氣動薄膜調節(jié)閥作用形式改造分析

　，，，，

(青海發(fā)投堿業(yè)有限公司，青海 德令哈　817099)

1　氣動薄膜調節(jié)閥簡介

氣動薄膜調節(jié)閥由執(zhí)行機構和閥體兩部分組成，其結構形式和工作原理如圖1所示。執(zhí)行機構主要由氣室、膜片、推力盤、彈簧、推桿、調節(jié)螺母等組成。執(zhí)行機構是調節(jié)閥的推動裝置，根據(jù)壓力信號的大小產(chǎn)生相應的推力，通過推桿帶動閥桿產(chǎn)生相應的位移，從而帶動調節(jié)閥的閥芯動作，改變閥的開度。氣動執(zhí)行機構有正作用和反作用兩種形式。當信號壓力增加時推桿向下動作的叫正作用式執(zhí)行機構；信號壓力增加時推桿向上動作的叫反作用式執(zhí)行機構。

圖1　氣動調節(jié)閥

閥體部分主要由閥位標尺、閥桿、閥芯、閥座、填料函、閥體、閥蓋和支架等組成。閥體直接與介質接觸，由閥芯的動作來改變截流面積，達到調節(jié)作用。

氣動薄膜調節(jié)閥因其具有結構簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推力大、本質防爆、價格低廉、維修方便等優(yōu)點，被廣泛地應用在化工、石油、冶金等行業(yè)中。它接受調節(jié)系統(tǒng)發(fā)出的控制信號，按信號要求精準動作，改變調節(jié)參數(shù)，把被調參數(shù)控制在所要求的范圍內(nèi)，從而達到生產(chǎn)過程自動化。

在生產(chǎn)現(xiàn)場，調節(jié)閥直接控制工藝介質，尤其是高溫、高壓、強腐蝕、有毒、有害、易燃、易爆、易滲透、易結晶、高粘度等介質情況下，若選擇或使用不當，往往會對生產(chǎn)過程自動化帶來困難，導致調節(jié)質量下降，甚至造成嚴重的生產(chǎn)事故。因此，對調節(jié)閥的正確選用、安裝和維護等環(huán)節(jié)十分重要。

合理選擇調節(jié)閥的作用形式，閥體、閥內(nèi)件的結構形式和材質，是提高調節(jié)品質和延長調節(jié)閥使用壽命的關鍵。為此，調節(jié)閥的選型一般要考慮以下幾個方面：

1)根據(jù)工藝條件，選擇合適的調節(jié)閥結構和類型；

2)根據(jù)工藝對象特征，選擇合適的流量特性；

3)根據(jù)工藝參數(shù)，選擇合適的調節(jié)閥口徑；

4)根據(jù)閥桿所受不平衡力的大小，選擇足夠推力的執(zhí)行機構；

5)根據(jù)工藝過程的要求，選擇合適的調節(jié)閥輔助裝置。

2　技術改造項目概述

青海發(fā)投堿業(yè)有限公司重堿車間碳化工段原始設計15臺碳化塔，一期填平補齊項目增加3臺碳化塔，配套三段氣(清洗氣、中段氣、下段氣)流量調節(jié)閥共計9臺。調節(jié)閥選型為氣開閥，其所控制氣體介質由壓縮機送入碳化塔。因為氣動調節(jié)閥選型原因，導致調節(jié)閥在故障狀態(tài)時會對生產(chǎn)造成極大的不安全隱患，威脅到生產(chǎn)安全、設備安全，甚至于人身安全。通過對氣動調節(jié)閥實施技術改造，保障了生產(chǎn)安全，減少了調節(jié)閥故障，降低了儀表設備故障率。對穩(wěn)定生產(chǎn)、降低成本、提高效益起到了積極的作用。

2.1　設備狀況簡介

氣動調節(jié)閥為套筒閥，配反作用氣動薄膜執(zhí)行機構，調節(jié)閥整體作用形式為氣開。其具體設備數(shù)據(jù)如表1。

表1　碳化塔三段氣氣動調節(jié)閥設備數(shù)據(jù)

2.2　調節(jié)閥運行分析

氣動調節(jié)閥執(zhí)行機構作用形式為反作用，調節(jié)閥整體作用形式為氣開，其執(zhí)行機構結構如圖2(b)、工作原理如圖3(b)所示。氣壓信號由膜室下腔接入，當調節(jié)閥失去控制信號或氣源壓力時，閥芯在執(zhí)行機構彈簧的作用下處于關閉狀態(tài)。在實際運行當中，若調節(jié)閥控制信號中斷或儀表壓縮空氣故障，將會使調節(jié)閥處于關閉狀態(tài)不能打開，導致壓縮機出口憋壓以致超壓跳車發(fā)生事故。從保護生產(chǎn)的原則來看，調節(jié)閥屬于選型不當。因為這種儀表設備選型缺陷，存在著影響產(chǎn)量、設備安全、穩(wěn)定生產(chǎn)的不安全隱患。

經(jīng)過長期連續(xù)運行，不潔凈氣體帶油、帶水、帶灰長期沖刷，在調節(jié)閥閥體內(nèi)部閥芯和閥座均有不同程度結垢、結疤，導致調節(jié)閥閥芯動作不靈活，使得該缺陷表現(xiàn)更加突出，對生產(chǎn)造成不利影響。

針對這種調節(jié)閥選型缺陷的解決思路，一般情況下是淘汰現(xiàn)有氣動調節(jié)閥，根據(jù)工藝條件要求重新選型，選擇氣閉式氣動調節(jié)閥，對氣動調節(jié)閥進行整體更新?lián)Q代。氣動調節(jié)閥價格昂貴，若整體更換消耗大，施工工作量大，需要系統(tǒng)停車才能進行?，F(xiàn)階段氣動調節(jié)閥單臺價值約為3萬元，若采購新調節(jié)閥進行更換需資金總計約27萬元，不符合企業(yè)節(jié)能降耗的原則。

所以，嘗試對調節(jié)閥進行技術改造，改變氣動調節(jié)閥作用形式，進而達到消除調節(jié)閥裝置缺陷，提高系統(tǒng)裝置運行穩(wěn)定性、保障生產(chǎn)安全的目的。

3　技術改造內(nèi)容及效果

因為氣動調節(jié)閥執(zhí)行機構作用形式的改造存在著一定的不確定性和不可控性，所以，該技術改造項目需根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)運行狀況，結合調節(jié)閥的結構、原理進行充分論證，先對一臺調節(jié)閥進行技術改造，然后投入運行，觀察其運行狀況。經(jīng)運行證明，調節(jié)閥動作穩(wěn)定，改造效果良好。事實證明本技術改造方案安全可行，然后陸續(xù)對其余8臺氣動調節(jié)閥實施改造。

1)碳化塔工作分為“制堿”和“清洗”兩種狀態(tài)，“制堿”狀態(tài)下使用中段氣和下段氣，停用清洗氣，“清洗”狀態(tài)時則相反。根據(jù)碳化塔的運行狀況，清洗氣調節(jié)閥可在碳化塔“制堿”狀態(tài)時進行施工，中段氣和下段氣調節(jié)閥則在碳化塔“清洗”狀態(tài)下進行施工。調節(jié)閥改造的檢修工作不會對生產(chǎn)造成任何影響。

2)改造氣動調節(jié)閥執(zhí)行機構作用形式。改造前執(zhí)行機構如圖2(b)所示，其作用形式為反作用，彈簧在推力盤上部，氣壓信號由下部進入，膜片受壓后壓縮彈簧向上運動，帶動執(zhí)行機構推桿和閥桿向上運動。實施改造作業(yè)，作業(yè)時需嚴格遵守《儀表設備檢修操作規(guī)程》，將氣動調節(jié)閥執(zhí)行機構與閥芯脫開，消除調節(jié)閥執(zhí)行機構內(nèi)彈簧的預緊力，然后解體執(zhí)行機構。拆開上膜蓋，按順序取出彈簧、推力盤、膜片等部件，提起執(zhí)行機構推桿，將調節(jié)閥膜頭內(nèi)膜片和預緊力彈簧反向，依次裝入彈簧、推力盤、膜片，緊固好膜片壓緊螺母。此時，改造后執(zhí)行機構如圖2(a)所示，彈簧在推力盤下部，氣壓信號由上部進入，膜片接受氣壓信號后壓縮彈簧向下運動，帶動執(zhí)行機構推桿和閥桿向下運動。連接好執(zhí)行機構推桿及各緊固件螺栓。此時，調節(jié)閥執(zhí)行機構作用形式由反作用改造為正作用。

圖2　氣動調節(jié)閥執(zhí)行機構

3)將氣動調節(jié)閥閥芯提起，使閥芯由關閉位置提起至全開位置，將執(zhí)行機構推桿與閥桿重新裝配連接，緊固各連接件螺栓。如圖3(a)所示，此時，氣壓信號由膜頭上部接入，調節(jié)閥接受控制信號，膜片向下運動帶動閥芯向下關閉閥門，使氣動調節(jié)閥整體作用形式由氣開式變?yōu)闅忾]式。若控制信號中斷或氣壓信號失去，則在彈簧的作用下調節(jié)閥閥芯會向上恢復至全開狀態(tài)。

圖3　氣動調節(jié)閥工作原理

4)裝配閥門定位器及相關附件，調節(jié)閥接入氣源，按檢修規(guī)程調校，使氣動調節(jié)閥按規(guī)范要求正常工作。多次反復調整測試調節(jié)閥行程，保證打得開、關的嚴，行程到位，4-20mA.DC控制信號調節(jié)順暢?，F(xiàn)場調試完畢后，經(jīng)操作系統(tǒng)聯(lián)校，確認DCS系統(tǒng)操控準確、正常。

5)輔助措施，在年度大修期間對碳化三段氣流量調節(jié)閥內(nèi)部結構進行了檢修清理，對閥芯、閥體、套筒等部件進行了除垢、清理，進一步保障了調節(jié)閥的穩(wěn)定運行，提高了整體工作性能。

6)技術改造項目完成后經(jīng)過實際運行驗證，改造論證充分、目的明確、效果良好。

①調節(jié)閥改造后其作用形式由氣開變?yōu)闅忾]，若調節(jié)閥控制信號中斷或儀表壓縮空氣突發(fā)故障，調節(jié)閥則會處于全開狀態(tài)，保障了工藝介質的順利流通，不會產(chǎn)生壓縮機出口憋壓以致超壓跳車發(fā)生事故。有效保障了生產(chǎn)安全和設備安全。

②設備改造項目僅通過施工對調節(jié)閥執(zhí)行機構進行了結構性改造，未消耗設備材料和資金費用，節(jié)約了設備更新?lián)Q代資金費用。調節(jié)閥共9臺大約直接節(jié)約資金27萬元。

③設備技術改造工作均在備用狀態(tài)下實施，沒有對生產(chǎn)造成任何不良影響。因為消除了影響生產(chǎn)安全的不安全隱患，保障了壓縮機的安全運行，提高了生產(chǎn)安全性，其對生產(chǎn)安全、節(jié)能增效、降低消耗等方面帶來的間接經(jīng)濟效益和社會效益更為顯著。

4　結　論

經(jīng)過近9個月的運行實踐證明，本次技術改造項目效果良好，經(jīng)得起實踐檢驗。改造后氣動調節(jié)閥運行穩(wěn)定，有效消除了威脅生產(chǎn)的不安全隱患，提高了調節(jié)閥的使用壽命，減少了調節(jié)閥故障，降低了儀表故障率，有效避免了因調節(jié)閥的故障給生產(chǎn)帶來的嚴重影響。對企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)，降低成本，提高效益起到了積極的促進作用。本項目為公司直接節(jié)約資金約27萬元，其穩(wěn)定生產(chǎn)所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益更加長遠。

本文僅對氣動薄膜執(zhí)行機構反作用改造為正作用進行了論述，事實證明這種改造是成功的。反過來，正作用執(zhí)行機構改造為反作用一樣可行。如此可大大提高氣動調節(jié)閥在生產(chǎn)中的應用效率。當工藝條件或使用環(huán)境發(fā)生改變，或者因為選型失誤等原因造成氣動調節(jié)閥不能適應控制要求時，可通過改造其執(zhí)行機構作用形式來改變調節(jié)閥工作形式，以順利適應生產(chǎn)控制要求。

因為氣動調節(jié)閥是自動控制系統(tǒng)中必不可少的執(zhí)行器件，在工業(yè)企業(yè)中的應用十分廣泛，無論多么先進的控制系統(tǒng)，其最終都要由調節(jié)閥來實現(xiàn)對物料、參數(shù)的控制調節(jié)，所以，本技術改造項目對氣動薄膜調節(jié)閥的實際應用有著廣泛的指導意義，它對企業(yè)的安全生產(chǎn)和節(jié)能增效都將帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]樂家謙.儀表工手冊[M].第2版.北京：化學工業(yè)出版社，2003

[2]樂家謙.化工儀表維修工[M].第1版.北京：化學工業(yè)出版社，2004

[3]侯奎源.化工自動化基礎[M].北京：化學工業(yè)出版社，1997