮湿和灰尘的关键要求。
在沿海地区和近海应用中，执行器应当符合EN ISO[国际标准化组织]12944-6(涂料和清漆-保护涂料系统对钢结构的腐蚀防护)对C5-M长的腐蚀性类别的要求。这对于海底管道尤其重要，因为海底部分两端的压缩机站暴露在高盐度大气中。
用于应对这些挑战的一项功能是粉末涂料，它可以在组装前应用于各个外壳部件。该涂层还可以用在输出法兰上，并延伸到接头的密封边缘之外。这意味着，即使执行器从阀门上拆下或在安装或调试期间打开外壳，涂层也可以保持完整。

机密危险区域

处理可燃气体、蒸汽或粉尘需要极其谨慎和安全，以避免对人员和资产造成危害，因此，在这些领域使用的电动执行器必须经过认证。石油、天然气和石化行业是一个市场，根据国家或地区的不同，拥有各种认证（例如美国的 FM、欧洲的 CSA 和ATEX、多个领域的IECEx 等）。为了限度地提高安全性，工厂工程师指定提供符合最终安装位置标准和指令的防爆保护的设备。

防爆执行器的设计使其不会成为潜在爆炸性环境的点火源。它们既不会产生火花，也不会产生热表面。执行器的所有电气、机械和电子组件都集成到一个外壳中，提供了国际认可的解决方案，使用防火外壳保持与潜在危险部件和爆炸性环境的适当隔离。如果可燃气体或蒸气穿透外壳，则该外壳必须能够承受内部爆炸时可能产生的压力。

危急情况下的操作

石油和天然气行业可能会对执行器提出其他要求，例如执行器的防火版本，即使在火灾的直接影响下也能可靠地维持所有功能。如果发生火灾，外壳会吸收热量并确保执行器可靠运行，确保阀门仍然正常工作。
对过程中可能出现的风险进行评估，可以使安全仪表系统(SISs)的实施满足高功能安全要求。此类系统中经常使用实现安全紧急关闭和安全停止等安全功能的电动执行器。如今，根据EN 61508(电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全)，可提供TÜV认证安全完整性等级(SIL)为SIL3的安全相关应用。

与智能控制集成

开发成果还包括工业以太网标准Profinet 和Modbus TCP/IP 的接口。得益于的连接性和实时数据传输，这些标准特别适合将执行器集成到 IIoT [工业物联网] 应用中。电动阀门执行器可以在这些系统中发挥关键作用。一方面，他们远程操作，打开和关闭阀门；另一方面，功能强大的电子设备允许电动执行器充当基于先进自诊断的过程相关数据（即阀门位置反馈）和执行器相关数据的信息中心。例如，智能算法监控执行器特性，以指示何时应进行维护。

基于设备特定数据的全厂资产管理可以提高可靠性并减少意外停机。所有信息均可直接在网络上获取，并可用于过程可视化、统计、高级建模或模拟，以提高过程性能。

工业物联网和大数据带来的挑战和机遇很复杂，但其核心有一个简单的事实：石油和天然气的流动以及沿途的过程都将以粒度不断增加的数据来表达。只要有数据，就可以使用和操纵该数据。如果一切都可以测量，并且数据安全和互联网可靠性问题得到充分解决，那么使用数据和仪器集成的新方法就会出现。执行器由于存在于任何分布式流程中，因此将成为未来数据革命的关键推动者。