新的液压执行机构设计提供零排放的选择
压缩气站通常采用使用加压天然气激活的自动化阀门，需要改进执行机构设计以消除排放。
天然气排放日益成为政府和工业关注的焦点。甲烷是天然气的主要成分，是一种强效温室气体。虽然在美国，二氧化碳的排放量是甲烷的9倍，但在一个典型的10年期间，甲烷造成的环境破坏是甲烷的84倍。为了遏制温室气体排放，世界各地的政府机构都通过了相关规定。其中许多规则针对的是石油产品的生产和运输，因为这些作业是甲烷排放的重要来源(见图1)。
图1:在美国和世界范围内，石油行业释放了大量的甲烷。作为回应，EPA引入了CFR 40 Part 60 Subpart OOOO来解决这个问题。礼貌:环保局
天然气排放主要有三种类型:逸散排放、燃烧排放和排气排放。不稳定的排放通常是由于设备密封、填料和垫圈的意外泄漏造成的。燃烧排放来自燃烧器、火焰、加热器和其他燃气设备。从排气口排放的甲烷由天然气驱动的设备释放，并减少这一来源是本文的重点。
启动选项
有许多方法来操作开关阀和控制阀，包括电动执行器，由空气或天然气驱动的气动执行器和液压执行器。每种方法都有不同的优点和缺点。对于偏远的天然气管道阀门来说，由于位置偏远、阀门的尺寸以及一些阀门需要失效到安全状态，所以选择的余地更有限。
这些要求通常排除了电动执行机构，而当地缺乏空气供应通常排除了气动阀门作为选择，只剩下直接气体气动执行机构、气体动力电动阀门或液压阀门。液压执行器可以是气浮式、电液式或一种称为排放控制执行器技术(ECAT)的新技术。这些驱动技术的相对甲烷排放量如下图所示(见图2)。
图2:各种技术下每阀英寸甲烷排放量的对比。气体马达执行器排放的气体最多，ECAT完全不排放甲烷。礼貌:爱默生
气体马达使用压缩的管道气体来驱动气动马达来移动阀门。虽然它们不需要电力，但它们排放大量的甲烷。气浮油系统使用来自管道的天然气对液压油加压，然后用于驱动旋转叶片(RV)或防斜轭(SY)阀门执行机构。阀门启动后，气体压力释放到大气中(见图3)。
气浮油系统利用了管道气体压力的可用动力，同时也提供了执行机构体积小和使用寿命长的固有液压优势。虽然油气管道系统已经可靠运行多年，但由此产生的温室气体排放正促使天然气管道行业考虑其他选择。
图3:气过油液压系统使用来自管道(蓝色)的高压气体对液压油(红色)加压，液压油用于驱动阀门，在本例中显示了一个旋转叶片执行器(左图)。然后将天然气排出(灰色，右侧图)，将高压气体引入右侧罐中，使阀门转向另一个方向。礼貌:爱默生
电动液压操作
管道阀门执行机构的一个零排放选项是电液操作(见图4)。这些阀门使用一个小型电动马达来对驱动执行机构的液压流体加压。如果需要这种功能，执行机构可以结合一个弹簧，在断电时驱动阀门到故障安全位置。
液压驱动器可以在相对较小的占地面积内产生高扭矩，不需要空气或天然气驱动，但电液驱动器确实需要电力来源。对于较小的阀门或执行速度要求较慢的阀门，太阳能是一种选择。在紧急情况下，如果没有电源可用，可以使用手动泵来驱动阀门。
电液阀提供零排放，但在驱动速度和总扭矩方面有些限制。如果需要非常高的扭矩或快速驱动，则需要一种不同的液压技术。
图4:零排放电液阀使用一个电动机和一个弹簧复位，液压驱动执行机构的组合，以提供故障安全阀执行机构。较小的阀门或不需要快速打开的阀门可以利用太阳能。礼貌:爱默生
ECAT液压驱动
较大的阀门或必须快速移动的阀门需要向执行机构提供更多的动力。在偏远地区，电力的明显来源是管道本身的加压气体。一个气浮油液压促动器在每次行程中都会释放甲烷。最近的政府甲烷排放法规刺激了零排放设计的发展(见图5)。
ECAT具有与气浮油液压系统相似的设计，因为它利用了管道气体压力的可用动力，而且它提供了驱动器体积小和使用寿命长的固有液压优势。然而，通过在每次冲程后使用一个小型电动马达将天然气推回管道，它实现了零排放。
ECAT系统利用管道压力对液压油加压并驱动阀门。一旦冲程完成，ECAT使用一个小型电机驱动泵来逆转液压流体的流动，迫使气体回到管道中，以便为下一个冲程做好准备。
图5:与气过油液压系统类似，ECAT使用管道(蓝色)中的高压气体对液压油(红色)加压，以驱动阀门(左图)。不同之处在于，在冲程结束时，一个小型发动机会迫使气体回流到管道中(右图)，结果是零排放。礼貌:爱默生
这种电机通常可以太阳能供电，如果必要，由于其低功率要求。如果需要多次冲程，蓄能器和储液罐可以扩大，以提供足够的液压油来驱动阀门多次。在管道压力很低的情况下，可以利用液压手泵来移动阀门。
ECAT系统设计与苏格兰轭架或旋转叶片驱动器，它可以改装到现有的气浮油系统，允许用户以相对较低的成本减少甲烷排放。
一些现有的阀门控制系统使用由天然气激活的组件，这些组件可能昂贵或难以更换。在这种情况下，可以用ECAT替换现有的气过油液压系统，同时保持气动元件不变。这种改造以最小的成本消除了近99%的气体排放。
解决现实世界的问题
加拿大最近的甲烷排放限制迫使不列颠哥伦比亚省的一家管道公司重新评估他们的6个气-油液压操作系统，或者他们的压缩站和计量设施，所有这些都是零排放要求。在评估了各种方案后，该公司确定，ECAT技术将使他们的甲烷排放降至零，同时保留大部分现有设备。
目前正在设计一个大型甲醇终端，业主不希望承担维护远程现场仪器空气的费用和维护费用。控制阀和紧急关闭阀都指定了EHO执行机构。EHO执行机构提供控制阀的精确定位，控制阀门的运动速度，以及弹簧复位执行机构的故障安全可操作性，现场不需要空气供应。
评估选择
最近的环境法规高度关注减少由天然气操作的设备的排放，如直接气控阀门和气浮油液压系统。管道运营商现在有低排放和零排放的选择，以合理的成本解决这些问题。
对于任何给定的应用，最佳的选择通常取决于电力的可用性，以及所需的执行速度和阀门通径。但在几乎所有情况下，都有新的低排放或零排放替代方案，提供与传统驱动系统相同的高可靠性和长使用寿命。此外，改装套件可以显著降低全面设备升级的成本，将现有阀门执行机构改造为零/低排放，同时保留许多原始组件。
如果面临天然气驱动设备强制减少甲烷气体排放的问题，研究液压阀驱动的最新选项是明智的。新低
