化工生產(chǎn)中偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用改進(jìn)

摘 要：針對(duì)聯(lián)鎖控制回路中偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥響應(yīng)速度慢、基本誤差大的問(wèn)題，根據(jù)電磁閥、定位器的原理，通過(guò)調(diào)整其結(jié)構(gòu)布局，改變氣體路線，使定位器輸出的氣壓信號(hào)更直接作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。經(jīng)優(yōu)化后，調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)速度和基本誤差兩項(xiàng)指標(biāo)得到了很大的改善，達(dá)到了預(yù)期效果。應(yīng)用實(shí)踐表明，改進(jìn)后的回路能滿足高精度、高靈敏度的生產(chǎn)場(chǎng)合，證明了該改造的有效性和工程實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)閥 電磁閥 定位器 響應(yīng)速度 基本誤差 聯(lián)鎖回路

中圖分類(lèi)號(hào)：TP214 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（a）-0118-02

目前，國(guó)內(nèi)許多化工生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)出氯化氫、氫氣等物質(zhì)，這些都是易燃易爆、有毒有害的物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏或遇明火均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。這就要求工藝管道上所使用的調(diào)節(jié)閥具有響應(yīng)速度快、基本誤差小的特點(diǎn)，并且在發(fā)生危險(xiǎn)的情況下，以聯(lián)鎖的方式通過(guò)附加的電磁閥切斷調(diào)節(jié)閥氣源，迅速完成調(diào)節(jié)閥的啟閉動(dòng)作。為保證安全生產(chǎn)，保護(hù)企業(yè)財(cái)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，在重要的工藝管道上，選用品質(zhì)好的調(diào)節(jié)閥控制工藝介質(zhì)流量、溫度、壓力和液位等參數(shù)。此調(diào)節(jié)閥集成偏心旋轉(zhuǎn)閥、先導(dǎo)式二位三通電磁閥、智能控制定位器。

1 偏心旋轉(zhuǎn)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的原理和特點(diǎn)

偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的工作原理就是閥座上坐落有一個(gè)偏心轉(zhuǎn)動(dòng)的扇形球閥，利用偏心球冠與閥座的相對(duì)位置來(lái)控制工藝管道中的介質(zhì)。當(dāng)打開(kāi)時(shí)，偏心球冠相對(duì)于閥座轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，球芯脫離閥座，工藝介質(zhì)通過(guò)偏心球冠與閥座之間的空隙，空隙的大小由調(diào)節(jié)閥氣缸的氣源信號(hào)來(lái)控制；同理當(dāng)關(guān)閉時(shí)，氣缸內(nèi)的氣源信號(hào)使偏心球冠逐步靠近閥座，直至使偏心球冠對(duì)閥座相切產(chǎn)生一定壓緊力而關(guān)緊調(diào)節(jié)閥[1]。

偏心旋轉(zhuǎn)閥的特點(diǎn)如下。

（1）球面壓緊閥座，容易把結(jié)晶結(jié)巴物破壞，適用于易結(jié)晶、結(jié)巴等存在介質(zhì)的場(chǎng)合中。

（2）流路簡(jiǎn)單，kV值大，自潔性能好。

（3）體積小，重量輕。

該調(diào)節(jié)閥采用SVI-Ⅱ單作用智能定位器，它的電/氣轉(zhuǎn)換器將接收的4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為20～100 kPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)p去推動(dòng)閥門(mén)，閥門(mén)的位移負(fù)反饋到定位器（輸入端），和輸入信號(hào)進(jìn)行比較調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)閥能按輸入信號(hào)精確的確定開(kāi)度[2]。閥門(mén)定位器原理如（圖1）所示。

2 先導(dǎo)式電磁閥特點(diǎn)

先導(dǎo)式二位三通電磁閥主要由導(dǎo)閥和主閥組成，其特點(diǎn)是大通徑，大流量，能用于控制大型機(jī)構(gòu)，快速關(guān)閉大型控制閥，彈性體閥座，密閉性好。功率消耗低、通徑較大，而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方向任意，但只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場(chǎng)合。通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開(kāi)，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周?chē)纬缮系拖赂叩膲翰?，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門(mén)打開(kāi)；斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過(guò)旁通孔迅速腔室在關(guān)閥件周?chē)纬上碌蜕细叩膲翰睿黧w壓力推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門(mén)[3]。

特點(diǎn)：流體壓力范圍上限較高，可任意安裝（需定制）但必須滿足流體壓差條件（圖2）。

3 調(diào)節(jié)閥改造前

改造前，35-35121調(diào)節(jié)閥的控制回路如下：控制調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的氣源經(jīng)過(guò)過(guò)濾減壓閥給定位器供氣，氣源壓力設(shè)定在0.3MPa，定位器為單輸出、正作用的定位器，當(dāng)定位器的輸入信號(hào)增加時(shí)，輸出氣源壓力增加，再經(jīng)過(guò)電磁閥后進(jìn)入偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的右氣缸，右氣缸的壓力增加推動(dòng)活塞向左移動(dòng)使閥門(mén)開(kāi)度增大。相反地，當(dāng)定位器輸入電流信號(hào)減小時(shí)，輸出的氣源壓力減小，經(jīng)電磁閥后進(jìn)入偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥右氣缸的壓力亦減小，彈簧作用下，活塞向右移動(dòng)使閥門(mén)開(kāi)度變小[4]。調(diào)節(jié)閥氣源通路如（圖3）所示。

在這種情況下，此偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行過(guò)程中暴露了一些缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)以下幾點(diǎn)。

缺點(diǎn)一：閥響應(yīng)速度慢，特別是調(diào)節(jié)開(kāi)度從大到小時(shí)表現(xiàn)最為明顯。例如：當(dāng)正作用閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，給一個(gè)全關(guān)信號(hào)，閥門(mén)關(guān)至40%～30%的開(kāi)度后，約30 s才繼續(xù)緩慢關(guān)至10%～0。

缺點(diǎn)二：誤差較大。當(dāng)閥門(mén)處于全關(guān)狀態(tài)時(shí)，輸入信號(hào)為20 mA信號(hào)，閥門(mén)理論開(kāi)度為100%，而實(shí)際開(kāi)度只有68%。

缺點(diǎn)三：閥門(mén)內(nèi)漏嚴(yán)重。

這對(duì)存在易燃易爆、有毒有害的氫氣、氯化氫等介質(zhì)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜的化工行業(yè)中，要求閥門(mén)動(dòng)作靈敏、控制準(zhǔn)確的特性相背離，從而給化工裝置的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

4 原因分析

該閥門(mén)的氣缸，一側(cè)采用單輸出閥門(mén)定位器驅(qū)動(dòng)，另一側(cè)靠彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡。閥門(mén)定位器輸出的氣壓信號(hào)需經(jīng)過(guò)電磁閥，才能作用在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。調(diào)節(jié)閥、定位器均為正作用。由于先導(dǎo)式電磁閥只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場(chǎng)合，見(jiàn)（圖2），在調(diào)節(jié)閥從大開(kāi)度到小開(kāi)度過(guò)程中，根據(jù)定位器計(jì)算結(jié)果，定位器到氣缸的壓力變小，即P口壓力變小，先導(dǎo)控制口8壓力相應(yīng)變小，則活塞向上的受力減小，在彈簧作用下，活塞向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)電磁閥閥芯向下，A口、P口開(kāi)度變小，氣體流動(dòng)變慢，隨著壓力下降，電磁閥閥芯不斷向下，通氣速度不斷下降，這樣，就需要長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)節(jié)才到達(dá)定位器設(shè)定的壓力。所以，當(dāng)開(kāi)度關(guān)至40%～ 30%的開(kāi)度后，排氣困難，需要約30s才繼續(xù)排氣使閥門(mén)緩慢關(guān)至10%～0。

當(dāng)閥門(mén)在從小開(kāi)度到大開(kāi)度過(guò)程中，根據(jù)定位器計(jì)算結(jié)果，氣信號(hào)經(jīng)過(guò)電磁閥被削弱，氣體被迫縮徑后徑，擾亂了定位器的固有計(jì)算方式，造成閥門(mén)動(dòng)作誤差大。

當(dāng)輸入信號(hào)為4 mA時(shí)，閥門(mén)實(shí)際不能全關(guān)，導(dǎo)致工藝管道仍有物料經(jīng)過(guò)，所以內(nèi)漏嚴(yán)重。

5 調(diào)節(jié)閥優(yōu)化方案

由于閥門(mén)的動(dòng)作由定位器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，在改進(jìn)過(guò)程中，縮短定位器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的距離，將定位器改裝在先導(dǎo)式電磁閥之后。此時(shí)電磁閥的驅(qū)動(dòng)氣由氣源直接供給，壓力不再受定位器的影響。

正常情況下，電磁閥得電，處于打開(kāi)狀態(tài)，給定位器4～20 mA的信號(hào)時(shí)，定位器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為氣壓信號(hào)直接作用在偏心旋轉(zhuǎn)閥，此時(shí)氣體不需要再經(jīng)過(guò)電磁閥，即不需要經(jīng)過(guò)電磁閥閥芯快速的進(jìn)入氣缸，推動(dòng)活塞帶動(dòng)連接桿，驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)。位移負(fù)反饋至定位器，精確計(jì)算，和輸入信號(hào)進(jìn)行比較調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)閥能按輸入信號(hào)精確地確定開(kāi)度。

當(dāng)工藝發(fā)生異常情況時(shí)，聯(lián)鎖回路中的流量/溫度/壓力變送器測(cè)量值超過(guò)正常值范圍時(shí)，電磁閥失電，立刻關(guān)閉，通過(guò)定位器立刻關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，達(dá)到了連鎖控制要求，保障了安全生產(chǎn)。調(diào)節(jié)閥優(yōu)化方案圖如（圖4）所示。

該調(diào)節(jié)閥優(yōu)化后，調(diào)節(jié)閥的行程時(shí)間（全開(kāi)行程時(shí)間和全關(guān)行程時(shí)間）、基本誤差、回差、連鎖開(kāi)關(guān)時(shí)間。改進(jìn)前后指標(biāo)如（表1）所示。

運(yùn)行結(jié)果表明，偏心旋轉(zhuǎn)閥的性能與原先相比具有精度高，響應(yīng)速度快，而且輸出功率更大，維護(hù)也更方便，在供氣壓力相同時(shí)，驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的氣壓更大，氣量更多。優(yōu)化后，閥門(mén)不能全關(guān)的現(xiàn)象得到解決。由于定位器輸出力的增加，閥門(mén)內(nèi)漏情況明顯好轉(zhuǎn)。

6 結(jié)論

經(jīng)過(guò)改進(jìn)的偏心旋轉(zhuǎn)閥，控制精度高，響應(yīng)速度快，聯(lián)鎖動(dòng)作快，大大減少了維護(hù)工作量，更符合化工生產(chǎn)的對(duì)閥門(mén)控制品質(zhì)的要求，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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