電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在集中供熱中的應(yīng)用及故障分析

李 明

(太原市熱力公司第二供暖分公司，山西 太原 030001)

1 概述

集中供熱不僅為我們的城市發(fā)展提供穩(wěn)定、可靠的供熱保障，而且與傳統(tǒng)的區(qū)域供熱或鍋爐供熱相比，能減少城市空氣污染和節(jié)約能源，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。所以集中供熱是現(xiàn)代化城市中非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也是城市市政工程中的一個(gè)重要組成部分。隨著城市供熱面積的不斷增加和管線輸送距離的不斷加長(zhǎng)，集中供熱的管線設(shè)計(jì)、安裝時(shí)的合理性，調(diào)試運(yùn)行維護(hù)的規(guī)范性，直接影響著城市品質(zhì)的提升和廣大用戶的切身利益。如何保證熱用戶的流量和溫度是熱網(wǎng)工程設(shè)計(jì)中一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題，除了管網(wǎng)的保溫外，調(diào)節(jié)設(shè)備的合理選擇與安裝就顯得非常重要了。本文將在調(diào)節(jié)閥的選型及選用的基礎(chǔ)上，探討其在熱力站內(nèi)的應(yīng)用和常見(jiàn)故障的分析。

2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)置基本情況

為了解決在供熱系統(tǒng)中水力失調(diào)、冷熱不均等問(wèn)題，提高管理運(yùn)行水平，改善供熱效果，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用得越來(lái)越多，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為重要的調(diào)節(jié)手段，在熱力站得到廣泛的應(yīng)用。我分公司目前有258座熱力站，共有450套系統(tǒng)，每套系統(tǒng)的一次網(wǎng)回水上會(huì)加設(shè)一臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)控制流量。我分公司主要以丹佛斯生產(chǎn)的電動(dòng)閥為主(共計(jì)247臺(tái))，迎新街地區(qū)采用部分薩默森電動(dòng)閥(25臺(tái))，最近幾年以泰康電動(dòng)閥為主(共計(jì)178臺(tái))。

3 電動(dòng)閥構(gòu)造及工作原理

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是在自控系統(tǒng)中進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的設(shè)備。一般在熱力站中一次網(wǎng)回水管上加裝，通常作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)流量)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是供熱系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)的最主要設(shè)備。

調(diào)節(jié)閥作為最終執(zhí)行元件，在控制系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。合理的選型和正確的計(jì)算，是閥門(mén)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。

3.1 基本組成及工作原理

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥由電動(dòng)執(zhí)行器與調(diào)節(jié)閥閥體構(gòu)成(如圖1所示)。

上部是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也叫電動(dòng)閥頭，它需要外部一個(gè)供電，一般是24 V或220 V，通過(guò)接收PLC內(nèi)模塊輸出的電流或電壓信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)閥體改變閥芯和閥座之間的流通面積大小控制調(diào)節(jié)換熱器一次側(cè)的流量，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制或遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，進(jìn)而改變提供給熱用戶的供熱量。以等百分比特性為最優(yōu)，具有調(diào)節(jié)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能好等特點(diǎn)。

3.2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)選型

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)選型很重要，直接影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果的好壞。但在實(shí)際運(yùn)行中，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥常出現(xiàn)運(yùn)行效果不理想，甚至無(wú)法進(jìn)行正常調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥損壞過(guò)快。其原因是多方面的，其中一個(gè)重要的原因就是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)選型不當(dāng)，電動(dòng)閥的選型是一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程，并且需要反推，驗(yàn)算選型是否合理。

1)首先根據(jù)熱力站供熱負(fù)荷以及一次側(cè)的供回水溫度計(jì)算電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量：

其中,G為設(shè)計(jì)流量,m3/h；Tg為供水溫度,℃；Th為回水溫度,℃;Q為供熱負(fù)荷。

2)再根據(jù)流量和閥前后壓差確定KV值：

式中：KV——閥門(mén)的KV值,m3/h;

ρ——介質(zhì)密度,kg/m3;

ΔP——閥前后壓差,bar，閥前后壓差是由設(shè)計(jì)院根據(jù)水壓圖和熱力站阻力損失得來(lái)，根據(jù)供熱系統(tǒng)的實(shí)際情況確定。

當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)獲得最大的流通能力，此時(shí)的KV值最大，稱為KVS。KVS值是最大流通能力(定值)，由廠家提供閥門(mén)的設(shè)備參數(shù)中選取，查看選型樣本中的允許壓差、允許溫度并最后根據(jù)KVS值進(jìn)行調(diào)節(jié)閥的選型，根據(jù)KVS選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。

確定調(diào)節(jié)閥型號(hào)后，根據(jù)調(diào)節(jié)閥在滿足最大關(guān)閉壓差的情況下，反推驗(yàn)證所選型號(hào)是否能滿足工況，來(lái)最終確定電動(dòng)閥的選型。

由于熱力站距離熱源的遠(yuǎn)近不同，系統(tǒng)提供的資用壓頭不同、壓力變化范圍大，影響電動(dòng)調(diào)節(jié)閥正常運(yùn)行，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥屬于儀表閥，其最佳運(yùn)行區(qū)間為開(kāi)度50%～80%之間。比如近端用戶，資用壓頭過(guò)大，流量過(guò)高，電動(dòng)閥已經(jīng)關(guān)閉到非常小的開(kāi)度二網(wǎng)溫度始終難以調(diào)節(jié)下來(lái)，為改善這種情況，常采取措施使調(diào)節(jié)閥盡量工作在相對(duì)開(kāi)度合適的范圍內(nèi)，以提高調(diào)節(jié)功能，常用串聯(lián)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥或壓差控制閥。我分公司根據(jù)實(shí)際情況，在工程應(yīng)用中常采用將一次網(wǎng)上除了第一道和最后一道球型閥門(mén)之外的閥門(mén)來(lái)進(jìn)行限制流量，消耗部分壓降，來(lái)保證電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作壓降范圍，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在合適的壓差下工作，為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥提供恒定壓差，使其能保持良好工作狀態(tài)。

4 常見(jiàn)故障及處理方法

在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障，下面對(duì)常見(jiàn)的故障進(jìn)行分析并進(jìn)行處理。

4.1 電動(dòng)閥無(wú)法自檢

電動(dòng)閥在首次安裝或站內(nèi)停電并恢復(fù)供電時(shí)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥都會(huì)進(jìn)行自檢，來(lái)保證其自身正常，達(dá)到運(yùn)行的要求。但有時(shí)會(huì)遇到電動(dòng)閥不進(jìn)行自檢，無(wú)法執(zhí)行相應(yīng)的開(kāi)度要求。這種情況下首先觀察電動(dòng)閥執(zhí)行器的電源指示燈是否正常，如果指示燈不亮:

1)測(cè)量給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥供電的開(kāi)關(guān)電源的電壓是否正常，如果輸出異常或?yàn)榱?，則需更換開(kāi)關(guān)電源；

2)檢查PLC及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥頭兩側(cè)的電源線，是否有松動(dòng)，將松動(dòng)的固定緊即可；

3)如萬(wàn)用表測(cè)得電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器供電正常，但指示燈依然不亮，有可能是電路板損壞，需更換。

還有一種情況執(zhí)行器的指示燈亮，但不自檢，這種是死機(jī)現(xiàn)象，時(shí)常在臨時(shí)停電后恢復(fù)供電時(shí)出現(xiàn)，需在電動(dòng)閥執(zhí)行器上的電路板找到復(fù)位鍵或按鈕進(jìn)行復(fù)位，重新自檢即能恢復(fù)正常；如果還不能自檢，可在斷電的情況下，用專業(yè)工具手動(dòng)將電動(dòng)閥的全行程走一圈，再上電即可恢復(fù)正常；還有一種情況就是閥體內(nèi)部機(jī)械故障或電路板故障，需聯(lián)系廠家進(jìn)行處理。

4.2 給定值與反饋值不一致

出現(xiàn)這種情況，首先用萬(wàn)用表去測(cè)量給定的電壓值與反饋的電壓值是否相等。如果相等，則需要檢查線路是否松動(dòng)或PLC模塊通道是否損壞。如果線路松動(dòng)，固定緊即可恢復(fù)正常，如果是模塊通道損壞，就需換個(gè)通道或更換模塊。如果不相等，則可能是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程紊亂，需要將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥體進(jìn)行自檢。

還有一種情況就是，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，會(huì)存在干擾問(wèn)題，使電動(dòng)調(diào)節(jié)閥不能按給定值去執(zhí)行，這就需要用一些抗干擾的手段來(lái)干預(yù)，如信號(hào)線使用屏蔽線或?qū)ψ冾l器增加抗干擾模塊等來(lái)減少或消除存在的干擾。

4.3 電動(dòng)閥實(shí)際行程與說(shuō)明書(shū)不一致

在實(shí)際操作中，發(fā)現(xiàn)有的電動(dòng)閥控制效果不明顯，閥門(mén)根據(jù)要求開(kāi)到指定的開(kāi)度后，尤其是將閥門(mén)關(guān)至較小位置后，流量、溫度等數(shù)據(jù)沒(méi)有明顯變化，失去控制溫度的意義。這種情況一般是：

1)閥體內(nèi)部有雜物或內(nèi)部生銹，致使閥桿無(wú)法順利的打開(kāi)或關(guān)閉，需要將閥體打開(kāi)清除干凈后并進(jìn)行自檢，即可使用；

2)電動(dòng)閥執(zhí)行器內(nèi)部元件老化，達(dá)不到開(kāi)關(guān)閥體的扭力，需要更換執(zhí)行器。

5 結(jié)語(yǔ)

縱觀目前的供熱行業(yè)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥被廣泛應(yīng)用在熱力站的一次側(cè)調(diào)節(jié)供熱流量。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的正常使用，對(duì)整個(gè)供熱系統(tǒng)的統(tǒng)籌管理有著非常重要的作用，在實(shí)際使用情況中，調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)選型和出現(xiàn)故障后的維護(hù)顯得非常重要。

隨著自控技術(shù)智能化程度不斷提高，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的使用還有很大的應(yīng)用提升空間，在節(jié)能方面還有很大的潛力?？傊畱?yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展集中供熱已成為當(dāng)下節(jié)能技術(shù)的主要手段之一。