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調節閥的維護和應用中技術問題探討
 

在自動化程度較高的煉油化工控制系統中,調節閥作為自動調節系統的終端執行裝置,接受控制信號實現對煉油化工流程的調節。作為最終控制過程介質各項質量及安全生產指標的調節閥,它在穩定生產、優化控制、維護及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。以煉油化工廠為例,隨著裝置高負荷運行,調節閥的卡堵、腐蝕、沖刷、磨損、振動、內漏等問題不斷發生,從而導致調節閥的使用壽命縮短、工作可靠性下降、進而引起工藝系統和裝置的生產效率下降。因此,在原始施工中選擇和安裝好調節閥及日后維護好調節閥,使調節閥在一個高水平狀態下運行將是一個很關鍵的問題。結合實際工程施工和日常維護談幾點個人的看法,供大家叁考。

    1調節閥的選型和安裝

    選擇調節閥時,首先要收集完整的工藝流體的物理特性參數與調節閥的工作條件,主要流體的成份、溫度、密度、粘度、正常流量、最大流量、最小流量、最大流量與最小流量下的進出口壓力、最大壓差等。而在技術方面主要掌握和確定調節閥本身的結構、流量特性、額定流量系數Kv值、口徑大小、工藝允許壓差計算及執行機構的選擇、材料和安裝等方面的內容。選擇和安裝調節閥時一般應遵循的原則有如下幾點。

    1.1調節閥的選型

    1.1.1調節閥的結構型式:應能滿足介質溫度、壓力、流動性、流向、調節范圍以及嚴密性的要求。

    1.1.2調節閥的流量特性:應能滿足系統特性進行合理的補償。

    調節閥的流量特性是指介質流過閥的相對流量與閥桿相對位移間的關系,(1)數學表達式如下:

    Q/Qmax=f(l/L)(1)

    式中Q/Qmax為相對流量,為調節閥在某一開度時流量Q與全開流量Qmax之比;l/L為相對位移,調節閥在某一開度時閥芯位移l與全開位移L之比。

    選擇的總體原則是調節閥的流量特性應與調節對象特性及調節器特性相反,這樣可使調節系統的綜合特性接近于線性。選擇流量特性通常在工藝系統要求下進行,但是還要考慮下述實際情況。

1)直線性流量特性適用范圍:①差壓變化小,幾乎恒定;②工藝流程的主要參數的變化呈線性;③系統壓力損失大部分分配在調節閥上(改變開度,閥上差壓變化相對較小);④外部干擾小,給定值變化小,可調范圍要求小。

    2)等百分比特性適用范圍:①實際可調范圍大;②開度變化,閥上差壓變化相對較大;③管道系統壓力損失大;④工藝系統負荷大幅度波動;⑤調節閥經常在小開度下運行。

    3)除了以上兩種常用的流量特性之外,還有拋物線特性和快開特性等其他流量特性的調節閥。

    1.1.3調節閥的口徑:應能滿足工藝上對流量的要求。

    根據已知的流體條件,計算出必要的Kv值,選取合適的調節閥口徑。

    1.1.4調節閥的材料:應能滿足介質的溫度、壓力、壓差、腐蝕性的要求。

    (1)流體的壓力和溫度對材料的影響。

    (2)流體腐蝕性對材料的影響。

    (3)流體的空化現象或泥漿流體對材料的影響。

    (4)從結構上考慮,材料組配是否有問題。

    1.1.5調節閥執行機構輸出力:應能滿足現場使用壓差的要求,其剛度應滿足系統穩定的要求;開關型式應滿足系統安全運行的要求。

    1.1.6調節閥在選擇時,同時要考慮在特殊情況下,通過閥門定位器、電磁閥、限位開關等輔助裝置使閥門應滿足運作時間、分程控制等要求。

    1.2調節閥的安裝

    1.2.1在新安裝的調節閥投運和大修投運初期,要注意工藝管道吹掃時采取隔離或拆除措施,以防止由于管道內焊渣、鐵銹等在節流口、導向部位造成堵塞使介質流通不暢,調節閥檢修中填料過緊,造成摩擦力增大,導致小信號不動作大信號動作過頭的現象。

1.2.2在安裝調節閥時要注意調節閥的氣開和氣關,以防止由于閥桿長短不適,造成閥內漏。氣開閥閥桿太長和氣關閥閥桿太短,容易造成閥芯和閥座之間有空隙,不能充分接觸,導致關不嚴而內漏。

    1.2.3為防止氣蝕,在原始選型和安裝時應注意以下幾點:

    (1)盡量將調節閥安裝在系統的最低位置處,這樣可以相對提高調節閥入口P1和出口P2的壓力。

    (2)在調節閥的上游或下游安裝一個截止閥或者節流孔板來改變調節閥原有的安裝壓降特性(這種方法一般對于小流量情況比較有效)。

    (3)用專門的反氣蝕內件也可以有效地防止閃蒸或氣蝕,它可以改變流體在調節閥內的流速變化,從而增加了內部壓力。

    (4)盡量選用材質較硬的調節閥,因為在發生氣蝕時,對于這樣的調節閥,它有一定的抗沖蝕性和耐磨性,可以在一定的條件下讓氣蝕存在,并且不會損壞調節閥的內件。相反,對于軟性材質的調節閥,由于它的抗沖蝕性和耐磨性較差,當發生氣蝕時,調節閥的內部構件很快就會被磨損,因而無法在有氣蝕的情況下正常工作。

    1.2.4調節閥一般應直立安裝,如需傾斜則應加以支撐。

    1.2.5介質流向必須與閥體箭頭一致。

    1.2.6調節閥的安裝位置應便于觀察、操作和維護。

    1.2.7執行機構的信號管營有足夠的伸縮余度,不應妨礙執行機構的動作。

    2影響調節閥安全運行的因素及對策

    2.1調節閥內漏

    2.1.1閥內漏,閥桿長短不適。

閥內漏的原因:氣開閥,閥桿太長和氣關閥閥桿太短,閥桿向上的(或向下)的距離不夠,造成閥芯和閥座之間有空隙,不能充分接觸,導致關不嚴而內漏。

    解決對策:應縮短(或延長)調節閥閥桿使閥桿長度合適,使其不再內漏。

    (1)填料泄漏

    填料泄漏的原因:①填料裝入填料函以后,經壓蓋對其施加軸向壓力。由于填料的塑性,使其產生徑向力,并與閥桿緊密接觸,但這種接觸并不是非常均勻的。有些部位接觸的松,有些部位接觸的緊,甚至有些部位沒有接觸上;②調節閥在使用過程中,閥桿同填料之間存在著相對運動,隨著高溫、高壓和滲透性強的流體介質的影響,調節閥填料函也是發生泄漏現象較多的部位;③造成填料泄漏的主要原因是界面泄漏,對于紡織填料還會出現滲漏(壓力介質沿著填料纖維之間的微小縫隙向外泄漏);④閥桿與填料間的界面泄漏是由于填料接觸壓力的逐漸衰減,填料自身老化等原因引起的,這時壓力介質就會沿著填料與閥桿之間的接觸間隙向外泄漏。

    解決對策:①為使填料裝入方便,在填料函頂端倒角,在填料函底部放置耐沖蝕的間隙較小的金屬?;せ?與填料的接觸面不能為斜面),以防止填料被介質壓力推出;②填料函各部位與填料接觸部分的金屬表面要精加工,以提高表面光潔度,減少填料磨損;③填料選用柔性石墨,因其具有氣密性好,摩擦力小,長期使用后變化小,磨損的燒損小,維修容易,壓蓋螺栓重新擰緊后摩擦力不發生變化的特點。通過以上幾點可保證填料密封的可靠性和長期性。

    (2)調節閥閥芯、閥座變形泄漏

    閥芯、閥座泄漏的主要原因是由于調節閥生產過程中的鑄造或鍛造缺陷可導致腐蝕的加強。而腐蝕介質的通過,流體介質的沖刷也可造成調節閥的泄漏。腐蝕主要以侵蝕或氣蝕的形式存在。當腐蝕性介質在通過調節閥時,便會產生對閥芯、閥座材料的侵蝕和沖擊使閥芯、閥座成橢圓形或其他形狀,隨著時間的推移,導致閥芯、閥座不配套,存在間隙,關不嚴發生泄漏。

    解決對策:關鍵把好閥芯、閥座的材質的選型關、質量關。選擇耐腐蝕材料,對麻點、沙眼等缺陷的產品堅決剔除。若閥芯、閥座變形不太嚴重,可經過細砂紙研磨,消除痕跡,提高密封光潔度,以提高密封性能。若損壞嚴重,則應重新更換新閥。

2.2調節閥磨損故障

    閥體或閥內部件磨蝕。

    磨蝕的主要原因:液體速度太高,液體中有顆??沾蟶琳?。

    解決對策:增大閥內件或閥門尺寸,以降低流體速度;閥體改流向性結構,以減少流體的撞擊;閥體、閥內件材料增加硬度;改變閥內件結構,以降低流速;避免空帶作用,改用低壓恢復閥門;用不銹鋼材料焊接處理。

    2.3振蕩

    振蕩的原因:①調節閥的彈簧剛度不足,電動調節閥輸出信號不穩定而急劇變動易引起調節閥振蕩;②管道、基座劇烈振動,使調節閥隨之振動;③選型不當,調節閥工作在小開度存在著急劇的流阻、流速、壓力的變化,當超過閥剛度,穩定性變差,嚴重時產生振蕩。

    解決對策:由于產生振蕩的原因是多方面的,因此具體問題具體分析。對振動輕微的振動,可增加剛度來消除。①如選用大剛度彈簧,改用活塞執行結構;②管道、基座劇烈震動通過增加支撐消除振動干擾;③工作在小開度造成的振蕩,則是選型不當流通能力Kv值選大,必須重新選型流通能力Kv值較小的或采用分程控制來解決。

    2.4閥門定位器故障

    普通定位器采用機械式力平衡原理工作,即噴嘴擋板技術,主要存在以下故障類型:

    2.4.1因采用機械式力平衡原理工作,其可動部件較多,容易受溫度,振動的影響,造成調節閥的波動。

    2.4.2采用噴嘴擋板技術,由于噴嘴孔很小,易被灰塵或不干凈的氣源堵住,定位器不能正常工作。

    2.4.3采用力的平衡原理,彈簧的彈性系數在惡劣現場下發生改變,造成調節閥非線性導致控制質量下降。

2.4.4由于電器接口密封不嚴,水自穿線管流進定位器,造成線圈短路或斷路,定位器不能正常工作。

    解決對策:安裝時將定位器固定牢,電器接口密封嚴,提高凈化風質量,定期對凈化風排污;

    2.5調節閥卡堵

    卡堵的原因:在新投運系統和大修投運初期,由于管道內焊渣、鐵銹等在節流口、導向部位造成堵塞使介質流通不暢,或調節閥檢修中填料過緊,造成摩擦力增大,導致小信號不動作大信號動作過頭的現象。

    解決對策:可迅速開、關副線或調節閥,讓臟物從副線或調節閥處被介質沖跑。另一辦法用管鉗夾緊閥桿,在外加信號壓力情況下,正反用力旋動閥桿,讓閥芯閃過卡處。若不能則增加氣源壓力增加驅動功率反復上下移動幾次,即可解決問題。如若仍不動作,則需解體處理。

    2.6調節閥動作故障

    2.6.1閥門沒有動作。

    產生的原因:沒有氣源或氣源壓力不足;執行機構故障泄露;調節閥無輸出信號;供氣管斷裂、變形、接頭損壞漏氣;流動方向不正確,帶力過大、使閥門脫落、脫桿;高溫部位閥內件卡死,損壞。

    解決對策:檢查氣源,解體檢查閥門、重新配置軸和軸套的間隙,重新校正方向,進行修理。

    閥門不能達到額定行程。

    產生原因:定位器沒有校準,行程調整不當;執行機構彈簧額定值太??;手動機構限位位置不準。

    解決對策:校準定位器,重新更換彈簧。

    閥門動作遲緩或緩慢。

    產生原因:填料摩擦大、變質老化;活塞執行機構摩擦過大;軸承摩擦力大。

    解決對策:更換修理、重新調整損壞件或清洗研磨氣缸及活塞。

    4結論

    調節閥的選型和應用是一個專業性強、涉及的技術領域廣的系統工作,要做好這個工作,不僅要在選型和安裝上把好關,而且要結合實際使用經驗來綜合分析判斷,做到理論和實踐科學地結合起來。采取適當的處理、改進辦法,掌握其性能,提高維護水平,將大大降低儀表故障率,對流程工藝的生產效率和經濟效益的提高以及能源消耗的降低都有著重要作用,可有效提高調節系統的質量,從而確保生產裝置長周期運行。  

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