上海沪工阀门厂(集团)有限公司

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摘要:在自动控制系统中调节阀的性能不仅直接影响自动化水平,而且也关系到机组的安全和经济运行。结合生产实践,简要介绍了各种形式调节阀的性能,选用时应考虑的主要因素,日常维护保养及常见故障的处理方法。

关键词:调节阀;选型;维护;故障处理;

1 概述

在电厂自动控制系统中,调节阀是常见的一种执行器。自动控制系统中先进的控制理论、卓越的设计理念、独特的控制算法和复杂的控制策略均由执行器对被控对象进行作用的。因此,正确选取调节阀的结构形式、流量特性和流通能力,以及执行机构的输出力矩、推力与行程,对于自动控制系统的安全性、稳定性、经济性和可靠性有着十分重要的作用。选型与计算相比,选型的难度更大,出现的问题更多,对此应该特别重视。

2 调节阀分类

调节阀按结构特征可分为 9 大类。

直通单座调节阀 该阀应用最广,具有泄漏小,许用压差小,流路复杂,结构简单的特点,故适用于密封要求严格,工作压差小的场合,但小规格的阀(DN < 20mm)也可用于压差较大的场合。应用中应注意校对许用压差,防止阀门关不严。

② 直通双座调节阀 该阀具有泄漏大,许用压差大的特点,故适用于泄漏要求不严,工作压差大的场合,选型时应注意该阀泄漏量大是否能满足过程控制要求。

③ 套筒阀 套筒阀分为单密封和双密封 2 种结构,前者类似于单座阀,适用于单座阀场合。后者类似于双座阀,适用于双座阀场合。套筒阀还具有稳定性好,装卸方便的特点,但价格比单和双座阀高 50%~200%,还需要专用的缠绕密封垫。该阀是仅次于单和双座阀而应用较为广泛的阀门

④ 角型阀 节流形式相当于单座阀,但阀体流路简单,适用于泄漏要求小,压差小的及要求直角配管的场合。

⑤ 三通阀 它具有 3 个通道,可代替 2 个直通单座阀用于分流和合流及两相流温度差 ≤ 150℃ 的场合。当 DN ≤ 80mm 时,合流阀可用于分流场合。

⑥ 隔膜阀 流路简单,隔膜具有一定的耐蚀性能,适用于带杂质的介质、弱腐蚀介质的 2 位切断场合。

⑦ 蝶阀 它相当于取一直管段做阀体,且阀体又相当于阀座,故“自洁”性能好,体积小,质量轻,适用于带杂质的介质和大口径、大流量和高压差的场合。当 DN>300mm 时,通常选用蝶阀

球阀 O 形球阀全开时为无阻调节阀,“自洁”性能最佳,适用于杂质较多及含纤维介质的两位切断场合。V 形球阀具有近似等百分比的调节特性,适用于带杂质和含纤维介质可调比较大的调节场合,但该阀价格较高。

⑨ 偏心旋转阀 该阀介于蝶阀和球阀之间,“自洁”性能好,调节性能好,亦可切断,故适用于带杂质的介质和泄漏要求小的调节场合,但该阀价格较高。

这 9 类产品中,前 6 种为直行程调节阀,后 3 种为角行程调节阀。用户必须弄清楚它们的特点和注意事项。各类变型和改进型产品都是以这 9 类产品为基础的,弄清这 9 大类产品就容易掌握其他产品的应用了。

3 选型

调节阀选型最基本的条件是要满足生产过程的温度、压力、液位、流量及密封性要求,阀门的工作压差 < 需用压差。还需考虑阀门的使用寿命、可靠性、动作速度、流量特性、作用方式、流向、执行机构形式、输出力矩、刚度、弹簧范围、材质及经济性等。在满足过程控制要求的前提下,所选的阀门应简单、可靠、价廉、寿命长、维修方便和备件来源及时可靠。避免单纯追求好的结构、材质和附件,而忽略了对可靠性和经济性的考虑。

调节阀选型应提供的工艺参数有温度和压力,正常流量时的压差及切断时的压差,流体特性有腐蚀性、粘度、温度变化对流体特性的影响,系统要求有泄漏量、可调比、动作速度、频率、线性及噪声等参数。

4 选材

① 阀体 阀体耐压等级、使用温度、耐腐蚀性能等方面应不低于工艺连接管道要求,并优先选用定型产品。水蒸汽、含水较多的湿气体介质和环境温度低于 -20℃ 时,不宜选用铸铁阀门。

② 内件 非腐蚀性介质一般选用 1Cr18Ni9Ti 或其他不锈钢。对汽蚀和冲蚀较为严重,其介质在直角坐标系中的温度与压差曲线上,温度为 300℃,压差为 115MPa 两点连线以外的区域时,应选用耐磨材料,如钴基合金或表面堆焊史太莱合金等。对硬密封切断阀,为提高密封面可靠性,应选用耐磨合金。当密封要求十分严格时,应选用软密封(四氟、橡胶)。

③ 温度 当介质温度 <-60℃ 时,选用铜或 1Cr18Ni9Ti。温度在 450~600℃ 时,选用钛或钼不锈钢。当介质温度 >600℃ 时,应选用耐高温高强度合金。

5 阀盖与阀杆密封

通常情况下,介质温度 <200℃ 时,阀杆密封选用 V 形四氟填料,普通型阀盖。介质温度 <450℃ 时,阀杆密封选用 V 形四氟填料,但必须是散热阀盖。对直行程类阀,若带有定位器附件时,对介质温度 ≤450℃ 高温阀,仍可选用普通型阀盖,但阀杆密封必须选用石墨填料。介质温度 >400℃ 时,需选用散热型阀盖,阀杆密封为石墨填料。为增加阀杆密封的可靠性,可选用双层填料结构。

6 定位器

在如下情况应选用定位器:

  1. 电动仪表控制气动阀,且为慢速响应系统时。
  2. 需要提高薄膜执行机构输出力的场合。
  3. 缓慢过程需要提高调节阀响应速度的场合,如温度、液位及分析等参数。
  4. 需要克服摩擦力,减小过大的回差造成调节品质差的场合,如低温或采用柔性石墨填料的调节阀。
  5. 调节器比例带很宽,但又要求阀小信号有响应时,采用无弹簧执行机构调节的系统。带定位器适用的阀,通常选用 20~100kPa 的弹簧,但为了提高输出力,可选用气源压力 PS=250kPa。对气开阀可选用 60~180kPa 的弹簧,以增加起点执行机构的输出力。对气闭阀可选用 20~100kPa 的弹簧,以增加关闭时执行机构输出力。

7 安装

① 一般要求 调节阀应垂直立式安装在水平管道上,公称通径 DN≥50mm 的调节阀,其阀前后管道上应有永久性支架。阀门的安装位置应方便操作维修,必要时应设置平台,上、下部分还应留有足够的空间,以便在维修时取下执行机构和阀内件,以及阀的下法兰和堵盖。当调节阀安装在振动场合时,应考虑防振措施。未安装阀门定位器的调节阀,膜头上最好安装指示控制信号的小型压力表。调节阀应先检查校验,并在管道吹扫后安装,其连接形式应符合制造厂产品说明书的规定。

② 安全性 阀门在操作的各个环节中(即安装、试验、操作和维修),应首先注意人员和设备的安全性。由于阀门切断后,其压力还可保持一段时间,因此应有降压的安全措施,如安装放空阀或排放阀。对液体介质,应安装一个能够限制流量的放空阀,以防过快打开放空阀时水击所造成的危害。对蒸汽管线,在接近调节阀的上下两端应当保温。压力波动严重的地方,应安装管线缓冲器。

③ 配管 调节阀配管通径尽量与阀通径一致,其入口直管段长度 >10 倍管道通径,出口直管段应为 3~5 倍管道通径。阀门进出口取压点的位置为阀前 2 倍管道通径与阀后 3 倍管道通径处。调节阀在管道上必须按流动方向箭头安装,避免过大的安装应力。

④ 手动操作 阀门的安装位置应便于人工操作,并应让操作人员能够看到指示器(如液位计)上显示的参数,还应考虑卸下调节阀手轮机构和定位器等附件的侧面空间。

对大口径和高空安装的调节阀,要考虑到维护时操作人员有卸下连接螺栓的位置和操作人员的工作位置。

⑤ 信号配件 调节阀信号的配管和配线方案应满足调节系统的要求。配管宜采用 <6×1 紫铜管,大膜头调节阀和气动阀宜采用 <8×1 紫铜管。

8 现场检测

调节阀的性能指标很多,除安装前核对产品的检定和测试证明书外,还应在现场对如下项目进行重点检测和调校。

① 基本误差 将 20~100kPa 信号平稳地增大或减小,输入气室(或定位器)内,测量各点所对应的行程值,计算出信号 2 行程关系与理论值之间的各点误差,其最大值即为基本误差。试验点应按信号范围的 0%、25%、50%、75% 和 100% 5 个点进行,测量仪表基本误差应限于被测阀门基本误差限的 1/4。

② 回差与始终点偏差 回差与始终点偏差的检测方法与基本误差检测方法相同。在同一输入信号上测得的正反行程的最大差值即回差。信号上限(始点)处的基本误差即为始点偏差。信号下限(终点)处的基本误差即为终点偏差。

③ 泄漏试验 通常试验介质为常温水,当阀的压差小于 350kPa 时,实验压力按 350kPa 做,当阀的工作压差大于 350kPa 时按允许压差做。实验介质应按规定流向进入阀内,阀出口可直接连通大气或连接出口通大气的低压头损失的测量装置,在确认阀和下游各连接管完全充满介质后,方可测取泄漏量。对主要阀门,还要做强压试验。

④ 附件 对配套定位器的阀,在运输和安装过程中,很容易碰动定位器的反馈板和气源接头。因此,在安装和投运前均应现场调试。

9 现场维护

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维修工作。对于使用在高压差和腐蚀性介质场合的调节阀,阀体内壁和隔膜经常受到介质的冲击和腐蚀,应重点检查耐压及耐腐蚀情况。固定阀座用的螺纹,其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和汽蚀。阀瓣受介质的冲刷和腐蚀最严重,检修时要认真检查阀瓣是否被腐蚀和磨损。在高压差的情况下,阀瓣因汽蚀磨损更严重。检查膜片、O 形圈、聚四氟乙烯填料、密封润滑油脂和其他密封垫是否裂化或老化,配合面是否损坏,必要时应更换。检查附件以保证调节阀正常运行。

10 常见故障处理

调节阀现场常见问题是关不严,打不开,回差大,泄漏大,振动和振荡等。

① 阀瓣关不严 对气闭阀解决办法是增大气源压力或调松弹簧预紧力(即降低气室外起点压力)。对气开阀的解决方法是增大弹簧预紧力,同时增大气源压力。

② 推杆动作迟钝或不动作 检验膜片、滚动膜片和垫片是否老化或破裂引起漏气。

③ 回差大 推杆是否弯曲,填料压盖是否压得太紧,尤其是石墨填料,阀瓣导向是否有伤。解决办法是更换阀杆、填料和强力执行机构,并增大导向间隙。

④ 阀的全行程不够 松开阀杆连接螺母,将阀杆向外旋或向内伸。使全行程偏差值超过允许值,再将螺母并紧。

⑤ 阀小开度稳定性差 现场首先检查是否流向装反了,或阀选得太大。解决办法改流开安装,缩小阀芯尺寸。

⑥ 阀的动作不稳定 定位器故障、输出管线漏气、执行机构刚度小或流体压力变化造成推力不足。解决办法是维修定位器和管线,改用刚度大的执行机构。

⑦ 泄漏量大 检查密封面是否划伤,阀座与阀杆连接螺纹是否松动,阀关闭时压差是否大于执行机构的输出力。解决办法是更换密封面,并紧阀座,更换高输出力的执行机构。

⑧ 急剧振动 当所选阀频率与系统频率相同时,便会发生急剧振动,发生这种现象的几率约 1%。解决办法是更换不同结构的阀。

⑨ 振荡 是由于阀处于小开度工作或流向为流闭型所致。解决办法是避免小开度工作,改流开型工作。

11 结语

随着机组容量的增大及自动化程度的提高,自动控制系统中的调节阀越来越重要。正确选择、使用及维护调节阀,不仅能使自控系统稳定运行,减轻操作人员的劳动强度,而且能有效减少机组运行参数的偏差,提高机组的经济性。


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