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气动薄膜调节阀两类典型故障的分析及简明解决方法
 
一、故障现象及分析
我厂甲醇车间使用的调节阀,是四川仪表十一厂生产的ZMAN型、ZMAP型、ZMBP型系列调节阀和四川仪表总厂的ZMAM型、ZMBM型系列调节阀。使用两年多来一直较为理想,但是最近半年来却发生多达十几例故障。其中90%的故障为两类过去不常见的故障。
1、故障现象
这两类故障现象均为有气源、阀门定位器信号达不到最大值,甚至低于0.06MPa,因此,造成有的调节阀不能全开,有的调节阀关不死,有的调节阀不动作,给生产带来严重的影响。
2、故障分析
经过仔细检查和结构原理分析,发现一类是滚动膜片破损;另一类是薄膜波纹膜片(以下简称膜片)破裂。
执行机构分析得知,当膜片破损后,无论正反作用的执行机构,都不能使调节阀正常工作。
当滚动膜片破损后,对于反作用的执行机构失去密封作用,膜头内的气体沿推杆漏走,也使调节阀不能正常工作。
图一为滚动膜片的结构图。
图二为多数破损的滚动膜片形状图。
比较图一、图二可见,破损后的滚动膜片已失去气体密封作用。造成滚动膜片破损的主要原因有两点:一是工艺制作原因;二是材质因素。点击看大图
                        图                                                     图二
  这类故障以前未曾见过,原来的执行机构采用的不是滚动膜片密封,而是“O”型密封环,如图三。点击看大图
               图三  O型密                                                  图四
封环结构图
由于滚动膜片具有无摩擦,可使执行机构变差显著减小;完全不漏气,不需要润滑;对零件加工要求低;相对运动的零件之间,即使有少量的偏心和偏角,对执行机构性能无多大影响等优点,因此,现在生产的大多是采用滚动膜片结构的执行机构,而滚动膜片的破损又成了主要的调节阀故障。
图四为薄膜膜片的结构图。从破损处的情况分析,破损处均为膜片与硬盘接触面,即受力面。但是,所有的硬盘都比较光滑、无毛刺,因此造成破损的主要原因是橡胶老化。
二、故障判断与解决措施流程框图
由于调节阀的故障类型有多种多样,而每一类检修都较为繁锁,因而有必要编制一个判断这两类故障的流程框图,以便在实际工作中准确判断,及时根除故障。
1、故障判断与解决措施流程框图
图五为故障判断与解决措施流程框图。按此图的步骤即可顺利简明地解决上述两类故障。
2、其他改进方法
(1)制造厂家提高膜片、滚动膜片质量,延长使用寿命。
(2)使用厂家一般以二年为一个周期,定期更换膜片、滚动膜片,减少故障发生率。
(3)除单座阀Dg∠25mm外,在满足工艺前提下,改变阀芯、阀座的位置,尽量采用调节机构作用形式,可避免第一类故障的产生。
(4)改善工艺环境,减少阀的动作频率,从而延缓橡胶的疲劳。
膜片寿命。图五  故障判断与解决措施流程框图

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现场调节阀改制的两种办法

调节阀是自控回路中必不可少的终端控制仪表,由于影响它的工作的工艺因素较多,而且如果忽视某一因素,往往使调节阀远离设计时的工作点,甚至无法正常工作。自1987年开始,我厂承接多家大型石化装置中调节阀的大修任务,经常发现少数现场的调节阀,包括少数进口的阀,其本身的质量是好的,但用户反映这些阀运行不正常,要我厂修理;我们拆开整修后装到原岗位,但运行后旧“病”复发,常见的现象是调节不稳定,发生振动、噪音等,不能满足系统的调节要求,有些阀只好弃而不用,改用手操。后来我们不得不怀疑原来选用上存在问题,就请用户提供这些阀的工艺参数和操作要求,经选用计算后发现这些阀均在小开度下运行,无法实现正常的调节。我们分析发生这种现象的原因有两个:1、调节阀的口径计算和选用不当。2、运行后实际的工艺参数与选用时的数据相差较大。为此我们提出改制措施。对这些现场已用的调节阀,用户一般要求不要改动管道上的法兰,也不要调换阀体,原因很简单,可节省人力物力,更重要的是免去拆卸焊接安装过程中很多麻烦。针对不同的情况我们采用两种改制办法,一是将调节阀的流量特性从直线特性改用等百分比特性。二是在阀体不变的条件下,缩小阀座直径或减少套筒上窗口面积,缩减额定流量系数。有时兼而用之。既缩小阀座直径又改变流量特性。
下面分别用一个典型实例说明改制前后的情况。1989年10月上海某合资厂选用一台DN50,C=30的直线特性套筒阀,用于20t工业锅炉的给水调节,发现运行不稳定,伴有强烈振动和噪音,我厂两次派人去修理,但仍不能正常使用,只好用手操。
锅炉经常在额定值附近运行,则调节阀的开度在10%以下,大家知道直线特性的调节阀在10%以下工作是无法稳定的;按上述情况我们提议,在不拆下阀体的情况下,调上一个等百分比特性的套筒,额定C值仍是30,这样可使阀的开度增加。以可调比R=30为例,在同样的工况下,工作点向右移动,计算开度为“额定点Cnorm=3.5   Knorm="37"%(不考虑畸变因素)。最大点Cmax=7.1 Kmax="58"%,见图一在这样的开度范围内照理是比较好的。但投入自动调节后发现调节阀仍无法稳定地工作,而在作二位式开关动作,很显然这不是调节阀本身的问题,而是自控仪表匹配中存在的问题。经逐步检查发现对于锅炉水位上限幅度,在调节器上设定值太小,即允许液面波动幅度太小,当液面在低水位时,调节器下令阀打开,由于阀的流通能力较大,给水量较在,只要直几秒钟,液面即到达上限值,由于调节器有积分时间,待到它发出信号后又迅速关小,给水量迅速减少,锅炉中的液面又很快到达下限值,待调节器又要令阀开大时,阀已在全关位置,这样形成频繁开关。根据上述分析,我们当场提议将液面的上下波动允许幅度适当放宽,这样调节阀立即能平稳地运行。我们在控制室呆了一个小时观察后,双方都感到满意后才离开,过了一个月本人打电话询问调节阀的运行情况,厂方回答运行正常,至今仍在使用。由于中小型企业使用20t/h蒸发量的工业锅炉较为普遍,在选用给水调节阀方面仍发生类似的问题,我们则推荐采用DN25~40,等百分比特性的套筒阀较为合适。
第二个例子是扬子石化公司××厂,两台电动单座阀公称通径DN6",阀座直径dN3",C值为150,直线特性,是德国Gulde公司的产品,用于调节氧气的流量。1991年3月去访问时,厂方反映这两台阀开关频繁,形成继续供气,电动执行机构中的马达因频繁启动而烧坏,我厂仍派人去修好,但重新使用后还是老样子。
额定工况:Cnorm=7.08.K=4.7%,最大工况Cmax=1.77.Kmax=11.8%如此小的开度,调节阀当然不能稳定地工作。我们建议调换调节阀,但厂方要求在不换阀体的条件下改制,我们立即设计加工了一套特殊的阀芯阀座,利用夏天大修机会想换上去,但是由于时间长了原阀座锈牢在阀体上无法拧下,厂方下了决心拆下阀体,用立车把原阀座车削掉,然后装上那套特殊设计的阀座阀芯,dN为50.C值为32,等百分比特性,这样C值几乎是原来的五分之一,又是等百分比特性,在额定工况下开度为56%最大工况时开度为83%(不考虑畸变因素的计算值),装到原岗位运行后一直稳定运行,至今无故障。(上海自动化仪表七厂,202150)薛文斌
近年来由于技术引进和中外技术交流,各行业的设计院和我们制造厂在调节阀计算选用方面都有很大的进步,在大型化工装置和电站等成套项目中,调节阀的选型已趋向规范化,但在中小型企业或初次采用调节阀的单位,由于种种原因,仍有可能出现选用不当的情况,如果发现本文所提到的情况,我想采用上述两个办法进行改制既简单又省事。
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调节阀的执行器
过程控制系统中,执行器接受调节器的指令信号,经执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移,去操纵调节机构,改变被控对象进、出的能量或物料,以实现过程的自动控制。
执行器常常工作在高温、高压、深冷、强腐蚀、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、高压差等状态下,使用条件恶劣,因此,它是整个控制系统的薄弱环节。如果执行器选择或使用不当,往往会给生产过程自动化带来困难。在许多场合下,会导致控制系统的控制质量下降、调节失灵,甚至因介质的易燃、易爆、有毒而造成严重的事故。为此,对于执行器的正确选用和安装、维修等各个环节,必须给予足够的注意。
(一)执行器的分类及特点
执行器按其所使用的能源形式可分为气动、电动和液动三大类。
(1)电动执行器
电动执行器是以电能为动力的,它的特点是获取能源方便,动作快,信号传递速度快,且可远距离传输信号,便于和数字装置配合使用等。所以电动执行器处于发展和上升时期,是一种有发展前途的装置。其缺点是结构复杂,价格贵和推动力小,同时,一般来说电动执行器不适合防火防爆的场合。但如果采用防爆结构,也可以达到防火防爆的要求。
(2)气动执行器
气动执行器是以压缩空气为动力的,具有结构简单、动作可靠稳定、输出力大、维护方便和防火防爆等优点。所以广泛应用于石油、化工、冶金、电力等部门,特别适用于具有爆炸危险的石油、化工生产过程。其缺点是滞后大,不适宜远传(150m以内),不能与数字装置连接。
目前,国内外所选用的执行器中,液动的很少。因此,本书只介绍电动和气动执行器。
(二)执行器的组合方式
目前执行器都有相应的辅助装置,如电/气转换器、阀门定位器等,根据实际需要可组成多种形式的电/气混合系统。图8-1给出了各种组合方式。
(1)气动调节器-阀门定位器-气动执行器
这是一种最为常用的气动控制系统组合方式。通过阀门定位器的辅助作用,可使气动执行器准确定位,同时可在一定程度上放大调节信号的压力,增大执行器的输出力(力矩),增强执行器的工作平稳性。因此,一般适用于准确定位、差压较大的场合。
(2)气动调节器-气/电转换器-电动执行器
该组合方式通过气/电转换器将气动调节器的气压信号成比例地转换成标准的电信号,从而推动电动执行器工作,实现了气动信号的远传及与数字装置的连接。 
(3)电动调节器-电/气阀门定位器-气动执行器
这是目前应用较多的一种组合方式,通过电/气阀门定位器可实现传输信号为电信号,现场操作为气动执行器。因此具备电动和气动执行器的优点。电/气阀门定位器实际上是电/气转换器和气动阀门定位器的结合
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[技术]阀门保养
1、长期存放的阀门,应作定期检查,对外露的加工表面须保持清洁,清除污垢,存放时球阀应两端堵塞并处于开启状态,闸阀、截止阀、止回阀,通道的两端应堵塞并处于关闭状态,整齐地存放在室内通风干燥的地方,严禁堆置或露天存放。
2、安装前,必须仔细核对本阀标志的压力,通径是否符合使用要求,消除运输过程所造成的缺陷,并消除阀件的污垢。
3、安装时,可将阀门按连接方式直接装置在管路上。一般情况下,可安装在管路任意位置上,但需便于操作的检修,注意截止阀介质流向应是纵阀瓣下面往上流,升降式止回阀只能水平安装。
4、球阀、截止阀、闸阀使用时,只作全开或全闭,不允许做调节流量用,以免密封面受冲蚀,加速磨损。闸阀和上螺纹截止阀内有倒密封装置,手轮旋至最上位置拧紧,即可阻止介质从填料处泄漏。 5、球阀、截止阀、闸阀开、关时应用手轮,请勿借助杠杆或其它工具,以免损坏阀件。手轮顺时针旋转为关闭,反之为开启。
6、填料压盖的螺栓应均匀地拧紧,不应压成歪状态,以免碰伤阻碍阀杆运动或造成泄漏。
7、阀门在使用过程中,应经常保持清洁,传动螺纹必须定期润滑,发现故障时,应立即停止使用,查明原因清除故障。
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