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总结:

随着自动化技术的飞速发展,调节阀用于控制各种介质的流量和压力,对稳定生产和优化控制起到举足轻重的作用。从调节阀的结构、执行机构的形式、流量特性、维护保养等方面进行综合比较,根据不同的工况对调节阀进行相应的分析和应用,真正做到在自动控制中发挥控制阀作为“执行单元”的作用[1],为介质的管道输送提供有力保障,实现控制指标和科学管理。本文重点介绍气动调节阀的用途、故障现象及原因分析。

关键词:

调节阀;茎骨折;定位器

CLC 编号:T 文件代码:A 货号:1671-1041(2015)03-0048-04

简介

调节阀是石油化工行业用来调节各种介质流量和压力的装置。能否正常工作,直接关系到整个设备的正常生产。生产现场的工作环境往往处于高温高压、潮湿、粉尘、振动、易燃易爆等恶劣条件下,故障率高。气动调节阀是应用最广泛的,因此保证其正常使用非常重要。

1 控制阀简介

根据国际电工委员会IEC对控制阀(国外称为控制阀)的定义:控制阀由执行器和阀体部分两部分组成,即控制阀=执行器+ 阀体部分。执行器是控制阀。推动装置,根据信号压力的大小产生相应的推力,使推杆产生相应的位移,从而带动调节阀的阀芯运动;阀体部分是调节阀的调节部分,直接接触介质并通过执行机构。推杆的位移改变了调节阀的节流面积,达到调节的目的[2]。

根据执行机构,调节阀分为电动、液动和气动,其中气动最为常见;按阀体结构可分为直通单座阀、双座阀、套筒阀、球阀蝶阀、偏心旋转阀等;流量特性可分为直线型、等百分比型、抛物线型和快开型。根据介质的性质、温度、压力等条件,选择合适的控制阀进行控制。

定位器——控制阀最重要的附件之一,阀门定位器可以增加控制阀的输出功率气动带手动蝶阀,减少控制信号的传输延迟,加快阀杆的运动速度,提高阀门的线性度,克服了阀杆的摩擦,消除了不平衡力的影响,从而保证了调节阀的正确定位,并能逆转阀门动作。共有489个气动控制阀运行,其中420个使用ABB智能阀门定位器。该定位器结构紧凑,安装调试方便。但在实际使用过程中,故障率较高。主要原因之一是容易引起调节阀波动,导致调节阀填料泄漏,工艺运行不稳定,甚至无法运行。后面会根据实际经验,列出一些由定位器引起的调节阀波动,然后说明一般的处理方法。

2 调节阀常见故障现象及原因分析

2.1 供气故障

1)现场送风未开启。

2)气源多水,天气寒冷结冰。

3)净化空气供应已停止。

4)气源总管泄漏或气路堵塞造成气压过低,调节阀不能全开或全关,甚至不动作。

5)空滤减压器使用时间长,污垢太多。减压阀下方黑色旋钮开启漏气,使输出气压低于规定压力,导致调节阀不能全开全关,甚至不动作。

6)现场气路泄漏,接头松动,造成气压不足,调节阀不能全开或全关,甚至不动作。

7)过滤减压阀故障,导致风压不稳定,导致调节阀振荡。

2.2 线故障

1)电源线端子松动、脱落、短路或断路。电路板上灰尘过多会导致控制阀接触不良、信号波动、振动。

2)大雨或台风过后,进入设备的水会使接线短路,导致调节阀不能全开或全关。

3)极性接反会导致控制阀不工作。

4)电源线中段故障。由于绝缘胶带的失效,电线的绝缘层脱落,造成电线之间的短路。因现场振动导致断线,导致调节阀不连续振荡。打开或完全关闭,甚至没有动作。

5)控制阀修复后接线错误导致控制阀故障。

6)控制阀输出信号不稳定,导致控制阀动作波动。

2.3 定位器故障

1)反馈杆固定螺母松动脱落,反馈杆上的弹簧脱落,导致反馈杆松动、脱落、卡死,引起控制阀振荡.

2)定位器中的位置传感器故障。当振动达到死点时气动带手动蝶阀,会导致中控室显示超程,过一会又恢复正常,更换即可解决。

3)定位器PID参数设置不合适。

2.4调节阀体故障

1)调节阀的阀芯或阀座磨损(介质的冲刷、锈蚀、焊渣等污物的擦伤和磨损)、卡死(各种杂质的堵塞)介质)、密封性差(密封圈磨损),使阀门全关时介质仍然过多,无法控制。

2)调节阀阀瓣压得太紧或太松,太紧会使调节阀阀杆动作缓慢或跳动,太松会导致介质泄漏,如果重油很可能燃烧,造成大事故。

3)调节阀安装时,管路与阀体不同心,会使调节阀承受过大的附加应力,产生振荡,不能全开或完全关闭。

4)调节阀的阀杆与连接件的固定螺母松动,阀杆与阀芯不同心,会造成阀门关不上,应力会增大,导致阀杆高频振荡,甚至折断。

5)调节阀膜片头故障。由于隔膜长期使用,老化变质,弹性变小,密封性能变差,隔膜泄漏,压缩弹簧老化,弹性变小,断裂,导致调整阀门无法完全打开或关闭,甚至失控。

6)调节阀阀芯脱落,阀芯与阀座卡死,阀杆弯曲或折断,会导致调节阀正常工作,但会起调节作用。

2.5 调节阀的应用条件与原设计条件不符而导致的故障

1)因为设计院给出的设计参数(阀体材质、填料形式、调节阀的启闭、流量特性的选择和开度使用过程中等)与实际情况不符,现场发生错误。

2)由于工艺介质的变化,调节阀的工况不能满足实际工况,导致故障。

3)流体流经调节阀时发生严重闪蒸(液体流经调节阀节流阀时,流速上升,压力下降,下降至饱和蒸汽压Pv此条件下的液体,当压力超过Pv时,会汽化分解气体,形成两相流)、空化(节流后速度下降,压力上升。当压力恢复超过Pv时,汽化不会继续下去,液体中的气泡会还原为液体。此时,气泡会破裂,产生强烈的压力冲击波),空化(由于气泡破裂产生的巨大冲击力,它会严重冲击和损坏阀芯和阀座表面,特别是密封面,会产生蜂窝状损坏),导致调节阀振动,材料损坏和更大的噪音。

4)现场有振动源(管道或底座),会导致控制阀接线松动,固定螺母松动,甚至引起控制阀振动。

5)调节阀通流量Cv值偏大,常在小开度工作。介质对阀座的冲刷和流动特性受到很大影响,引起调节阀振荡。

6)调节阀的流向反了,导致流量开闭的反方向,不仅会影响调节阀的流量特性,还可能造成两者之间的压差。气门前后过大,使气门开关所需的力增大,甚至造成气门杆断裂。

7)调节阀在使用过程中,由于介质的压力波动,阀芯相对导向面横向移动(如果阀芯与阀座间隙较大,振动会更强烈),这通常会引起频率小于该频率的振动,当其频率接近或什至与控制阀的固有频率相同时会产生共振。这种工况下的调节阀会产生啸叫声和很大的破坏力。

8)调节阀压缩弹簧刚度不足、预紧力不足也会引起调节阀振荡。

9)当介质中含有杂质,异物卡在阀座上时,调节阀不关闭,泄漏量增加。

10)由于介质的高温高压(一般高于200℃)泰科流体控制阀门,填料会泄漏,填料压盖不能压得太紧。如果拧紧不能解决,则必须更换。减压装置的重油一旦泄漏,很容易引发事故。

11)调节阀阀盖法兰泄漏和阀体出现水泡也会造成调节阀外漏,外漏的影响比外漏更严重内部泄漏。

3 调节阀故障的典型案例

案例一:102-FV-30204阀杆断裂失效 2013年10月30日,催化装置操作员报告1号吸收102-FT-30204流量突然下降。没有变化,变送器现场检查也没有问题。打开阀门的辅助管路后,流量增加。初步判断为调节阀阀杆断裂tycovalve,阀芯脱落。控制阀落地拆卸后发现阀杆与执行器输出轴不同心,流体与执行器的不平衡力作用于变径位置,现场工艺管道振动,导致阀芯的高频振动和垂直于阀杆的剪切。应力,金属在阀杆最薄处疲劳和断裂。

根据询价资料,2011年阀杆也发生了断裂,与阀门同处的催化单元吸收稳定换热平台的吸收塔底油控阀102-FV-30206也曾经历过类似的故障,考虑到故障并非巧合,深入研究了阀杆断裂的原因。

调节阀阀杆断裂的原因有很多:阀杆的材料、调节阀的选择、介质的工作条件、阀内件的热处理和加工质量,现场振动等。然而,阀杆断裂的根本原因是阀杆引起的剪切应力集中和金属疲劳。下面一一进行分析。

故障原因分析:

流经该阀的介质为第一吸收介质,温度46℃,工作压力0.3MPa,主要成分为粗汽油,密度740kg/m3,很少工艺介质中的杂质,如图1中的断面所示,可以看出表面光滑,不是介质腐蚀造成的。阀门正常工作流量在100T/H左右,调节频率很小,运行很稳定。故障前未进行重大调整,通过检查现场未发现明显波动和噪音。通过查询设计数据和阀门开度,该阀门为等百分比流量特性的笼式阀,阀位一般控制在45%。综合分析不是由于设计缺陷和控制阀选型。阀杆和阀芯材料为2Cr13马氏体不锈钢,具有很强的硬度、抗拉和抗压韧性、抗疲劳性和一定的耐高温和耐腐蚀性能。材料的选择没有问题。经勘查现场未发现明显的振动源,但由于阀杆和阀芯在阀盖内,从外观上无法观察到高频、低振幅的振动,阀杆断裂的根本原因是因此,这种高频、低振幅的振动直接影响到阀杆的正常使用。

气动带手动蝶阀_气动对夹蝶阀_气动对夹式蝶阀

图1 阀杆与阀芯连接剖面图

图1 阀杆与阀芯接头

分析结果:

由于阀门前后压差变化大,当流体流经阀门内部时,由于过流面积的快速变化,以及脉动压力的影响,使流动变得不稳定。将生成阀芯。并且调节阀阀内件的每个部件都有不同阶的固有频率。当阀杆-阀芯总成的不稳定冲击频率与其一定阶数的固有频率重合时,会使阀芯在微观高频下上下摆动,导致阀杆长期疲劳失效.

解决方案和改进:

1)改变阀芯的流动特性

控制阀一般在开度比较低的时候会振动,可以通过改变控制阀的流量特性来消除振动。如果将快开特性改为线性特性,将线性特性改为等百分比特性,再将等百分比特性变为双曲线特性,在流量满足的条件下,阀门的开度可以增大。调节阀的速率保持不变,从而防止调节阀在小开度下工作,有效防止调节阀振动的发生。

2)改变安装方向

改变阀门的流向,从侧进底出到底进侧出,即把关流阀改为开流阀,通过改变流向消除振动现象,并增加阀门运行的稳定性。

3)改变阀门结构

从 ASB 抛物线平衡阀内件更改为 ABM 笼式平衡阀内件。介质流过阀芯流孔后,流量减小,相互碰撞消耗部分能量,从而实现阀门的稳定工作。

案例2:二线控制阀101-FV-03302振动

现场控制阀最常见的故障是振动。控制阀波动过大,会影响工艺的顺利运行,产品质量不合格,甚至造成事故。虽然振荡现象很常见,但其原因有很多。因此,根据2013年12月13日日二线控制阀101-FV-03302的典型故障,总结出常规的分析解决方案。方法如下:

首先检查气路,即检查气压是否符合要求,气路接头处是否漏气,定位器是否漏气等,具体步骤为:翻到说明书状态,使阀门开到一定程度,观察阀门位置是否变化。阀杆与膜片头连接处漏气,说明膜片已损坏。经检查,发现定位器进气模块处有漏气现象,随后漏气消除,但阀门仍在振荡。调整后,调节阀仍会振荡,所以在此基础上调整参数,以达到更快解决问题的目的。定位器包含PID参数,所以也相当于一个调节器,所以参数的调整会比较麻烦,解决阀门振荡的参数只需要以下几项:

1)将运行模式从“1.0自适应控制模式”切换到“1.1固定控制模式”,观察振荡现象是否减轻或消除。减少或消除,然后进行下一步。

2)调整“P1.2公差带”,定位器默认公差带设置为0.68%,振动用阀门应适当增加其公差带,但保证公差带总是比死区大 0.2%。

3) P7.0 和 P7.1 分别为打开方向和关闭方向的放大倍率。数值越高,控制速度越快,但同时也会影响稳定性。引起波动。

4) P7.2 和 P7.3 是开闭的积分时间。数值越大,控制速度越快,但也会影响阀位精度。

5)P7.4和P7.5为开闭差,使调节阀的阀杆提前启动和制动,但如果该值太大,会降低其抗干扰能力。

6) P7.6 和 P7.7 是打开和关闭方向的偏移量。如果该值很大,则会引起波动。数值小则动作速度慢(注:ABB定位器P7配置菜单中的各项主要是调节PID参数,应根据控制阀的具体振荡形式和具体情况进行设置开关阀)。

7)经过以上参数调整,阀门不再振荡后,可以保存修改后的参数,控制阀可以投入使用。如果振动现象没有减轻或效果不明显,可以对定位器中的IP模块进行专门检查,看是否有进水、受潮或电路问题。如果无法修复,可以尝试更换定位器来解决这个问题[3]。

4 调节阀的日常维护

为了降低调节阀的故障概率,日常的维护工作也显得尤为重要。列出了以下措施:

1)定位器和减压阀定期排空(油、水)。

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