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淺析氣動薄膜調節閥的故障及處理方法
瀏覽:110 發布日期:2019-03-25 15:43:52

摘  要:調節閥又名控制閥,通過接受調節控制單元輸出的控制信號,借助動力操作去改變流體流量的裝置。執行機構起推動的作用,而閥起調節作用。氣動薄膜調節閥在純堿行業中應用極其普遍,借助其它儀表配套使用,在生產過程中對流量、液位、壓力、溫度等工藝參數與其它介質如液體、氣體、蒸汽等的自動調節和遠程控制。隨著企業自動化程度的逐步提高,集散控制系統(DCS)以及其它智能型儀表在自動化領域中的應用已越來越普遍,通過計算機的優化控制,使生產取得最大效益。根據控制系統在純堿行業的應用統計,調節系統有80%左右的故障出自調節閥。因此,如何保證氣動薄膜調節閥在我廠生產中的可靠、準確運行,是我們需要探討的一個很重要的問題。

 

關鍵字:氣動薄膜調節閥 閥門定位器 故障

 

    現狀調查:在純堿生產過程中,由于氨鹽水有嚴重的腐蝕性,碳酸氫銨在攝氏25℃以下易結晶的性質,使調節閥在運行中因閥體內壁結疤、結晶、結垢導致閥卡、不動作或動作遲鈍,使系統不能進行自動調節的現象比較普遍,占調節閥故障總數的50%,給生產造成的影響較大;由調節閥填料老化、變硬導致閥動作遲鈍或從閥桿處泄漏等故障達20%;由于膜片損壞漏氣或硬芯碎裂導致閥不能調節的現象達10%;由于定位器、減壓閥、執行機構等腐蝕導致閥門故障的現象占10%;其它原因導致調節閥故障的概率占10%。

 

    1 氣動薄膜調節閥組件及工作原理

 

    工作原理:當氣室輸入了0.02~0.10MPa信號壓力之后,薄膜產生推力,使推力盤向下移動,壓縮彈簧,帶動推桿、閥桿、閥芯向下移動,閥芯離開了閥座,從而使壓縮空氣流通。當信號壓力維持一定時,閥門就維持在一定的開度上。氣動調節閥就是以壓縮空氣為動力源,以氣缸為執行器,并借助于電氣閥門定位器、轉換器、電磁閥、保位閥等附件去驅動閥門,實現開關量或比例式調節,集散控制系統(DCS)的控制信號來完成調節管道介質的流量、壓力、溫度等各種工藝參數。

 

 

    2 氣動薄膜調節閥的分類

 

    氣動調節閥動作分氣開型和氣關型兩種。氣開型(Air to Open)是當膜頭上空氣壓力增加時,閥門向增加開度方向動作,當達到輸入氣壓上限時,閥門處于全開狀態。反過來,當空氣壓力減小時,閥門向關閉方向動作,在沒有輸入空氣時,閥門全閉。故有時氣開型閥門又稱故障關閉型(Fail to Close FC)。氣關型(Air to Close)動作方向正好與氣開型相反。當空氣壓力增加時,閥門向關閉方向動作;空氣壓力減小或沒有時,閥門向開啟方向或全開為止。故有時又稱為故障開啟型(Fail to Open FO)。氣動調節閥的氣開或氣關,通常是通過執行機構的正反作用和閥態結構的不同組裝方式實現。氣開氣關的選擇是根據工藝生產的安全角度出發來考慮。當氣源切斷時,調節閥是處于關閉位置安全還是開啟位置安全?

 

 

    舉例來說,一個加熱爐的燃燒控制,調節閥安裝在燃料氣管道上,根據爐膛的溫度或被加熱物料在加熱爐出口的溫度來控制燃料的供應。這時,宜選用氣開閥更安全些,因為一旦氣源停止供給,閥門處于關閉比閥門處于全開更合適。如果氣源中斷,燃料閥全開,會使加熱過量發生危險。又如一個用冷卻水冷卻的換熱設備,熱物料在換熱器內與冷卻水進行熱交換被冷卻,調節閥安裝在冷卻水管上,用換熱后的物料溫度來控制冷卻水量,在氣源中斷時,調節閥應處于開啟位置更安全些,宜選用氣關式(即FO)調節閥。氣開式改變為氣關式或氣關式改變為氣開式,如調節閥安裝有智能式閥門定位器,在現場可以很容易進行互相切換。

 

    3 氣動薄膜調節閥的故障原因分析

 

    根據多年來純堿生產現場使用的氣動薄膜調節閥的故障分析,可歸納出常見故障及其原因如下:

 

    3.1 閥不動作

 

    ①無信號、無氣源:a.氣源未開;b.由于氣源含水在冬季結冰,導致風管堵塞或過濾器、減壓閥堵塞失靈;c.壓縮機故障;d氣源總管泄漏。

 

    ②有氣源,無信號:a.調節器故障;b.信號管泄漏;c.定位器波紋管漏氣;d.調節網膜片損壞.e.FM151模塊沒有輸出。

 

    ③定位器無氣源。a.過濾器堵塞;b.減壓閥故障;c.管道泄漏或堵塞。

 

    ④.定位器有氣源,無輸出。a.定位器的節流孔堵塞;b.輸入信號相極錯誤,糾正接線盒的接線;c.調零不良;d.手動-自動切換裝置處于手動位置;e.噴嘴擋板配合不良,換力矩部件;f.放大器不良,更換放大器。

 

    ⑤.有信號、無動作。a.閥芯脫落;b.閥芯與閥座卡死;c.閥桿彎曲或折斷;d.閥座閥芯凍結或鐵塊等污物卡??;e.執行機構故障(膜片爛、膜盤與推桿脫節)。

 

    3.2 閥的動作不穩定

 

    a.氣源壓力不穩定;b.調節器輸出不穩定,轉換器故障;c.壓縮機容量太??;d.減壓閥故障;e.定位器輸出管線漏氣;f.執行機構(彈簧)鋼度太小,造成推力不足;g.定位器的接線松動。

 

    3.3 閥的動作遲鈍

 

    a.氣源壓力低;b.膜片,活塞環漏氣;c.填料太緊,閥桿變形;d.定位器響應性能差;e.查氣源,定位器性能;f膜片,活塞環是否漏氣;g.檢查填料壓蓋;h.最后檢查閥芯,閥桿。

 

    3.4 閥不能全關

 

    a.輸入信號有問題;b.操作氣壓不足或彈簧力不足;c.定位器調試時未到全行程;d.工況壓差大于設計壓差;e.閥座,閥芯上有雜物;F.與上面一樣查信號,氣源。查工況的介質壓差。核對彈簧壓力范圍。校驗定位器。

 

    3.5 閥關閉時泄漏大

 

    a.執行機構推力小,或彈簧力不足;b.閥芯,閥座損壞;c.閥座松動,墊片沖壞;d.閥座,閥芯之間有雜物。

 

    3.6 閥振動

 

    a.定位器調整不好;b.閥開度太小,流向不對;

 

    c.填料太緊;d.閥芯與導套間隙太大;e.附近有振動源。

 

    3.7 填料泄漏

 

    a.填料未壓緊;b.填料材質與介質不匹配;c.閥桿變形毛糙;d.填料壓蓋變形。

 

    4 氣動薄膜調節閥的輔助裝置定位器

 

    它是按照力平衡原理設計的,上圖中當通入波紋管的信號壓力增加時,使杠桿2繞支點轉動,擋板靠近噴嘴,噴嘴背壓經放大器放大后,送入薄膜執行機構氣室,使閥桿向下移動,并帶動反饋桿(擺桿)繞支點轉動,連接在同一軸上的反饋凸輪(偏心凸輪)也跟著逆時針方向轉動,通過滾輪使杠桿繞支點轉動,并將反饋彈簧拉伸、彈簧對杠桿2的拉力與信號壓力作用在波紋管上的力達到力距平衡時儀表達到平衡狀態。

 

    4.1 閥門定位器的分類

 

    閥門定位器按輸入信號分為氣動閥門定位器、電氣閥門定位器和智能閥門定位器。氣動閥門定位器的輸入信號是標準氣信號,例如,20~100kPa氣信號,其輸出信號也是標準的氣信號。電氣閥門定位器的輸入信號是標準電流或電壓信號,例如,4~20mA電流信號或1~5V電壓信號等,在電氣閥門定位器內部將電信號轉換為電磁力,然后輸出氣信號到撥動控制閥。智能電氣閥門定位器它將控制室輸出的電流信號轉換成驅動調節閥的氣信號,根據調節閥工作時閥桿摩擦力,抵消介質壓力波動而產生的不平衡力,使閥門開度對應于控制室輸出的電流信號。并且可以進行智能組態設置相應的參數,達到改善控制閥性能的目的。按動作的方向可分為單向閥門定們器和雙向閥門定位器。

 

    4.2 閥門定位器的作用

 

    ①用于提高輸出力,主要用于高壓差,高壓介質,高溫,低溫和大口徑閥門場合。②用于提高調節閥質量和運動速度,主要由于有放大器和足夠的氣源壓力保證。③用于電—氣轉換,目前多數調節閥與計算機相配套,計算機輸出多數為4~20mA電流信號,可采用電—氣閥門定位器來滿足要求。④用于分程調節,兩臺調節閥分別操作一套設備、一臺調節閥接收4~12mA電信號,另一臺閥門接收12~20mA電信號。⑤用于改變流量特性。原有閥門固有流量特性可通過定位器來實現:⑥用于兩位動作變成比例動作。⑦用于閥門的反向動作。通過定位器可使氣開閥變成氣閉閥,也可使氣閉閥變成氣開閥。

 

    4.3 閥門定位器的故障及處理方法

 

    4.3.1 閥門定位器有信號輸入,但無輸出壓力信號:a.電/氣定位器,銜鐵與線圈架之間有異物;b.恒節流孔堵塞;c.噴嘴擋板配合不良或噴嘴擋板損壞;d.放大器中膜片(金屬膜片或者橡膠膜片)損壞;e.氣路連接有誤(包括放大器);f.電/氣定位器輸入信號線正負極接反;g.定位器的輸入接線盒內的二極管開路或接線不良等。

 

    4.3.2 下行程定位器輸出壓力變化緩慢

 

    a.放大器的氣錐閥的錐度較??;b.放大器膜片長期使用,產生彈性滯后現象;c.氣動定位器的感測元件(波紋管或膜盒)長期使用,產生彈性滯后;d.反饋彈簧產生彈性滯后。

 

    4.3.3 上行程定位器給出壓力變化緩慢

 

    a.放大器進氣球閥陷得過深;b.放大器耗氣量較大;c.放大器進氣球閥沾污,流通面積減??;d.恒節流孔的直徑與噴嘴直徑之比小于額定值(技術要求數值);e.噴嘴與擋板之間的配合不好;f.銜鐵與線圈架之間有輕微的磨擦。

 

    4.3.4 定位器線性不好

 

    a.反饋凸輪或彈簧選擇不當;b.反饋機構安裝不好;c.反饋凸輪或彈簧安裝不當;d.噴嘴或擋板有沾污現象;e.反饋連接桿面調節閥有卡現象。

 

    4.3.5 智能閥門定位器與HART275型手操器不能正常通訊

 

    常見原因檢查現場有效電壓是否大于12V,輸出阻抗是否低于250歐姆,導線電容是否太高,輸入信號小于4mA等。

 

    5 結束語

 

    在日常的生產過程中,由于純堿工藝介質存在易結晶、易結垢、結疤的特點,造成閥體可動部件阻力增大,導致執行機構動作不靈活、呆滯,直至調節閥的閥芯與襯套或閥座卡死不能動作,出現問題會影響生產是不可避免的,企業應建立預檢修機制的,不僅可以增加調節閥的使用壽命,減少調節閥故障,降低儀表故障率,還可對穩定企業生產,降低成本,提高效益起到積極的促進作用,同時還可以優化工藝操作,保證生產裝置的長周期穩定運行。
 

 
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