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浅析气动薄膜调节阀的故障及处理方法

文章标题:浅析气动薄膜调节阀的故障及处理方法

作  者:祁建忠 王银文


摘  要:调节阀又名控制阀,通过接受调节控制单元输出的控制信号,借助动力操作去改变流体流量的装置。执行机构起推动的作用,而阀起调节作用。气动薄膜调节阀在纯碱行业中应用极其普遍,借助其它仪表配套使用,在生产过程中对流量、液位、压力、温度等工艺参数与其它介质如液体、气体、蒸汽等的自动调节和远程控制。随着企业自动化程度的逐步提高,集散控制系统(DCS)以及其它智能型仪表在自动化领域中的应用已越来越普遍,通过计算机的优化控制,使生产取得最大效益。根据控制系统在纯碱行业的应用统计,调节系统有80%左右的故障出自调节阀。因此,如何保证气动薄膜调节阀在我厂生产中的可靠、准确运行,是我们需要探讨的一个很重要的问题。


关键字:气动薄膜调节阀 阀门定位器 故障


    现状调查:在纯碱生产过程中,由于氨盐水有严重的腐蚀性,碳酸氢铵在摄氏25℃以下易结晶的性质,使调节阀在运行中因阀体内壁结疤、结晶、结垢导致阀卡、不动作或动作迟钝,使系统不能进行自动调节的现象比较普遍,占调节阀故障总数的50%,给生产造成的影响较大;由调节阀填料老化、变硬导致阀动作迟钝或从阀杆处泄漏等故障达20%;由于膜片损坏漏气或硬芯碎裂导致阀不能调节的现象达10%;由于定位器、减压阀、执行机构等腐蚀导致阀门故障的现象占10%;其它原因导致调节阀故障的概率占10%。


    1 气动薄膜调节阀组件及工作原理


    工作原理:当气室输入了0.02~0.10MPa信号压力之后,薄膜产生推力,使推力盘向下移动,压缩弹簧,带动推杆、阀杆、阀芯向下移动,阀芯离开了阀座,从而使压缩空气流通。当信号压力维持一定时,阀门就维持在一定的开度上。气动调节阀就是以压缩空气为动力源,以气缸为执行器,并借助于电气阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀等附件去驱动阀门,实现开关量或比例式调节,集散控制系统(DCS)的控制信号来完成调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。



    2 气动薄膜调节阀的分类


    气动调节阀动作分气开型和气关型两种。气开型(Air to Open)是当膜头上空气压力增加时,阀门向增加开度方向动作,当达到输入气压上限时,阀门处于全开状态。反过来,当空气压力减小时,阀门向关闭方向动作,在没有输入空气时,阀门全闭。故有时气开型阀门又称故障关闭型(Fail to Close FC)。气关型(Air to Close)动作方向正好与气开型相反。当空气压力增加时,阀门向关闭方向动作;空气压力减小或没有时,阀门向开启方向或全开为止。故有时又称为故障开启型(Fail to Open FO)。气动调节阀的气开或气关,通常是通过执行机构的正反作用和阀态结构的不同组装方式实现。气开气关的选择是根据工艺生产的安全角度出发来考虑。当气源切断时,调节阀是处于关闭位置安全还是开启位置安全?



    举例来说,一个加热炉的燃烧控制,调节阀安装在燃料气管道上,根据炉膛的温度或被加热物料在加热炉出口的温度来控制燃料的供应。这时,宜选用气开阀更安全些,因为一旦气源停止供给,阀门处于关闭比阀门处于全开更合适。如果气源中断,燃料阀全开,会使加热过量发生危险。又如一个用冷却水冷却的换热设备,热物料在换热器内与冷却水进行热交换被冷却,调节阀安装在冷却水管上,用换热后的物料温度来控制冷却水量,在气源中断时,调节阀应处于开启位置更安全些,宜选用气关式(即FO)调节阀。气开式改变为气关式或气关式改变为气开式,如调节阀安装有智能式阀门定位器,在现场可以很容易进行互相切换。


    3 气动薄膜调节阀的故障原因分析


    根据多年来纯碱生产现场使用的气动薄膜调节阀的故障分析,可归纳出常见故障及其原因如下:


    3.1 阀不动作


    ①无信号、无气源:a.气源未开;b.由于气源含水在冬季结冰,导致风管堵塞或过滤器、减压阀堵塞失灵;c.压缩机故障;d气源总管泄漏。


    ②有气源,无信号:a.调节器故障;b.信号管泄漏;c.定位器波纹管漏气;d.调节网膜片损坏.e.FM151模块没有输出。


    ③定位器无气源。a.过滤器堵塞;b.减压阀故障;c.管道泄漏或堵塞。


    ④.定位器有气源,无输出。a.定位器的节流孔堵塞;b.输入信号相极错误,纠正接线盒的接线;c.调零不良;d.手动-自动切换装置处于手动位置;e.喷嘴挡板配合不良,换力矩部件;f.放大器不良,更换放大器。


    ⑤.有信号、无动作。a.阀芯脱落;b.阀芯与阀座卡死;c.阀杆弯曲或折断;d.阀座阀芯冻结或铁块等污物卡住;e.执行机构故障(膜片烂、膜盘与推杆脱节)。


    3.2 阀的动作不稳定


    a.气源压力不稳定;b.调节器输出不稳定,转换器故障;c.压缩机容量太小;d.减压阀故障;e.定位器输出管线漏气;f.执行机构(弹簧)钢度太小,造成推力不足;g.定位器的接线松动。


    3.3 阀的动作迟钝


    a.气源压力低;b.膜片,活塞环漏气;c.填料太紧,阀杆变形;d.定位器响应性能差;e.查气源,定位器性能;f膜片,活塞环是否漏气;g.检查填料压盖;h.最后检查阀芯,阀杆。


    3.4 阀不能全关


    a.输入信号有问题;b.操作气压不足或弹簧力不足;c.定位器调试时未到全行程;d.工况压差大于设计压差;e.阀座,阀芯上有杂物;F.与上面一样查信号,气源。查工况的介质压差。核对弹簧压力范围。校验定位器。


    3.5 阀关闭时泄漏大


    a.执行机构推力小,或弹簧力不足;b.阀芯,阀座损坏;c.阀座松动,垫片冲坏;d.阀座,阀芯之间有杂物。


    3.6 阀振动


    a.定位器调整不好;b.阀开度太小,流向不对;


    c.填料太紧;d.阀芯与导套间隙太大;e.附近有振动源。


    3.7 填料泄漏


    a.填料未压紧;b.填料材质与介质不匹配;c.阀杆变形毛糙;d.填料压盖变形。


    4 气动薄膜调节阀的辅助装置定位器


    它是按照力平衡原理设计的,上图中当通入波纹管的信号压力增加时,使杠杆2绕支点转动,挡板靠近喷嘴,喷嘴背压经放大器放大后,送入薄膜执行机构气室,使阀杆向下移动,并带动反馈杆(摆杆)绕支点转动,连接在同一轴上的反馈凸轮(偏心凸轮)也跟着逆时针方向转动,通过滚轮使杠杆绕支点转动,并将反馈弹簧拉伸、弹簧对杠杆2的拉力与信号压力作用在波纹管上的力达到力距平衡时仪表达到平衡状态。


    4.1 阀门定位器的分类


    阀门定位器按输入信号分为气动阀门定位器、电气阀门定位器和智能阀门定位器。气动阀门定位器的输入信号是标准气信号,例如,20~100kPa气信号,其输出信号也是标准的气信号。电气阀门定位器的输入信号是标准电流或电压信号,例如,4~20mA电流信号或1~5V电压信号等,在电气阀门定位器内部将电信号转换为电磁力,然后输出气信号到拨动控制阀。智能电气阀门定位器它将控制室输出的电流信号转换成驱动调节阀的气信号,根据调节阀工作时阀杆摩擦力,抵消介质压力波动而产生的不平衡力,使阀门开度对应于控制室输出的电流信号。并且可以进行智能组态设置相应的参数,达到改善控制阀性能的目的。按动作的方向可分为单向阀门定们器和双向阀门定位器。


    4.2 阀门定位器的作用


    ①用于提高输出力,主要用于高压差,高压介质,高温,低温和大口径阀门场合。②用于提高调节阀质量和运动速度,主要由于有放大器和足够的气源压力保证。③用于电—气转换,目前多数调节阀与计算机相配套,计算机输出多数为4~20mA电流信号,可采用电—气阀门定位器来满足要求。④用于分程调节,两台调节阀分别操作一套设备、一台调节阀接收4~12mA电信号,另一台阀门接收12~20mA电信号。⑤用于改变流量特性。原有阀门固有流量特性可通过定位器来实现:⑥用于两位动作变成比例动作。⑦用于阀门的反向动作。通过定位器可使气开阀变成气闭阀,也可使气闭阀变成气开阀。


    4.3 阀门定位器的故障及处理方法


    4.3.1 阀门定位器有信号输入,但无输出压力信号:a.电/气定位器,衔铁与线圈架之间有异物;b.恒节流孔堵塞;c.喷嘴挡板配合不良或喷嘴挡板损坏;d.放大器中膜片(金属膜片或者橡胶膜片)损坏;e.气路连接有误(包括放大器);f.电/气定位器输入信号线正负极接反;g.定位器的输入接线盒内的二极管开路或接线不良等。


    4.3.2 下行程定位器输出压力变化缓慢


    a.放大器的气锥阀的锥度较小;b.放大器膜片长期使用,产生弹性滞后现象;c.气动定位器的感测元件(波纹管或膜盒)长期使用,产生弹性滞后;d.反馈弹簧产生弹性滞后。


    4.3.3 上行程定位器给出压力变化缓慢


    a.放大器进气球阀陷得过深;b.放大器耗气量较大;c.放大器进气球阀沾污,流通面积减小;d.恒节流孔的直径与喷嘴直径之比小于额定值(技术要求数值);e.喷嘴与挡板之间的配合不好;f.衔铁与线圈架之间有轻微的磨擦。


    4.3.4 定位器线性不好


    a.反馈凸轮或弹簧选择不当;b.反馈机构安装不好;c.反馈凸轮或弹簧安装不当;d.喷嘴或挡板有沾污现象;e.反馈连接杆面调节阀有卡现象。


    4.3.5 智能阀门定位器与HART275型手操器不能正常通讯


    常见原因检查现场有效电压是否大于12V,输出阻抗是否低于250欧姆,导线电容是否太高,输入信号小于4mA等。


    5 结束语


    在日常的生产过程中,由于纯碱工艺介质存在易结晶、易结垢、结疤的特点,造成阀体可动部件阻力增大,导致执行机构动作不灵活、呆滞,直至调节阀的阀芯与衬套或阀座卡死不能动作,出现问题会影响生产是不可避免的,企业应建立预检修机制的,不仅可以增加调节阀的使用寿命,减少调节阀故障,降低仪表故障率,还可对稳定企业生产,降低成本,提高效益起到积极的促进作用,同时还可以优化工艺操作,保证生产装置的长周期稳定运行。


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