摘要:本文介绍化工装置中气动调节阀的原理和常见故障,通过对各种具体故障的原因进行分析判断给出相应的处理方法和改进措施,介绍了气动调节阀日常维护和检修保养内容。
关键字:气动调节阀 原理 常见故障 处理方法 维护措施
注:黑色字体为链接,可点击,里面详细介绍气动调节阀各种知识。
1 引言
化工生产中调节阀在调节系统中是必不可少的,它是组成工业自动化系统的重要环节,它如生产过程自动化的手脚。气动调节阀是以压缩空气为动力的一种自动执行器,具有结构简单、动作可靠、性能稳定等特点。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,将使生产取得最大效益。而在优化的同时也使控制系统的主要故障集中于调节系统的终端执行装置即调节阀上,调节阀在控制流体流量的工作过程中,接受控制操作信号,按控制规律实现对流量的调节。它的动作灵敏与否,直接关系着整个控制系统的质量。由于调节阀结构简单,往往得不到重视。调节阀直接安装在工艺管道上,使用条件恶劣,如高温、高压、腐蚀、易结晶、高黏度等。它的好坏直接影响系统质量,如果维护不善或故障处理不及时就会影响整个控制回路的正常调节。因此,在日常维护中总结分析影响调节阀运行的故障原因及处理方法显得尤为重要。
2 气动调节阀的原理
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,接收工业自动化控制系统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。气动调节阀的特点就是控制简单,反应快速,且本质安全,不需另外再采取防爆措施。
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,阀芯与阀座密封面接触,从而使调节阀关闭,切断物料。当信号压力维持一定时,阀门就维持在一定的开度上。
台臣气动调节阀工作原理动态图
图1气动薄膜调节阀工作原理图
3气动调节阀的常见故障及处理方法
3.1 调节阀不动作
首先确认气源压力是否正常,查找气源故障。如果气源压力正常,则判断定位器或电/气转换器的放大器有无输出;若无输出,则放大器恒节流孔堵塞,或压缩空气中的水分聚积于放大器球阀处。用小细钢丝疏通恒节流孔,清除污物或清洁气源。
如果以上皆正常,有信号而无动作,则执行机构故障或阀杆弯曲,或阀芯卡死。遇此情况,必须卸开阀门进一步检查。
3.2 调节阀卡堵
如果阀杆往复行程动作迟钝,则阀体内或有黏性大的物质,结焦堵塞或填料压得过紧,或聚四氟乙烯填料老化,阀杆弯曲划伤等。调节阀卡堵故障大多出现在新投入运行的系统和大修投运初期,由于管道内焊渣、铁锈等在节流口和导向部位造成堵塞从而使介质流通不畅,或调节阀检修中填料过紧,造成摩擦力增大,导致小信号不动作、大信号动作过头的现象。
遇到此类情况,可迅速开、关副线或调节阀,让赃物从副线或调节阀处被介质冲跑。另外还可以用管钳夹紧阀杆,在外加信号压力的情况下,正反用力旋动阀杆,让阀芯闪过卡处。若不能解决问题,可增加气源压力、增加驱动功率反复上下移动几次,即可解决问题。如果还是不能动作,则需要对控制阀做解体处理,当然,这一工作需要很强的专业技能,一定要在专业技术人员协助下完成,否则后果更为严重。
3.3阀泄漏
调节阀泄漏一般有调节阀内漏、填料泄漏和阀芯、阀座变形引起的泄漏几种情况,下面分别加以分析。
(1)阀内漏
阀杆长短不适,气开阀阀杆太长,阀杆向上的(或向下)距离不够,造成阀芯和阀座之间有空隙,不能充分接触,导致不严而内漏。同样气关阀阀杆太短,也可导致阀芯和阀座之间有空隙,不能充分接触,导致关不严而内漏。解决方法:应缩短(或延长)调节阀阀杆使调节阀长度合适,使其不再内漏。
(2)填料泄漏
填料装入填料函以后,经压盖对其施加轴向压力。由于填料的塑性变形,使其产生径向力,并与阀杆紧密接触,但这种接触并非十分均匀,有些部位接触的松,有些部位接触的较紧,甚至有些部位根本没有接触上。调节阀在使用过程中,阀杆同填料之间存在着相对运动,这个运动叫轴向运动。在使用过程中,随着高温、高压和渗透性强的流体介质的影响,调节阀填料函也是发生泄漏现象较多的部位。造成填料泄漏的主要原因是界面泄漏,对于纺织填料还会出现渗漏(压力介质沿着填料纤维之间的微小缝隙向外泄漏)。阀杆与填料间的界面泄漏是由于填料接触压力的逐渐衰减,填料自身老化等原因引起的,这时压力介质就会沿着填料与阀杆之间的接触间隙向外泄漏。
为了使填料装入方便,在填料函顶端倒角,在填料函底部放置耐冲蚀的间隙较小的金属保护环,注意该保护环与填料的接触面不能为斜面,以防止填料被介质压力推出。填料函与填料接触部分的表面要精加工,以提高表面光洁度,减小填料磨损。填料选用柔性石墨,因为它的气密性好、摩擦力小,长期使用变化小,磨损的烧损小,易于维修,且压盖螺栓重新拧紧后摩擦力不发生变化,耐压性和耐热性良好,不受内部介质的侵蚀,与阀杆和填料函内部接触的金属不发生点蚀或腐蚀。这样,有效地保护了阀杆填料函的密封,保证了填料密封的可靠性,使用寿命也有很大地提高。
(3)阀芯、阀座变形泄漏
阀芯、阀座泄漏的主要原因是由于调节阀生产过程中的铸造或锻造缺陷可导致腐蚀的加强。而腐蚀介质的通过,流体介质的冲刷也会造成调节阀的泄漏。腐蚀主要以侵蚀或气蚀的形式存在。当腐蚀性介质在通过调节阀时,便会产生对阀芯、阀座材料的侵蚀和冲击,使阀芯、阀座成椭圆形或其他形状,随着时间的推移,导致阀芯、阀座不匹配,存在间隙,关不严而发生泄漏。
把好阀芯、阀座的材质选型关。选择耐腐蚀的材料,对存在麻点、沙眼等缺陷的产品要坚决剔除。若阀芯、阀座变形不太严重,可用细砂纸研磨,消除痕迹,提高密封光洁度,以提高密封性能。若损坏严重,则应重新更换新阀。
3.4 振荡
调节阀的弹簧刚度不足,调节阀输出信号不稳定而急剧变动易引起调节阀振荡。还有所选阀的频率与系统频率相同或管道、基座剧烈振动,使调节阀随之振动。选型不当,调节阀工作在小开度存在着剧烈的流阻、流速、压力的变化,当超过阀的刚度,稳定性变差,严重时产生振荡。
由于产生振荡的原因是多方面的,要具体问题具体分析。对振动轻微的,可增加刚度来消除,如选用大刚度弹簧的调节阀,改用活塞执行结构等;管道、基座剧烈振动,可通过增加支撑消除振动干扰;阀的频率与系统的频率相同时,更换不同结构的调节阀;工作在小开度造成的振荡,则是选型不当造成的,具体说是由于阀的流通能力C值过大,必须重新选型,选择流通能力C值较小的或采用分程控制或采用子母阀以克服调节阀工作在小开度所产生的振荡。
3.5 调节阀噪音大
当流体流经调节阀,如前后压差过大就会产生针对阀芯、阀座等零部件的气蚀现象,使流体产生噪声。流通能力值选大了,必须重新选择流通能力值合适的调节阀,以克服调节阀工作在小开度而引起的噪音,下面介绍几种消除噪音的方法。
(1)消除共振噪音法
只有调节阀共振时,才有能量叠加而产生100多分贝的强烈噪音。有的表现为振动强烈,噪音不大,有的振动弱,而噪音却非常大;有的振动和噪音都较大。这种噪音产生一种单音调的声音,其频率一般为3000~7000赫兹。显然,消除共振,噪音自然随之消失。
(2)消除汽蚀噪音法
汽蚀是主要的流体动力噪音源。空化时,汽泡破裂产生高速冲击,使其局部产生强烈湍流,产生汽蚀噪音。这种噪音具有较宽的频率范围,产生格格声,与流体中含有砂石发出的声音相似。消除和减小汽蚀是消除和减小噪音的有效办法。
(3)使用厚壁管线法
采用厚壁管是声路处理办法之一。使用薄壁可使噪音增加5分贝,采用厚壁管可使噪音降低0~20分贝。同一管径壁越厚,同一壁厚管径越大,降低噪音效果越好。如DN200管道,其壁厚分别为6.25、6.75、8、10、12.5、15、18、20、21.5mm时,可降低噪音分别为-3.5、-2(即增加)、0、3、6、8、11、13、14.5分贝。当然,壁越厚所付出的成本就越高。
(4)采用吸音材料法
这也是一种较常见、最有效的声路处理办法。可用吸音材料包住噪音源和阀后管线。必须指出,因噪音会经由流体流动而长距离传播,故吸音材料包到哪里,采用厚壁管至哪里,消除噪音的有效性就终止到哪里。这种办法适用于噪音不很高、管线不很长的情况,因为这是一种较费钱的办法。
(5)串联消音器法本法
适用于作为空气动力噪音的消音,它能够有效地消除流体内部的噪音和抑制传送到固体边界层的噪音级。对质量流量高或阀前后压降比高的地方,本法最有效而又经济。使用吸收型串联消音器可以大幅度降低噪音。但是,从经济上考虑,一般限于衰减到约25分贝。
(6)隔音箱法
使用隔音箱、房子和建筑物,把噪音源隔离在里面,使外部环境的噪音减小到人们可以接受的范围内。
(7)串联节流法
在调节阀的压力比高(P/P1≥0.8)的场合,采用串联节流法,就是把总的压降分散在调节阀和阀后的固定节流元件上。如用扩散器、多孔限流板,这是减少噪音办法中最有效的。为了得到最佳的扩散器效率,必须根据每件的安装情况来设计扩散器(实体的形状、尺寸),使阀门产生的噪音级和扩散器产生的噪音级相同。
(8)选用低噪音阀
低噪音阀根据流体通过阀芯、阀座的曲折流路(多孔道、多槽道)的逐步减速,以避免在流路里的任意一点产生超音速。有多种形式,多种结构的低噪音阀(有为专门系统设计的)供使用时选用。当噪音不是很大时,选用低噪音套筒阀,可降低噪音10~20分贝,这是最经济的低噪音阀。
3.6 阀门定位器
普通定位器采用机械式力平衡原理工作,即喷嘴挡板技术,主要存在以下故障类型:
(1)因采用机械式力平衡原理工作,其可动部件较多,易受温度、振动的影响,造成调节阀的波动;
(2)采用喷嘴挡板技术,由于喷嘴孔很小,易被灰尘或不干净的气源堵住,使定位器不能正常工作;
(3)采用力的平衡原理,弹簧的弹性系数在恶劣现场会发生改变,造成调节阀非线性导致控制质量下降。
(4)智能定位器由微处理器(CPU)、A/D、D/A转换器等部件组成,其工作原理与普通定位器截然不同,给定值和实际值的比较纯是电动信号,不再是力平衡。因此能够克服常规定位器的力平衡的缺点。但在用于紧急停车场合时,如紧急切断阀、紧急放空阀等,这些阀门要求静止在某一位置,只有紧急情况出现时,才需要可靠地动作,长时间停留在某一位置,容易使电气转换器失控造成小信号不动作的危险情况。此外。用于阀门的位置传感电位器由于工作在现场,电阻值易发生变化造成小信号不动作、大信号全开的危险情况。因此,为了确保智能定位器的可靠性和可利用性,必须对它们进行频繁地测试。
4 气动调节阀的日常维护措施
调节阀由于直接与工艺介质接触,其性能直接影响到系统质量和环境污染,所以对调节阀必须进行经常维护和定期检修,尤其对使用条件恶劣和重要场合更应重视定期检修维护工作。而在日常维护中,应特意留意容易出现不足的部分,对常见故障产生的环节要加大检测力度,最大限度地消除可能存在的安全隐患。
4.1 调节阀定期检修时,应重点留意以下几方面
(1)对于使用在高压差和腐蚀性介质场合的调节阀,阀体内壁、隔膜经常受到介质的冲击和腐蚀,应重点检查耐压、耐腐情况。
(2)同定阀座用的螺纹,内表面易受腐蚀而使阀座松动,应重点检查此部位;对高压差下工作的阀还应检查阀座密封面是否被冲蚀、汽蚀。
(3)阀芯受介质的冲刷、腐蚀最为严重,检修时要认真检查是否被腐蚀、磨损,特别是在高压差情况下阀芯因汽蚀现象磨损更为严重。
(4)检查膜片、“O”型圈和其它密封垫是否裂化或老化。
(5)应注意聚四氟乙烯填料、密封润滑油脂是否老化、配合面是否被损坏,必要时应更换。
4.2 日常巡回检查应该注意以下几点
(1)向当班工艺操作人员了解调节阀的运行情况。
(2)查看调节阀和有关附件的供给能源(气源、液压油或电源)
(3)检查液压油系统运行情况。
(4)检查调节阀的各静、动密封点有无泄漏。
(5)检查调节阀连接管线和接头有无松动或腐蚀。
(6)检查调节阀有无异常声音和较大振动,检查供给情况。
(7)检查调节阀的动作是否灵活,在控制信号变化时是否及时变化
(8)侦听阀芯、阀座有无异常振动或杂音。
(9)建立调节阀台帐,记录每一次故障处理的情况,总结经验。
4.3强制保养定期维护应该注意以下几点
(1)定期对调节阀外部进行清洁工作。
(2)定期对调节阀填料函和其他密封部件进行调整,必要时应更换密封部件,保持静、动密封点的密封性。
(3)定期对需润滑的部件添加润滑油。
(4)定期对气源或液压过滤系统进行排污和清洁工作。
(5)定期检查各连接点的连接情况,腐蚀情况,必要时应更换连接件。
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