調(diào)節(jié)閥的故障診斷及處理建議(一)

吳國(guó)良

(上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

筆者依據(jù)儀表設(shè)備和控制系統(tǒng)管理、維護(hù)保養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)，以各種現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備和控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障為案例，運(yùn)用儀表工作原理、自動(dòng)控制原理、工藝過(guò)程知識(shí)等，分析了石油化工裝置中出現(xiàn)的各種儀表設(shè)備和控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象及故障產(chǎn)生的原因、處理辦法以及預(yù)防措施。這些故障案例雖不能涵蓋大部分故障，但分析方法和處理故障的思路卻能供現(xiàn)場(chǎng)儀表維護(hù)保養(yǎng)人員參考和學(xué)習(xí)，在此與大家一起探討。

本文重點(diǎn)分析了調(diào)節(jié)閥在使用過(guò)程中曾出現(xiàn)的故障，并給出了相應(yīng)的解決方案。

1 閥門定位器的故障分析及處置

1.1 氣動(dòng)放大器故障

1) 故障現(xiàn)象。某調(diào)節(jié)閥的閥門定位器有輸入信號(hào)，但無(wú)輸出信號(hào)，使閥門不能動(dòng)作。

2) 現(xiàn)象分析。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)閥門定位器的氣動(dòng)放大器有故障，進(jìn)一步解體檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部氣動(dòng)放大部分的球閥處積聚了水和污物，堵塞了放大器的氣路，造成氣動(dòng)放大器無(wú)輸出信號(hào)。閥門定位器氣動(dòng)放大器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3) 處理方法。由于儀表空氣中含有的水分和污物容易堵塞氣路，因此氣動(dòng)放大器應(yīng)定期拆洗，此外放大器經(jīng)拆洗后應(yīng)該進(jìn)行校驗(yàn)，檢查和調(diào)整其放大倍數(shù)達(dá)到規(guī)定值。

1.2 恒節(jié)流孔堵塞

1) 故障現(xiàn)象。裂解爐急冷熱交換器的進(jìn)水調(diào)節(jié)閥突然關(guān)閉。

2) 現(xiàn)象分析。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)此時(shí)閥門定位器無(wú)輸出信號(hào)，由于調(diào)節(jié)閥是風(fēng)開(kāi)閥，閥門因無(wú)風(fēng)而關(guān)閉；進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)閥門定位器的氣動(dòng)放大器的恒節(jié)流孔堵塞，使氣流不能通向噴嘴擋板。當(dāng)噴嘴背壓為零，即氣動(dòng)放大器無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，下方的球閥在彈簧作用下向上移動(dòng)并關(guān)閉氣源進(jìn)氣口；而上方的錐閥向上移動(dòng)并打開(kāi)排氣口，造成無(wú)輸出信號(hào)，同時(shí)使調(diào)節(jié)閥膜頭上的氣體通過(guò)放大器的排氣口排出，使閥門關(guān)閉。如調(diào)節(jié)閥為風(fēng)關(guān)閥，則上述故障會(huì)造成閥全開(kāi)。

3) 處理方法。將恒節(jié)流孔拆下，用金屬絲通針將孔穿通即可。

圖1 閥門定位器氣動(dòng)放大器結(jié)構(gòu)示意

因此，應(yīng)對(duì)氣源的空氣過(guò)濾器進(jìn)行定期吹掃、排放，以清除內(nèi)部積水等。保持氣源干燥、清潔，可保障氣動(dòng)儀表的可靠運(yùn)行。

1.3 反饋連桿脫落或緊固螺絲松動(dòng)

1) 故障現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)某調(diào)節(jié)閥始終是全開(kāi)，改變控制信號(hào)也不起作用。

2) 現(xiàn)象分析。調(diào)節(jié)閥的反饋連桿起負(fù)反饋?zhàn)饔?，?dāng)反饋連桿脫落時(shí)，便失去了負(fù)反饋?zhàn)饔?，此時(shí)閥門將處于全開(kāi)或全關(guān)位置，反饋連桿連接示意如圖2所示。

圖2 閥門定位器反饋連桿連接示意

閥門定位器的動(dòng)作過(guò)程如下：

a) 當(dāng)控制信號(hào)增大或減小時(shí)，通過(guò)波紋管的氣動(dòng)定位器或電磁線圈的電動(dòng)定位器，拉動(dòng)擋扳蓋住或離開(kāi)噴嘴，使噴嘴的背壓為最大或最小，此時(shí)氣動(dòng)放大器輸入信號(hào)為最大或最小，那么其輸出信號(hào)也是最大或最小。如是氣開(kāi)式閥門，使調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，如是氣關(guān)式閥門，則關(guān)閉；同時(shí)閥桿上移或下移，閥桿帶動(dòng)定位器反饋連桿推開(kāi)或拉下?lián)醢?，它的?dòng)作方向與波紋管電磁線圈正好相反，起到負(fù)反饋?zhàn)饔?，使擋板隨著閥桿的移動(dòng)，慢慢離開(kāi)或接近噴嘴，使噴嘴的背壓減小或增大，最后達(dá)到平衡，此時(shí)閥門達(dá)到信號(hào)控制的目標(biāo)位置。

b) 如果反饋連桿脫落或緊固螺絲松動(dòng)，則閥桿的移動(dòng)不能反饋給定位器的擋板，擋板仍保持原始位置，定位器的輸出信號(hào)始終是最大或最小，即調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度一直保持在全開(kāi)或全關(guān)位置，使之無(wú)法控制。

3) 處理方法。如果故障是由反饋連桿脫落所引起，則重新裝好反饋連桿即能恢復(fù)定位器正常工作；如果是反饋連桿緊固螺絲松動(dòng)引起的故障，則懷疑支點(diǎn)可能移動(dòng)，因此緊固螺絲后，還應(yīng)重新調(diào)整定位器，然后才能正常使用。

2 調(diào)節(jié)閥閥桿故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。定位器的輸出信號(hào)改變后，調(diào)節(jié)閥經(jīng)過(guò)多次振蕩后才穩(wěn)定。

2) 現(xiàn)象分析。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該調(diào)節(jié)閥的閥桿有些彎曲，同時(shí)填料壓蓋壓得太緊，填料缺少潤(rùn)滑油，使閥桿和填料之間摩擦力增大，進(jìn)而閥桿移動(dòng)阻力增大，小的偏差信號(hào)產(chǎn)生的推動(dòng)力不能克服摩擦阻力，調(diào)節(jié)閥閥桿連接示意如圖3所示?？刂菩盘?hào)增大時(shí)，定位器輸出的氣動(dòng)信號(hào)增大，才能推動(dòng)閥桿動(dòng)作；但是動(dòng)作后又超過(guò)了信號(hào)點(diǎn)的目標(biāo)位置，反過(guò)來(lái)控制信號(hào)又減小，將試圖使閥桿再回到目標(biāo)位置；由于摩擦阻力問(wèn)題，只有當(dāng)控制信號(hào)又超過(guò)平衡點(diǎn)時(shí)，閥門才能動(dòng)作。因而，閥桿保持上、下移動(dòng)，呈現(xiàn)跳動(dòng)現(xiàn)象，從而引起閥門振蕩。

圖3 調(diào)節(jié)閥閥桿連接示意

3) 處理方法。調(diào)節(jié)閥閥桿彎曲部分應(yīng)校直，填料壓蓋不要壓得太緊，應(yīng)定期注入潤(rùn)滑油，即可減小閥桿的移動(dòng)阻力。

3 調(diào)節(jié)閥膜頭內(nèi)積水引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。天氣寒冷時(shí)，部分調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)不動(dòng)作現(xiàn)象。

2) 現(xiàn)象分析。氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥膜頭頂部有一個(gè)排氣孔，原配的排氣孔蓋丟失，所以朝天的孔容易進(jìn)水，造成膜頭內(nèi)積水，在寒冷的天氣里水結(jié)冰，使膜片凍結(jié)不動(dòng)作。氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意

3) 處理方法。用蒸汽沖膜頭，融冰除積水。為了防止膜頭內(nèi)進(jìn)水，可以將膜頭頂部的放氣孔接一段繞圈的紫銅排氣管，并且開(kāi)口向下，該方法效果良好。

4 調(diào)節(jié)閥氣源供氣壓力不足引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。鍋爐主蒸汽壓力放空調(diào)節(jié)閥只能關(guān)到75%處，無(wú)法完全關(guān)閉；而將調(diào)節(jié)閥的前置工藝切斷閥關(guān)閉時(shí)，放空調(diào)節(jié)閥才能完全關(guān)閉。放空調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 放空調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意

2) 現(xiàn)象分析。由于鍋爐主蒸汽壓力放空調(diào)節(jié)閥在放空時(shí)閥門前后壓差很大，約為8.4 MPa，壓差作用力方向向上，頂開(kāi)閥芯，使閥不能完全關(guān)閉。而將工藝切斷閥關(guān)閉后，調(diào)節(jié)閥壓差消失，閥門即可關(guān)閉。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)是調(diào)節(jié)閥氣源減壓閥有故障，調(diào)節(jié)閥工作氣源壓力從0.5 MPa下降到0.2 MPa，由于氣源壓力指示小風(fēng)表?yè)p壞，因此氣源壓力低的故障沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。鍋爐主蒸汽壓力放空調(diào)節(jié)閥是風(fēng)關(guān)型閥門，氣源壓力不足會(huì)造成閥門不能完全關(guān)閉。

3) 處理方法。修復(fù)氣源減壓閥，提高閥門供氣壓力后，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作正常，可完全關(guān)閉。

7.來(lái)稿請(qǐng)?jiān)敿?xì)標(biāo)注參考文獻(xiàn)，在行文中按先后次序在相應(yīng)位置標(biāo)出序號(hào)，并依次按要求列于文末，其序號(hào)用方括號(hào)加數(shù)字表示。如[1]、[2]……文末參考文獻(xiàn)格式：書籍為“[序號(hào)]作者.(作者，作者，等.)書名[文獻(xiàn)類型標(biāo)志].版別.出版地：出版者，出版年：頁(yè)碼”；期刊為“[序號(hào)]作者.(作者，作者，等.)文題[文獻(xiàn)類型標(biāo)志].刊名，年，卷(期)：起止頁(yè)”。例如：

5 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣源壓力太高引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。帶手動(dòng)油泵的氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥在氣缸排氣時(shí)發(fā)現(xiàn)氣中帶油。

2) 現(xiàn)象分析。氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安裝了手動(dòng)油壓泵的活塞缸，氣缸和油缸之間用O型圈密封隔離，防止油缸內(nèi)的油泄漏到氣缸內(nèi)。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作氣源壓力設(shè)定太高，將O型密封圈彈出凹槽外，從而使油缸內(nèi)的油漏到了氣缸里。當(dāng)氣缸室放氣時(shí)，油被帶出。氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)如圖6所示。

3) 處理方法。打開(kāi)氣缸進(jìn)行清洗，重新裝好O型圈。將工作氣源壓力降低到規(guī)定范圍。此外還需檢查油路中油量是否足夠，如損耗過(guò)多，應(yīng)補(bǔ)充油量。

圖6 氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意

6 活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)中手動(dòng)油泵引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。某切斷閥采用帶有手動(dòng)油泵的活塞式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在操作手動(dòng)油泵時(shí)，出現(xiàn)閥門行程很小的現(xiàn)象。檢查該閥門并沒(méi)有出現(xiàn)卡死等現(xiàn)象，而且切斷閥上輔助小閥門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)均正常。

2) 現(xiàn)象分析。該故障是油泵內(nèi)注油太多造成的，當(dāng)油泵和油缸內(nèi)油注得太多時(shí)，油路中沒(méi)有了油循環(huán)所必要的足夠空間，使手動(dòng)油泵內(nèi)活塞活動(dòng)范圍變得狹小，導(dǎo)致手動(dòng)油泵不能動(dòng)作，如圖6所示。

3) 處理方法。將油缸里的油放掉一部分后，該閥門動(dòng)作即恢復(fù)正常。

7 調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間隙太小引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。廢液槽壓力放空調(diào)節(jié)閥已全開(kāi)，但廢氣仍無(wú)法排出。

3) 處理方法。采取臨時(shí)措施，將閥芯位置抬高，當(dāng)閥門全開(kāi)時(shí)，使閥芯頭部的導(dǎo)向桿脫離閥座，消除環(huán)狀空隙現(xiàn)象，使介質(zhì)排放暢通；但此時(shí)調(diào)節(jié)閥控制特性變差，導(dǎo)向桿無(wú)法起到導(dǎo)向作用。因此，較好的解決方法是將導(dǎo)向柱桿的直徑減小，以增大環(huán)狀空隙，使閥門的流通能力增強(qiáng)。

圖7 放空調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意

8 活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部潤(rùn)滑油引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。某閥門的活塞式單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)下部氣缸排氣孔處有持續(xù)排氣現(xiàn)象。

2) 現(xiàn)象分析。將該閥門解體檢查，發(fā)現(xiàn)氣缸的活塞O型密封圈膨脹變形，失去了密封作用。活塞上部的氣體通過(guò)O型密封圈泄漏到了下部氣缸內(nèi)，導(dǎo)致氣體從下氣缸的排氣孔不斷排氣。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)壁有麻點(diǎn)孔，造成該現(xiàn)象的主要原因是曾在氣缸內(nèi)壁加入牛油做潤(rùn)滑劑；O型密封圈是橡膠制品，與牛油接觸后變質(zhì)膨脹，失去了彈性。單氣缸調(diào)節(jié)閥活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 單氣缸調(diào)節(jié)閥活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意

3) 處理方法。調(diào)換O型密封圓，并將氣缸內(nèi)壁的麻點(diǎn)磨平。需要注意的是，氣缸活塞的潤(rùn)滑劑不應(yīng)使用牛油，最好使用硅油或25號(hào)氣缸油。

9 調(diào)節(jié)閥閥體內(nèi)部沖蝕嚴(yán)重的原因分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。裂解爐急冷油流量調(diào)節(jié)閥是大口徑蝶閥，運(yùn)行2 a后檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁硬質(zhì)金屬襯套、閥板、軸承座等處已被介質(zhì)沖蝕得很嚴(yán)重，有穿孔跑油的危險(xiǎn)。

2) 現(xiàn)象分析。造成該現(xiàn)象的原因是裂解爐急冷油泵出口壓力較高，調(diào)節(jié)閥長(zhǎng)期處于小開(kāi)度工作狀態(tài)，開(kāi)度在25%～50%。由于節(jié)流作用強(qiáng)，使該處流速較大，而急冷油中含有大量結(jié)焦粒子，因此對(duì)于下游設(shè)備的沖蝕非常嚴(yán)重， 流量調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意如圖9所示。

圖9 流量調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意

3) 處理方法。同類調(diào)節(jié)閥在日本同類工廠中每年調(diào)換一次，而該閥在中國(guó)某企業(yè)使用過(guò)程中規(guī)定2 a調(diào)換一次；同時(shí)對(duì)更換下來(lái)的閥門進(jìn)行修補(bǔ)，然后作為備品。該流量調(diào)節(jié)閥下游側(cè)工藝管線沖蝕也較嚴(yán)重，現(xiàn)增設(shè)一段短管，內(nèi)襯硬質(zhì)金屬，工藝方面規(guī)定該條短管需每年調(diào)換一次。從調(diào)節(jié)閥下游側(cè)工藝管線沖蝕特別嚴(yán)重的情況分析，該現(xiàn)象與調(diào)節(jié)閥的工作開(kāi)度過(guò)小有關(guān)，應(yīng)當(dāng)設(shè)法降低急冷油泵的出口壓力，使調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大，該方法是改善閥門沖蝕的有效措施之一。

10 調(diào)節(jié)閥開(kāi)始動(dòng)作信號(hào)未校準(zhǔn)到位產(chǎn)生的問(wèn)題及處置

1) 故障現(xiàn)象。裂解爐稀釋蒸汽流量調(diào)節(jié)回路中，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)在閥門開(kāi)度為20%～30%時(shí)，流量變化特別靈敏。閥位信號(hào)稍有變化，流量變化就很大，使流量調(diào)節(jié)回路無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

2) 現(xiàn)象分析。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)蒸汽流量調(diào)節(jié)回路中調(diào)節(jié)閥的行程沒(méi)有調(diào)整好。該閥門是風(fēng)開(kāi)閥，定位器輸入信號(hào)增加到20%時(shí)，閥門才開(kāi)始執(zhí)行關(guān)閉動(dòng)作，而信號(hào)為50%時(shí)閥門開(kāi)度基本正確，這說(shuō)明閥門起步點(diǎn)信號(hào)不在0，而是在20%，對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)在20%～50%時(shí)，閥門已達(dá)一半行程，表明定位器放大倍數(shù)過(guò)大，因此閥門開(kāi)度為20%～30%時(shí)，輸入信號(hào)稍有變化，閥門行程就會(huì)有較大變化，造成流量變化特別靈敏。

3) 處理方法。發(fā)生上述故障的主要原因： 在校驗(yàn)調(diào)節(jié)閥行程時(shí)，沒(méi)有檢查閥門開(kāi)始動(dòng)作時(shí)對(duì)應(yīng)信號(hào)的大小。有時(shí)儀表工在校驗(yàn)調(diào)節(jié)閥行程時(shí)，只作3點(diǎn)檢查： 在調(diào)好輸入信號(hào)50%這點(diǎn)之后，只看輸入信號(hào)在0和100%時(shí)閥門是否開(kāi)足或關(guān)死，并沒(méi)有注意閥門開(kāi)始動(dòng)作所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)究竟是多少。

上述案例就是輸入信號(hào)在0～20%變化時(shí)，閥門

還沒(méi)有開(kāi)始動(dòng)作，均處于全關(guān)狀態(tài)。為防止這種情況發(fā)生，在校驗(yàn)調(diào)節(jié)閥行程時(shí)，除一般校驗(yàn)外，還需檢查調(diào)節(jié)閥的開(kāi)始動(dòng)作信號(hào)是否在0或100%附近，如有誤差可以調(diào)節(jié)定位器的放大倍數(shù)，即調(diào)量程即可解決該問(wèn)題。因此校驗(yàn)調(diào)節(jié)閥行程時(shí)，應(yīng)該檢查5點(diǎn)，即對(duì)應(yīng)信號(hào)在0，25%，50%，75%，100%時(shí)的閥門開(kāi)度。

11 結(jié)束語(yǔ)

石油化工裝置中儀表及控制系統(tǒng)暴露出來(lái)的各種故障，有的是儀表設(shè)備或控制系統(tǒng)自身產(chǎn)生的，同時(shí)也有工藝設(shè)備故障或工藝操作失誤導(dǎo)致的問(wèn)題，但這些現(xiàn)象都會(huì)在儀表中顯示出來(lái)。通過(guò)對(duì)故障原因的歸類、分析、總結(jié)，提出了相應(yīng)的處理方法，以期對(duì)廣大儀表操作人員提供借鑒。(待續(xù))