氣動調(diào)節(jié)閥的儀控調(diào)試

王丹 蔣泰鏗

【摘 要】作為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的終端控制元件，調(diào)節(jié)閥對核電站的安全性和經(jīng)濟性發(fā)揮著重要作用，而以壓縮空氣為動力源的氣動調(diào)節(jié)閥在福清核電機組中有廣泛的應用且在調(diào)試階段問題較多。本文闡述氣動調(diào)節(jié)閥工作原理及其在控制回路中的重要作用，介紹閥門電氣轉(zhuǎn)換器、定位器等主要控制附件的功能，結(jié)合自身調(diào)試經(jīng)歷，從儀控角度對氣動調(diào)節(jié)閥的單體調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試過程中的調(diào)試重點進行分析、總結(jié)，分享調(diào)試經(jīng)驗，對解決氣動調(diào)節(jié)閥的調(diào)試故障、提高調(diào)試質(zhì)量具有實際意義，也是后續(xù)機組氣動調(diào)節(jié)閥調(diào)試的重要參考依據(jù)。

【關(guān)鍵字】氣動調(diào)節(jié)閥;儀控;調(diào)試;故障處理

中圖分類號： TH138.52文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）07-0072-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.028

【Abstract】As a terminal control element of modern industrial control system， control valves play an important role for nuclear power plants safety and economy. Pneumatic control valves are widely used in Fuqing NPP， and there are many problems during the commissioning phase. This thesis describes the operating principles of pneumatic control valves and the important role in the control loop， introducing the functions of electrical converter，positioner and other major control accessories. With commission experiences， the thesis analyzes and summarizes the key points of commissioning and some common faults ，sharing commissioning experience. The thesis has practical implications for solving the commission failures and improving the commissioning quality，and also an important reference for the follow-up units.

【Key words】Pneumatic control valve; I&C; Commission; Trouble-shooting

0 前言

核電站系統(tǒng)回路中介質(zhì)流動是由泵和閥門控制的，流量主要由閥門來控制，而調(diào)節(jié)閥可以連續(xù)和比較精確的調(diào)節(jié)流量。氣動調(diào)節(jié)閥以潔凈壓縮空氣為動力，接收標準信號，驅(qū)動閥體運動，通過改變閥芯與閥座間的流通面積，從而達到調(diào)節(jié)流量的作用。它的遠程操作和控制的實現(xiàn)，使得運行人員在主控室就能準確的知道閥門的實際位置，根據(jù)機組的狀態(tài)需要來控制閥門，以滿足現(xiàn)場的需要，所以人們常把調(diào)節(jié)閥比喻為生產(chǎn)過程自動化的“手足”。

一個控制系統(tǒng)的質(zhì)量受到控制系統(tǒng)各組成部件的影響，主要取決于控制系統(tǒng)組成部件中最薄弱環(huán)節(jié)的影響。調(diào)節(jié)閥是節(jié)流裝置，屬于動部件，與檢測元件和變送器、控制器比較，在控制過程中，調(diào)節(jié)閥需要不斷改變節(jié)流件的流通面積，以適應負荷變化或操作條件的改變，而且很難采用隔離的方法與過程介質(zhì)隔離。調(diào)節(jié)閥的活動部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、“漏”的主要原因，它不僅造成資源或物料的浪費，也污染環(huán)境，引發(fā)事故。所以，從控制系統(tǒng)整體看，一個控制系統(tǒng)控制得好不好，都要通過調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)[1]。

1 控制附件的組成及功能

氣動調(diào)節(jié)閥常見的控制附件和功能：

（1）減壓閥：降低控制氣源壓力，以適宜執(zhí)行機構(gòu)的工作壓力;（2）過濾器：濾去壓縮空氣中的水和其他雜質(zhì)，保證進入電/氣轉(zhuǎn)換器、定位器以及執(zhí)行機構(gòu)的壓縮空氣的清潔。許多產(chǎn)品是減壓閥和過濾器一體化設計;電氣轉(zhuǎn)換器（E/P）：將控制系統(tǒng)來的4～20mA電流信號轉(zhuǎn)換成0.02～0.1MPa（3～15psi）的氣壓控制信號;（3）定位器：是閥位控制的核心部件，對調(diào)節(jié)閥的閥位進行精確控制;閥位變送器：通過連桿與閥桿的位移同步產(chǎn)生轉(zhuǎn)角移動，轉(zhuǎn)換成4～20mA電信號，線性地反映閥門的開度;（4）行程開關(guān)：通常安裝在閥門的全開和全關(guān)位置，用以發(fā)出閥門全開和全關(guān)的信號送到控制系統(tǒng);

為了實現(xiàn)某些特殊的控制功能，一些執(zhí)行機構(gòu)上還配備了其他的控制部件，如實現(xiàn)聯(lián)鎖功能的電磁閥，實現(xiàn)保位功能的鎖氣器，加快動作速度的放大器。

2 氣動調(diào)節(jié)閥的調(diào)試重點

氣動調(diào)節(jié)閥安裝后，在生產(chǎn)過程啟動前應進行調(diào)節(jié)閥的現(xiàn)場調(diào)試，調(diào)試正常才能投入使用，同時及時發(fā)現(xiàn)存在的故障，有利于盡快解決。氣動調(diào)節(jié)閥現(xiàn)場調(diào)試主要包括以下幾個方面：

2.1 調(diào)試前確認

檢查手輪機構(gòu)能否正確轉(zhuǎn)動和動作，檢查完畢后將手輪機構(gòu)處于“中性點”位置，否則閥門不能自動調(diào)節(jié)。

確認閥門開度指示牌位置正確、安裝牢靠，否則請機械調(diào)整合格。

檢查供氣管線上的手動隔離閥是否已打開，供氣氣源壓力是否正常。

2.2 單體調(diào)試

2.2.1 管線檢查

（1）檢查氣源管線回路安裝是否正確，管線管徑是否正確

根據(jù)設計、廠家圖紙，檢查儀表附件選擇及連接是否滿足要求，檢查供氣管線管徑是否選擇正確。

（2）氣路緊固件是否松動，控制回路是否有漏氣

在調(diào)試期間，由于各儀表附件緊固件松動、漏氣導致閥門不能正常運行的現(xiàn)象非常普遍。可通過聽聲、噴檢漏液等方式確認是否泄露及漏點，通常采取緊固方式處理，特別注意不能在卡套式緊固件處纏生料帶。

2.2.2 控制附件調(diào)校

氣動調(diào)節(jié)閥控制附件較多，需嚴格控制各附件的輸入、輸出，以確保閥門能正常運行，如過濾減壓閥的設定壓力是否合適、電氣轉(zhuǎn)換器輸入電信號為4～20mA，對應輸出信號應為3～15psi，定位器、行程反饋器、放大器等功能測試則需要對調(diào)節(jié)閥進行整體性調(diào)校驗證。

標準信號發(fā)生器將輸入信號平穩(wěn)地按增大和減小方向輸入電氣轉(zhuǎn)換/定位器，測量各點對應的閥門開度（行程）是否滿足控制要求。主要分為5個關(guān)鍵調(diào)校點：0%、25%、50%、75%、100%開度進行驗證，使行程反饋器反饋值與現(xiàn)場閥門開度一致。由于無法確定調(diào)節(jié)閥的實際行程值，始點和終點兩個關(guān)鍵點必須調(diào)準，不然會因閥門關(guān)閉不嚴導致內(nèi)漏發(fā)生或調(diào)節(jié)精度不夠。調(diào)節(jié)閥全行程運行過程中應偵聽調(diào)節(jié)閥閥芯和閥座是否有機械振動和異常雜音。

做好信號電纜絕緣包扎。閥門拆除EP接線時不要碰到EP外殼，從而導致接地，電磁閥拆除接線時不要接地和短路。將EP線和電磁閥線用絕緣膠帶包扎好并固定在不影響檢修的位置。拆除的設備及現(xiàn)場設備開口注意封堵，通常用有色塑料布對開口點進行包扎。拆除的較小零部件應裝入塑料封口袋中，并做好標記。

如發(fā)生信號電纜接地等異常情況，因DCS卡件有過電流保護功能，此時DCS一層顯示BAD點，DCS二層畫面會出現(xiàn)洋紅色，這時需要由DCS維護人員將氣動調(diào)節(jié)閥控制信號所在DCS通道的卡件拆下，重新復位即可消除故障。

2.2.3 動作性能檢查

一些控制系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥的開關(guān)時間有要求時，應檢查調(diào)節(jié)閥的開關(guān)時間。在全開位給關(guān)閉信號，到觸發(fā)全關(guān)信號的時間，為關(guān)閥時間;在全關(guān)位給開啟信號，到觸發(fā)全開信號的時間，為開閥時間。

行程檢查：從閥門全開到全關(guān)，或全關(guān)到全開的行程，觀察閥桿和執(zhí)行機構(gòu)推桿是否發(fā)生卡澀或其他故障。

2.3 系統(tǒng)調(diào)試

2.3.1 負反饋調(diào)試

控制系統(tǒng)能夠正常工作最終需要實現(xiàn)一個完整的閉環(huán)負反饋回路控制回路[2]，因此，理論上應將控制器、檢測變送器和調(diào)節(jié)閥（包括閥門定位器）和被控對象一起考慮，并設置控制器的正、反作用。而從工程實際應用來分析，其中主要有如下三個因素：

（1）過程特性（Kp）：如疏水水位調(diào)節(jié)和給水水位調(diào)節(jié)

（2）執(zhí)行器特性（Kv）：如氣開型和氣關(guān)型調(diào)節(jié)閥

（3）調(diào)節(jié)器特性（Kc）：如正作用調(diào)節(jié)器和反作用調(diào)節(jié)器。

測量變送器環(huán)節(jié)均為正，可不考慮。要組成負反饋，要求閉合回路上所有環(huán)節(jié)（包括調(diào)節(jié)器的運算部分在內(nèi)）的增益的乘積為正數(shù)，如下圖1。

調(diào)節(jié)器動作特性和執(zhí)行器動作特性如何正確區(qū)分？當發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的需求與設備的實際動作相反時，是否可任意選擇一個修改就可以？

參照前面理論描述似乎是可以的，但是實際現(xiàn)場應用的DCS方案中是不允許的。在福清核電DCS控制方案中這兩個參數(shù)是有嚴格區(qū)別的，調(diào)節(jié)器的動作特性只與過程特性有關(guān)，補水閥的水位調(diào)節(jié)器必須設置為反作用，疏水閥的水位調(diào)節(jié)器必須設置為正作用，無論這些閥門是氣開型或者氣關(guān)型。PID模式參數(shù)中INCOPT為調(diào)節(jié)作用選擇：“0”=反作用，“1”=正作用[3]。

設置好調(diào)節(jié)器正、反作用方式后，可在調(diào)節(jié)器測量端模擬輸入信號，使其增加或減小，觀測調(diào)節(jié)器輸出變化是否符合作用方式的要求，并檢查調(diào)節(jié)閥的動作方向是否正確，是否能夠使被調(diào)變量向減小方向變化。

福清核電DCS中調(diào)節(jié)器參數(shù)設置值均默認為0，即為反作用，儀控人員在調(diào)試過程中要根據(jù)實際需要進行更改，確保參數(shù)設置符合設計要求。

DCS中執(zhí)行器特性設置為：閥門的氣開型零滿點對應4～20mA信號，而氣關(guān)型零滿點對應20～4mA信號[3];DCS側(cè)該參數(shù)位于輸出模塊AOUTR中，ATC參數(shù)設置為1，即為氣關(guān)閥，ATC=0，即為氣開閥，配置為氣關(guān)時滿開度DCS將輸出4mA。

所以單從參數(shù)設置上這兩個是完全獨立的參數(shù)，正確配置這兩個參數(shù)對于用戶來說非常方便，無論是哪種執(zhí)行器，在畫面上看到的100%或操作的100%都能得以正確執(zhí)行，無需關(guān)注底層的差別。

2.3.2 模擬和邏輯控制驗證

一般來講，所有的調(diào)節(jié)閥均有模擬和邏輯控制功能，例如，氣開型調(diào)節(jié)閥在失氣的時候為關(guān)位置，在得氣的時候就要工作在調(diào)節(jié)狀態(tài)。邏輯控制實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的超馳開或者關(guān)功能;模擬控制實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥依據(jù)過程需求實現(xiàn)中間開度。通常，調(diào)節(jié)閥均可以實現(xiàn)一個方向的邏輯控制，邏輯控制是優(yōu)先于模擬控制的，只有閥門處于模擬控制狀態(tài)下調(diào)節(jié)器輸出才有實際效果。

3 結(jié)論

核電機組調(diào)試是驗證其前期設計、施工、安裝等階段可靠性、確保核電機組安全投運的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，調(diào)試人員在調(diào)試過程中要嚴格按照生效調(diào)試規(guī)程進行實施;福清核電調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)氣動調(diào)節(jié)閥故障率較大，通過對氣動調(diào)節(jié)閥儀控調(diào)試重點進行分析、總結(jié)，有效利用經(jīng)驗反饋工具，共享交流，可以快速有效的解決調(diào)試故障，提高閥門的可靠性。

【參考文獻】

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[2]周春暉.過程控制工程手冊，北京：化學工業(yè)出版社，1984：30-38.

[3]查方興.IAs系統(tǒng)及應用，上海福克斯波羅有限公司，2007：64-68.

[4]牛玉蘭.氣動調(diào)節(jié)閥在核電廠中的應用及常見問題分析，科技資訊，2012年第2期.