調(diào)節(jié)閥的相關(guān)知識既是重點,也是難點。這里就自己的一點工作經(jīng)驗,進行簡要小結(jié)。
根據(jù)驅(qū)動方式的不同,調(diào)節(jié)閥分為電動、氣動、液動。其中液動類沒有接觸過,這里對前面兩類進行小結(jié)。
在直觀感受上,電動調(diào)節(jié)閥和氣動調(diào)節(jié)閥除了驅(qū)動方式不同外,另外一個比較明顯的區(qū)別,我覺得電動閥比氣動閥要缺少一個部件,那就是閥座(體)。我們常常說的川儀ZHB電動閥,稱為電動執(zhí)行機構(gòu)更為恰當些。電動閥中,翻板充當了類似于閥體的功能,直接與管道接觸。而翻板結(jié)構(gòu)簡單,可以自己加工,所以被常常忽略了。
這里以較常見的川儀ZHB型電動執(zhí)行機構(gòu)為例,對電動閥小結(jié)下。
在二軋熱處理1#、2#加熱爐共有48個ZHB閥,一軋均熱爐共有36個ZHB閥。就使用情況看,運行基本平穩(wěn),故障不多。下面是一些小經(jīng)驗:
1)為防止誤操作和異常情況,爐溫不受控,常常對閥進行限位。限位方式主要有機械限位和凸輪限位。由于加熱爐各區(qū)段工藝、翻板、介質(zhì)管道的差異,需要依次調(diào)整。限位的作用在熱處理得到了較好的體現(xiàn)。在機械限位時,需要注意配合行程調(diào)整,稍留有余量,否則,連桿被限位的卡輪擋住,來回震蕩,容易燒壞模塊。在中控DCS系統(tǒng)中,可以以工程師權(quán)限隨時對輸出進行任意限位,比較方便,不過一旦模塊故障、信號干擾,這種方式就會失效;
2)比較常見的故障是連桿、執(zhí)行器轉(zhuǎn)軸的連接方面。在某一開度,當二者共線,形成力矩盲區(qū),閥門無法動作。解決的辦法就是通過重新整定,使上下行程錯過盲區(qū);另外,連桿和轉(zhuǎn)軸通過螺栓連接,螺帽擰得過緊,沒有活動余地,連桿和執(zhí)行器轉(zhuǎn)軸阻力過大,容易卡滯;過松,閥門動作滯后大,同時螺帽容易脫落,連桿松懈,當周圍震動頻繁時更易發(fā)生。在高爐區(qū)曾出現(xiàn)過這種情況,后來加工一個反扣插銷后問題解決。另外,二者不在同一平面,連桿容易扭斷;
3)當拆卸翻板回裝時,要注意面板顯示上下限與實際翻板位置一致,做好記號,同時要注意翻板轉(zhuǎn)動方向。假如原來連桿順時針運轉(zhuǎn),閥門開度增大,方向弄錯,雖然在物理上翻板運轉(zhuǎn)90度即可完成開關(guān)的周期,但是面板整定時,無法進入后續(xù)菜單。解決的辦法是,當發(fā)現(xiàn)反向時,按正確方向標定上下限,然后退出,雖然無法進入后續(xù)菜單的確定項,但是方向已經(jīng)保留。再次進入整定菜單,即可完成。
下面總結(jié)下氣動閥。有以下方面:
一、類型以及各自應(yīng)用場合;
目前國內(nèi)和國際上通常采用的一種分類方法是按結(jié)構(gòu)、原理和作用劃分,調(diào)節(jié)閥總共為9大類,即直通單座調(diào)節(jié)閥、直通雙座調(diào)節(jié)閥、套筒調(diào)節(jié)閥、角形調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥、隔膜閥、蝶閥、球閥和偏心旋轉(zhuǎn)閥。
在《調(diào)節(jié)閥的正確選型及注意事項》一文中,比較詳細地講述了各閥門的性能和應(yīng)用注意事項。
在一些特殊的工況下,需要考慮的有:
1)蒸汽介質(zhì)。要注意高溫高壓(閥體、閥芯、填料材質(zhì))、防噪(結(jié)構(gòu)形式)、最大允許壓差、泄漏量、是否有三斷保護等;
2)煤氣介質(zhì)??紤]口徑大、壓力小、流量大以及煤焦油和渣質(zhì)帶來的阻滯,一般考慮蝶閥閥體和帶氣缸的雙作用執(zhí)行機構(gòu);
3)小管徑、少渣質(zhì)的連鑄二冷水、中包和RH氬氣調(diào)節(jié)中,直通單座調(diào)節(jié)閥即可。
《調(diào)節(jié)閥的工況選型與應(yīng)用中的實例分析》有比較典型的實例說明。
二、閥門的安裝。
A)閥門本身的安裝要求。
此為2#轉(zhuǎn)爐除氧器安裝整改前后的一組對比圖。

原安裝主要問題是:
水平安裝調(diào)節(jié)閥,由于重力作用,推桿閥桿等內(nèi)部組件會發(fā)生偏磨現(xiàn)象,造成泄露,而且不好處理;(在底吹閥門站中,此種安裝甚至造成3套切斷閥閥桿斷裂而整改。)空氣過濾減壓器應(yīng)當垂直安裝,利于雜質(zhì)的排出。
調(diào)節(jié)閥的安裝要求有以下注意點:
(1)調(diào)節(jié)閥屬于現(xiàn)場儀表,環(huán)境溫度應(yīng)在 -25~60℃ 范圍,相對濕度 ≤95%。露天或高溫場合,應(yīng)采取防水、降溫措施。在有震源的地方要遠離振源或增加防振措施。
(2)調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)垂直安裝,特殊情況下可以傾斜,如傾斜角度很大或者閥本身自重太大時對閥應(yīng)增加支承件保護。
(3)安裝調(diào)節(jié)閥的管道一般不要離地面或地板太高,在管道高度大于 2 米時應(yīng)盡量設(shè)置平臺,以利于操作手輪和便于進行維修。
(4)調(diào)節(jié)閥安裝前應(yīng)對管路進行清洗,排除污物和焊渣。安裝后,為保證不使雜質(zhì)殘留在閥體內(nèi),還應(yīng)再次對閥門進行清洗,即通入介質(zhì)時應(yīng)使所有閥門開啟,以免雜質(zhì)卡住。在使用手輪機構(gòu)后,應(yīng)恢復(fù)到原來的空檔位置。
(5)為了使調(diào)節(jié)閥在發(fā)生故障或維修的情況下使生產(chǎn)過程能繼續(xù)進行,調(diào)節(jié)閥應(yīng)加旁通管路。同時還應(yīng)特別注意,調(diào)節(jié)閥的安裝位置是否符合工藝過程的要求。
(6)電動調(diào)節(jié)閥的電氣部分安裝應(yīng)根據(jù)有關(guān)電氣設(shè)備施工要求進行。如是隔爆型產(chǎn)品應(yīng)按規(guī)范要求進行安裝。如現(xiàn)場導線采用 SBH 型或其它六芯或八芯、外徑為 φ11.3mm 左右的膠皮安裝電纜線。在使用維修中,在易爆場所嚴禁通電開蓋維修和對隔爆面進行敲打。同時在拆裝中不要磕傷或劃傷隔爆面,檢修后要還原成原來的隔爆要求狀態(tài)。
B)與其它儀表元件組合,在管道上的安裝順序,可看下文——《典型管道上儀表安裝順序》。此題我曾在海川論壇引出并經(jīng)參考和討論后給出解答。
某管道上要安裝相關(guān)儀表(一次元件)用于檢測控制:
1.壓力(閥前閥后各1)——遠傳式;
2.溫度 ——Pt100;
3.流量(要求溫壓補償)——一次元件為孔板;
4.調(diào)節(jié)閥(要旁通閥) ——氣動單座式;
在直管段緊張的情況下,試畫出儀表PID圖示。并說出理由。
解答:
說明:
在直管段緊張的條件下,以下幾點安裝原則及技巧:
1.差壓式節(jié)流原件在調(diào)節(jié)閥之前;
原因:
1)如果不這樣,則影響流量測量。
在節(jié)流裝置測量流量的理論推導中,理論上有兩個假設(shè),即流體流動是連續(xù)的,并且流體流動過程中遵守能量守恒定律。故孔板不能安裝在氣液兩相并存的地方,以免增大測量誤差,有的液體(如液化烴)經(jīng)調(diào)節(jié)閥降壓后,有時會有部分汽化,形成兩相共存;
調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)的過程導致流體頻繁波動,壓力也隨之波動,影響孔板測量;孔板安裝在調(diào)節(jié)閥后,離調(diào)節(jié)閥過近是不行的,調(diào)節(jié)閥頻繁動作會造成介質(zhì)的波動,調(diào)節(jié)閥作為安裝在管道上的設(shè)備,而且閥門也有自身的流量特性,多少都對流體的流束特性是有一定影響的,比如壓力,孔板就是以測量差壓為測量原理的,這樣至少會造成流量計的頻繁波動,或者以至于導致較大的測量誤差
2)如果不這樣,則會改變閥門的調(diào)節(jié)特性,影響控制作用。節(jié)流孔板本身是限流元件,會把壓力限制在孔板的前面,如果緊挨著閥門的出口安裝,這樣會使閥門出口壓力升高,這樣在閥必然會使閥門前后壓差改變,閥門設(shè)計時,閥門的前后壓差是一項重要的制造參數(shù),這樣會改變閥門的調(diào)節(jié)特性。
3)如果不這樣,則會使調(diào)節(jié)反饋作用滯后。
2.壓力在溫度之前;
原因:溫度一次原件為擾流件(插入深度要求過中心線及2/3處),影響壓力測量(壓力安裝要管道內(nèi)壁光滑無突出)。
3.流量要溫壓補償?shù)?,壓力取閥前壓力,不能取閥后壓力。
原因:閥后壓力自然不可。
三、閥門定位器的調(diào)校;
這里總結(jié)下閥門定位器的調(diào)校。(引用海川技術(shù)討論者denghl的系統(tǒng)講解~)
對于機械式直行程定位器,先調(diào)校保證50%的閥位定位器,反饋桿處于水平位置,與閥桿垂直,這樣保證閥門線性度和全行程,反饋值在定位器凸輪的有效區(qū)域內(nèi)。
接下來調(diào)整零位和量程。以氣開閥為例:
(1)調(diào)零。輸入4mA,調(diào)整零點旋鈕至合適位置;調(diào)零至什么程度?——閥門即將開但還沒開;
(2)調(diào)量程。輸入20mA,調(diào)整量程旋鈕至合適位置。調(diào)量程到什么位置合適?——需要根據(jù)實際把握。量程調(diào)整后,零點也會變化,所以要再返回調(diào)零。直到輸入20mA后,閥門在100%位置,定位器調(diào)校的過程才算結(jié)束。
在2)中把握不好,需要循環(huán)調(diào)整的次數(shù)就增多。
調(diào)好后,再分別輸入8mA、12mA、16mA,觀察閥門的線性即可。
對于智能式閥門定位器,都具有自整定功能,只需要對照說明通過按鍵或用手操器,按照步驟進行就可以了。
四、氣路分析以及連鎖保護;
常規(guī)調(diào)節(jié)閥氣路比較簡單,在有三斷保護的氣路中,就顯得比較負責。雖然各自閥門由于各型號和采用的氣路元件不同,但基本原理是相通的。在《轉(zhuǎn)爐復(fù)雜調(diào)節(jié)閥氣路分析》中,曾根據(jù)現(xiàn)場實物進行了系統(tǒng)的分析,更系統(tǒng)的分析方案可參閱張德慶的《控制閥的(三斷)保護方案及分析》。該文比較系統(tǒng)的講述了五種保護方案。
五、氣開氣關(guān)與正反作用;
關(guān)于閥門:
正作用,氣從膜頭上部進,有氣時閥桿向下移動;
反作用:氣從膜頭下部進,有氣時閥桿下上移動。
---------------------注:這個概念與定位器密切相關(guān),其它意義不大
正裝:閥桿向下移動時,流通面積減?。ㄩy門關(guān))
反裝:閥桿向下移動時,流通面積增大(閥門開)
---------------------注:這個概念意義不大,只是對拆裝閥門有指導意義,正裝閥芯在閥座的上部(工作中最常見),反裝閥芯在閥座的下部(逐漸變得罕見了)
氣開:作用于執(zhí)行機構(gòu)的氣源壓力增大時,閥門逐漸打開
氣關(guān):作用于執(zhí)行機構(gòu)的氣源壓力增大時,閥門逐漸關(guān)閉
---------------------注:這個概念就太重要的了,不僅跟DCS輸出電流的方向有關(guān),還與安全密切相關(guān)。氣開,沒氣就關(guān),也即故障關(guān)Fail Close,簡稱FC(非Flow Control);氣關(guān),沒氣就開,也即故障開Fail Open,簡稱FO(非Flow Orifice孔板)
流開:介質(zhì)流動方向與閥門打開(從關(guān)往開)的方向一致
流閉:介質(zhì)流動方向與閥門打開(從關(guān)往開)的方向相反
---------------------注:這個概念也不要緊,按閥體上的箭頭方向安裝就結(jié)了
關(guān)于定位器:
正/反作用:與執(zhí)行機構(gòu)的正/反作用匹配。如果調(diào)試時設(shè)置反了,整臺閥門就不能形成負反饋回路,閥門因此要么全開,要么全關(guān)。
關(guān)于調(diào)節(jié)器:
正作用:偏差越大(測量值-設(shè)定值),輸出越大
反作用:偏差越大(測量值-設(shè)定值),輸出越小
正向輸出:0%輸出4mA,100%輸出20mA。對應(yīng)氣開閥
反向輸出:0%輸出20mA,100%輸出4mA。對應(yīng)氣關(guān)閥
六、綜合分析。
調(diào)節(jié)閥的最終目地是通過動力操作去改變流體流量,通過調(diào)節(jié)流量來實現(xiàn)介質(zhì)的壓力、液位或流量的改變,達到控制的目的。
所以閥用的好壞,涉及到很多方面:
一是制造廠家的質(zhì)量;
二是閥門選型是否正確,這同時需要工藝提供準確地實際參數(shù);
三是控制理論控制方案的可行性,包括PID參數(shù)的設(shè)定、調(diào)節(jié)器的正反作用、控制的理論依據(jù);
四是閥門安裝是否規(guī)范。包括閥本身的安裝要求以及和其他元件組合安裝;
五是其他儀表提供的控制參數(shù)是否正常。比如一臺流量調(diào)節(jié)閥,由于流量孔板導壓管堵住了,不能反映真實的流量,流量控制閥自然也不能正常工作(自動狀態(tài));
六是日常維護是否到位。氣動閥氣源排污、閥體的清潔保養(yǎng)等。