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總結:

隨著自動化技術的飛速發展,調節閥用于控制各種介質的流量和壓力,對穩定生產和優化控制起到舉足輕重的作用。從調節閥的結構、執行機構的形式、流量特性、維護保養等方面進行綜合比較,根據不同的工況對調節閥進行相應的分析和應用,真正做到在自動控制中發揮控制閥作為“執行單元”的作用[1],為介質的管道輸送提供有力保障,實現控制指標和科學管理。本文重點介紹氣動調節閥的用途、故障現象及原因分析。

關鍵詞:

調節閥;莖骨折;定位器

CLC 編號:T 文件代碼:A 貨號:1671-1041(2015)03-0048-04

簡介

調節閥是石油化工行業用來調節各種介質流量和壓力的裝置。能否正常工作,直接關系到整個設備的正常生產。生產現場的工作環境往往處于高溫高壓、潮濕、粉塵、振動、易燃易爆等惡劣條件下,故障率高。氣動調節閥是應用最廣泛的,因此保證其正常使用非常重要。

1 控制閥簡介

根據國際電工委員會IEC對控制閥(國外稱為控制閥)的定義:控制閥由執行器和閥體部分兩部分組成,即控制閥=執行器+ 閥體部分。執行器是控制閥。推動裝置,根據信號壓力的大小產生相應的推力,使推桿產生相應的位移,從而帶動調節閥的閥芯運動;閥體部分是調節閥的調節部分,直接接觸介質并通過執行機構。推桿的位移改變了調節閥的節流面積,達到調節的目的[2]。

根據執行機構,調節閥分為電動、液動和氣動,其中氣動最為常見;按閥體結構可分為直通單座閥、雙座閥、套筒閥、球閥蝶閥、偏心旋轉閥等;流量特性可分為直線型、等百分比型、拋物線型和快開型。根據介質的性質、溫度、壓力等條件,選擇合適的控制閥進行控制。

定位器——控制閥最重要的附件之一,閥門定位器可以增加控制閥的輸出功率氣動帶手動蝶閥,減少控制信號的傳輸延遲,加快閥桿的運動速度,提高閥門的線性度,克服了閥桿的摩擦,消除了不平衡力的影響,從而保證了調節閥的正確定位,并能逆轉閥門動作。共有489個氣動控制閥運行,其中420個使用ABB智能閥門定位器。該定位器結構緊湊,安裝調試方便。但在實際使用過程中,故障率較高。主要原因之一是容易引起調節閥波動,導致調節閥填料泄漏,工藝運行不穩定,甚至無法運行。后面會根據實際經驗,列出一些由定位器引起的調節閥波動,然后說明一般的處理方法。

2 調節閥常見故障現象及原因分析

2.1 供氣故障

1)現場送風未開啟。

2)氣源多水,天氣寒冷結冰。

3)凈化空氣供應已停止。

4)氣源總管泄漏或氣路堵塞造成氣壓過低,調節閥不能全開或全關,甚至不動作。

5)空濾減壓器使用時間長,污垢太多。減壓閥下方黑色旋鈕開啟漏氣,使輸出氣壓低于規定壓力,導致調節閥不能全開全關,甚至不動作。

6)現場氣路泄漏,接頭松動,造成氣壓不足,調節閥不能全開或全關,甚至不動作。

7)過濾減壓閥故障,導致風壓不穩定,導致調節閥振蕩。

2.2 線故障

1)電源線端子松動、脫落、短路或斷路。電路板上灰塵過多會導致控制閥接觸不良、信號波動、振動。

2)大雨或臺風過后,進入設備的水會使接線短路,導致調節閥不能全開或全關。

3)極性接反會導致控制閥不工作。

4)電源線中段故障。由于絕緣膠帶的失效,電線的絕緣層脫落,造成電線之間的短路。因現場振動導致斷線,導致調節閥不連續振蕩。打開或完全關閉,甚至沒有動作。

5)控制閥修復后接線錯誤導致控制閥故障。

6)控制閥輸出信號不穩定,導致控制閥動作波動。

2.3 定位器故障

1)反饋桿固定螺母松動脫落,反饋桿上的彈簧脫落,導致反饋桿松動、脫落、卡死,引起控制閥振蕩.

2)定位器中的位置傳感器故障。當振動達到死點時氣動帶手動蝶閥,會導致中控室顯示超程,過一會又恢復正常,更換即可解決。

3)定位器PID參數設置不合適。

2.4調節閥體故障

1)調節閥的閥芯或閥座磨損(介質的沖刷、銹蝕、焊渣等污物的擦傷和磨損)、卡死(各種雜質的堵塞)介質)、密封性差(密封圈磨損),使閥門全關時介質仍然過多,無法控制。

2)調節閥閥瓣壓得太緊或太松,太緊會使調節閥閥桿動作緩慢或跳動,太松會導致介質泄漏,如果重油很可能燃燒,造成大事故。

3)調節閥安裝時,管路與閥體不同心,會使調節閥承受過大的附加應力,產生振蕩,不能全開或完全關閉。

4)調節閥的閥桿與連接件的固定螺母松動,閥桿與閥芯不同心,會造成閥門關不上,應力會增大,導致閥桿高頻振蕩,甚至折斷。

5)調節閥膜片頭故障。由于隔膜長期使用,老化變質,彈性變小,密封性能變差,隔膜泄漏,壓縮彈簧老化,彈性變小,斷裂,導致調整閥門無法完全打開或關閉,甚至失控。

6)調節閥閥芯脫落,閥芯與閥座卡死,閥桿彎曲或折斷,會導致調節閥正常工作,但會起調節作用。

2.5 調節閥的應用條件與原設計條件不符而導致的故障

1)因為設計院給出的設計參數(閥體材質、填料形式、調節閥的啟閉、流量特性的選擇和開度使用過程中等)與實際情況不符,現場發生錯誤。

2)由于工藝介質的變化,調節閥的工況不能滿足實際工況,導致故障。

3)流體流經調節閥時發生嚴重閃蒸(液體流經調節閥節流閥時,流速上升,壓力下降,下降至飽和蒸汽壓Pv此條件下的液體,當壓力超過Pv時,會汽化分解氣體,形成兩相流)、空化(節流后速度下降,壓力上升。當壓力恢復超過Pv時,汽化不會繼續下去,液體中的氣泡會還原為液體。此時,氣泡會破裂,產生強烈的壓力沖擊波),空化(由于氣泡破裂產生的巨大沖擊力,它會嚴重沖擊和損壞閥芯和閥座表面,特別是密封面,會產生蜂窩狀損壞),導致調節閥振動,材料損壞和更大的噪音。

4)現場有振動源(管道或底座),會導致控制閥接線松動,固定螺母松動,甚至引起控制閥振動。

5)調節閥通流量Cv值偏大,常在小開度工作。介質對閥座的沖刷和流動特性受到很大影響,引起調節閥振蕩。

6)調節閥的流向反了,導致流量開閉的反方向,不僅會影響調節閥的流量特性,還可能造成兩者之間的壓差。氣門前后過大,使氣門開關所需的力增大,甚至造成氣門桿斷裂。

7)調節閥在使用過程中,由于介質的壓力波動,閥芯相對導向面橫向移動(如果閥芯與閥座間隙較大,振動會更強烈),這通常會引起頻率小于該頻率的振動,當其頻率接近或什至與控制閥的固有頻率相同時會產生共振。這種工況下的調節閥會產生嘯叫聲和很大的破壞力。

8)調節閥壓縮彈簧剛度不足、預緊力不足也會引起調節閥振蕩。

9)當介質中含有雜質,異物卡在閥座上時,調節閥不關閉,泄漏量增加。

10)由于介質的高溫高壓(一般高于200℃)ag真人官网平台,填料會泄漏,填料壓蓋不能壓得太緊。如果擰緊不能解決,則必須更換。減壓裝置的重油一旦泄漏,很容易引發事故。

11)調節閥閥蓋法蘭泄漏和閥體出現水泡也會造成調節閥外漏,外漏的影響比外漏更嚴重內部泄漏。

3 調節閥故障的典型案例

案例一:102-FV-30204閥桿斷裂失效 2013年10月30日,催化裝置操作員報告1號吸收102-FT-30204流量突然下降。沒有變化,變送器現場檢查也沒有問題。打開閥門的輔助管路后,流量增加。初步判斷為調節閥閥桿斷裂tycovalve,閥芯脫落。控制閥落地拆卸后發現閥桿與執行器輸出軸不同心,流體與執行器的不平衡力作用于變徑位置,現場工藝管道振動,導致閥芯的高頻振動和垂直于閥桿的剪切。應力,金屬在閥桿最薄處疲勞和斷裂。

根據詢價資料,2011年閥桿也發生了斷裂,與閥門同處的催化單元吸收穩定換熱平臺的吸收塔底油控閥102-FV-30206也曾經歷過類似的故障,考慮到故障并非巧合,深入研究了閥桿斷裂的原因。

調節閥閥桿斷裂的原因有很多:閥桿的材料、調節閥的選擇、介質的工作條件、閥內件的熱處理和加工質量,現場振動等。然而,閥桿斷裂的根本原因是閥桿引起的剪切應力集中和金屬疲勞。下面一一進行分析。

故障原因分析:

流經該閥的介質為第一吸收介質,溫度46℃,工作壓力0.3MPa,主要成分為粗汽油,密度740kg/m3,很少工藝介質中的雜質,如圖1中的斷面所示,可以看出表面光滑,不是介質腐蝕造成的。閥門正常工作流量在100T/H左右,調節頻率很小,運行很穩定。故障前未進行重大調整,通過檢查現場未發現明顯波動和噪音。通過查詢設計數據和閥門開度,該閥門為等百分比流量特性的籠式閥,閥位一般控制在45%。綜合分析不是由于設計缺陷和控制閥選型。閥桿和閥芯材料為2Cr13馬氏體不銹鋼,具有很強的硬度、抗拉和抗壓韌性、抗疲勞性和一定的耐高溫和耐腐蝕性能。材料的選擇沒有問題。經勘查現場未發現明顯的振動源,但由于閥桿和閥芯在閥蓋內,從外觀上無法觀察到高頻、低振幅的振動,閥桿斷裂的根本原因是因此,這種高頻、低振幅的振動直接影響到閥桿的正常使用。

氣動帶手動蝶閥_氣動對夾蝶閥_氣動對夾式蝶閥

圖1 閥桿與閥芯連接剖面圖

圖1 閥桿與閥芯接頭

分析結果:

由于閥門前后壓差變化大,當流體流經閥門內部時,由于過流面積的快速變化,以及脈動壓力的影響,使流動變得不穩定。將生成閥芯。并且調節閥閥內件的每個部件都有不同階的固有頻率。當閥桿-閥芯總成的不穩定沖擊頻率與其一定階數的固有頻率重合時,會使閥芯在微觀高頻下上下擺動,導致閥桿長期疲勞失效.

解決方案和改進:

1)改變閥芯的流動特性

控制閥一般在開度比較低的時候會振動,可以通過改變控制閥的流量特性來消除振動。如果將快開特性改為線性特性,將線性特性改為等百分比特性,再將等百分比特性變為雙曲線特性,在流量滿足的條件下,閥門的開度可以增大。調節閥的速率保持不變,從而防止調節閥在小開度下工作,有效防止調節閥振動的發生。

2)改變安裝方向

改變閥門的流向,從側進底出到底進側出,即把關流閥改為開流閥,通過改變流向消除振動現象,并增加閥門運行的穩定性。

3)改變閥門結構

從 ASB 拋物線平衡閥內件更改為 ABM 籠式平衡閥內件。介質流過閥芯流孔后,流量減小,相互碰撞消耗部分能量,從而實現閥門的穩定工作。

案例2:二線控制閥101-FV-03302振動

現場控制閥最常見的故障是振動。控制閥波動過大,會影響工藝的順利運行,產品質量不合格,甚至造成事故。雖然振蕩現象很常見,但其原因有很多。因此,根據2013年12月13日日二線控制閥101-FV-03302的典型故障,總結出常規的分析解決方案。方法如下:

首先檢查氣路,即檢查氣壓是否符合要求,氣路接頭處是否漏氣,定位器是否漏氣等,具體步驟為:翻到說明書狀態,使閥門開到一定程度,觀察閥門位置是否變化。閥桿與膜片頭連接處漏氣,說明膜片已損壞。經檢查,發現定位器進氣模塊處有漏氣現象,隨后漏氣消除,但閥門仍在振蕩。調整后,調節閥仍會振蕩,所以在此基礎上調整參數,以達到更快解決問題的目的。定位器包含PID參數,所以也相當于一個調節器,所以參數的調整會比較麻煩,解決閥門振蕩的參數只需要以下幾項:

1)將運行模式從“1.0自適應控制模式”切換到“1.1固定控制模式”,觀察振蕩現象是否減輕或消除。減少或消除,然后進行下一步。

2)調整“P1.2公差帶”,定位器默認公差帶設置為0.68%,振動用閥門應適當增加其公差帶,但保證公差帶總是比死區大 0.2%。

3) P7.0 和 P7.1 分別為打開方向和關閉方向的放大倍率。數值越高,控制速度越快,但同時也會影響穩定性。引起波動。

4) P7.2 和 P7.3 是開閉的積分時間。數值越大,控制速度越快,但也會影響閥位精度。

5)P7.4和P7.5為開閉差,使調節閥的閥桿提前啟動和制動,但如果該值太大,會降低其抗干擾能力。

6) P7.6 和 P7.7 是打開和關閉方向的偏移量。如果該值很大,則會引起波動。數值小則動作速度慢(注:ABB定位器P7配置菜單中的各項主要是調節PID參數,應根據控制閥的具體振蕩形式和具體情況進行設置開關閥)。

7)經過以上參數調整,閥門不再振蕩后,可以保存修改后的參數,控制閥可以投入使用。如果振動現象沒有減輕或效果不明顯,可以對定位器中的IP模塊進行專門檢查,看是否有進水、受潮或電路問題。如果無法修復,可以嘗試更換定位器來解決這個問題[3]。

4 調節閥的日常維護

為了降低調節閥的故障概率,日常的維護工作也顯得尤為重要。列出了以下措施:

1)定位器和減壓閥定期排空(油、水)。

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