控制閥故障分析及對(duì)策

黃光明

(中國(guó)輕工業(yè)長(zhǎng)沙工程有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

控制閥在石油化工行業(yè)和制漿造紙等行業(yè)應(yīng)用廣泛，是生產(chǎn)過(guò)程中用來(lái)控制流體流量、壓力和液位的一種常用的調(diào)節(jié)設(shè)備。在控制閥的應(yīng)用中，計(jì)算和選型是前提，安裝和調(diào)試是關(guān)鍵，使用和維護(hù)是目的。控制閥如果選型不當(dāng)，安裝不當(dāng)或者調(diào)試不好，就起不到調(diào)節(jié)作用。因此熟悉掌握控制閥工作原理和維修技能相當(dāng)重要，本文介紹氣動(dòng)控制閥常見(jiàn)的故障和處理方法。

1 控制閥的原理

氣動(dòng)控制閥以壓縮空氣為動(dòng)力源，通過(guò)氣缸、薄膜為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并借助電氣閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥，保位閥等附件，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量或者連續(xù)調(diào)節(jié)，接收分散控制系統(tǒng)(DCS)的控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。氣動(dòng)閥主要分為氣開(kāi)型和氣關(guān)型兩種，特點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、反應(yīng)快速、本質(zhì)安全、不需要采用防爆措施。

2 控制閥故障的表現(xiàn)形式和原因

氣動(dòng)控制閥故障形式主要為： 內(nèi)漏閥門不動(dòng)作、開(kāi)度波動(dòng)較大、出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象、動(dòng)作正常但流量未變化。原因主要有： 閥體故障、氣缸故障、定位器故障、DCS故障、控制電纜故障、維修保養(yǎng)不到位、閥門品質(zhì)問(wèn)題、選型或者設(shè)計(jì)原因、氣動(dòng)元件故障。

2.1 閥體故障及對(duì)策

2.1.1閥體常見(jiàn)故障

閥體常見(jiàn)故障如下：

1)蝶閥金屬閥座損壞導(dǎo)致閥體被卡??；蝶閥固定插銷脫落或者半球閥閥芯與閥桿連接螺栓滑絲，主要表現(xiàn)為閥軸看起來(lái)已經(jīng)動(dòng)作但實(shí)際閥芯并未動(dòng)作。

2)球閥閥體內(nèi)部磨損導(dǎo)致閥門容易被卡或者閥門動(dòng)作遲緩；球閥軟密封墊圈損壞導(dǎo)致閥門內(nèi)漏或者被卡。

3)半球閥閥軸軸套損壞導(dǎo)致閥門動(dòng)作困難。

4)蒸汽閥閥桿密封因高溫老化導(dǎo)致蒸汽泄漏；蒸汽閥消音板脫落，導(dǎo)致閥門經(jīng)常被卡住而且管道噪音異常大。

5)閥桿內(nèi)部磨損或者腐蝕導(dǎo)致閥門內(nèi)漏；閥桿填料處密封件損壞而泄漏。

2.1.2閥體常見(jiàn)故障原因及對(duì)策

引起閥體故障的原因及解決方案主要如下：

1)閥芯閥座泄漏的產(chǎn)生原因?yàn)殚y芯閥座表面磨損或者被腐蝕，執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用力太小，閥座螺紋被磨損而松動(dòng)。故障處理方式： 改善研磨結(jié)合面，調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥桿的連接，擰緊螺栓或者更換閥芯閥座。

2)閥座環(huán)與閥體之間泄漏的產(chǎn)生原因?yàn)閿Q緊力矩太小，閥體表面光潔度差，墊片不合適，閥體有小孔或者有毛刺。故障處理方式： 加大擰力，重新清洗和處理閥體，更換合適的墊片，重新將閥體焊接處理。

3)填料泄漏的產(chǎn)生原因?yàn)殚y桿光潔度不好或者產(chǎn)生彎曲，填料蓋沒(méi)有壓緊或者填料類型不合理，填料層堆得太高，填料出現(xiàn)腐蝕坑或者填料蓋變形損壞。故障處理方式： 磨光閥桿并壓直，重新擰緊或更換填料；安裝間隔環(huán)，減少高度，改為性能好的填料，修理更換壓蓋及相關(guān)的法蘭螺栓等。

4)閥桿及閥振動(dòng)而導(dǎo)致閥桿連接處脫開(kāi)或者折斷，產(chǎn)生原因?yàn)榱靥?，銷子連接不合適。故障處理方式： 改用閥芯閥桿整體件或者焊接閥芯，將連接件連接牢固，消除振動(dòng)因數(shù)。閥振動(dòng)的產(chǎn)生原因?yàn)槊芊馓盍闲孤?，旁路未調(diào)好，定位器增益太高，支撐不好有振動(dòng)源。故障處理方式： 潤(rùn)滑填料并調(diào)整，重新調(diào)整旁路，選用低增益型定位器，將閥固定牢固避開(kāi)振動(dòng)源。

2.2 氣缸故障原因及對(duì)策

2.2.1氣缸常見(jiàn)故障

氣缸故障如下：

1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)限位螺栓脫落導(dǎo)致氣缸漏氣，引起閥門不能動(dòng)作或者動(dòng)作遲緩，達(dá)不到預(yù)定開(kāi)度。

2)氣缸O形密封環(huán)損壞導(dǎo)致漏氣，引起閥門動(dòng)作困難或者不能動(dòng)作。

3)氣缸活塞變形導(dǎo)致摩擦力增大，氣缸螺栓松動(dòng)引起氣缸漏氣，從而引起閥門動(dòng)作困難。

4)氣缸帶動(dòng)閥體動(dòng)作的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)松脫或者生銹導(dǎo)致閥門動(dòng)作困難。

5)氣缸容量偏小或者氣缸彈簧故障導(dǎo)致閥門動(dòng)作困難。

2.2.2氣缸常見(jiàn)故障原因及對(duì)策

引起氣缸損壞的原因及解決方案如下：

1)活塞密封處泄漏的產(chǎn)生原因?yàn)闅飧坠鉂嵍忍?；活塞環(huán)裝配密封性不夠，密封環(huán)使用溫度過(guò)高，密封件使用時(shí)間太長(zhǎng)損壞。故障處理方式： 研磨氣缸并重新調(diào)整氣缸限位螺栓，根據(jù)使用溫度重新選擇密封環(huán)，更換時(shí)應(yīng)正確安裝。

2)氣缸限位螺栓松動(dòng)的處理方式： 重新將螺栓擰緊。

3)活塞摩擦力大的處理方式： 重新涂潤(rùn)滑油,重新清洗及研磨氣缸和活塞。

4)閥門動(dòng)作困難不能達(dá)到固定行程，執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧定值不夠或者彈簧損壞,限位塊位置不準(zhǔn)。處理方式： 校準(zhǔn)、重調(diào)、更換彈簧。

2.3 定位器故障原因及對(duì)策

2.3.1定位器常見(jiàn)故障及原因

定位器常見(jiàn)故障和原因如下：

1)定位器電路板故障引起閥門動(dòng)作不正常。

2)小滑閥損壞或者有磨損引起閥門動(dòng)作異常，原因?yàn)閮x表空氣潔凈度不高，或者有臟物進(jìn)入定位器內(nèi)部導(dǎo)致小滑閥磨損從而引起閥門動(dòng)作異常。

3)定位器比例閥損壞引起閥門動(dòng)作異常。

4)滑動(dòng)變阻器損壞導(dǎo)致閥門定位不準(zhǔn),引起閥門動(dòng)作出現(xiàn)異常,主要原因?yàn)榄h(huán)境溫度過(guò)高且有水等其他液體進(jìn)入導(dǎo)致變阻器損壞。

5)定位器氣源接口的O形密封環(huán)斷裂，導(dǎo)致斷裂的O形密封環(huán)卡住小滑閥閥桿，使之不能動(dòng)作。

6)定位器葛蘭頭處密封性不好，導(dǎo)致定位器電路板進(jìn)水損壞。

7)因管道振動(dòng)過(guò)大，周圍環(huán)境溫度過(guò)高，濕度過(guò)大，引起電路板出現(xiàn)故障。

2.3.2定位器常見(jiàn)故障處理方式

分析上述故障原因，處理方式如下：

1)葛蘭頭處密封問(wèn)題導(dǎo)致定位器進(jìn)水引起電路板損壞。故障處理方式： 提高葛蘭頭密封性，從而避免定位器內(nèi)部進(jìn)水導(dǎo)致電路板損壞。

2)因儀表空氣濕度大且灰塵較多，導(dǎo)致小滑閥進(jìn)入臟物而引起小滑閥磨損，從而使閥門動(dòng)作不正常。故障處理方式： 增加空氣過(guò)濾器以改善儀表空氣質(zhì)量。

3)因周邊溫度過(guò)高、濕度過(guò)大、振動(dòng)過(guò)大導(dǎo)致滑動(dòng)變阻器及電路板頻繁損壞。故障處理方式： 將電路板和小滑閥及滑動(dòng)變阻器分離，做成分離式閥門定位器。

4)因定位器O形密封環(huán)經(jīng)常斷裂，導(dǎo)致小滑閥閥桿被卡住，主要原因?yàn)闅庠磯毫^(guò)大，正常情況應(yīng)為0.5 MPa左右，高于0.5 MPa時(shí)會(huì)導(dǎo)致密封圈老化加快，容易損壞。故障處理方式： 使氣源壓力保持在0.4 MPa左右，另外需提供質(zhì)量更好的密封圈。

2.4 工藝參數(shù)和設(shè)計(jì)選型引起的控制閥故障和對(duì)策

由工藝參數(shù)和設(shè)計(jì)選型原因引起的控制閥故障如下：

1)工藝參數(shù)改變導(dǎo)致管道壓差過(guò)大等原因引起的閥門不能動(dòng)作。

2)因介質(zhì)原因?qū)е麻y體結(jié)垢，引起閥門動(dòng)作異常。

3)因管道堵塞引起的閥門不能正常動(dòng)作。

4)因設(shè)計(jì)選型原因，執(zhí)行機(jī)構(gòu)偏小，力矩不夠，閥門不能正常動(dòng)作，閥體材質(zhì)不合適，導(dǎo)致閥體損壞。

分析上述故障原因，提出解決方案如下：

1)壓差過(guò)大導(dǎo)致控制閥不能正常開(kāi)啟。處理方式： 在控制閥前后加裝1臺(tái)旁通閥。

2)因工藝原因閥體結(jié)垢而導(dǎo)致控制閥不能正常開(kāi)啟。處理方式： 增加沖洗水管，另外定期拆開(kāi)閥門清洗閥體，必要時(shí)打磨閥芯。

3)管道堵塞導(dǎo)致控制閥不能動(dòng)作。處理方式： 優(yōu)化操作方式，盡量不使管道堵塞，另外拆開(kāi)管道沖洗閥門。

4)關(guān)于設(shè)計(jì)選型問(wèn)題。處理方式： 在設(shè)計(jì)階段盡量?jī)?yōu)化各種工藝參數(shù)，保證選型時(shí)不會(huì)因?yàn)楣に噮?shù)不準(zhǔn)導(dǎo)致選型出現(xiàn)問(wèn)題。

2.5 DCS相關(guān)原因?qū)е驴刂崎y故障及對(duì)策

由DCS I/O卡故障、控制電纜損壞或者干擾等原因?qū)е驴刂崎y故障如下：

1)I/O卡件損壞沒(méi)有信號(hào)輸出導(dǎo)致控制閥不能動(dòng)作。

2)DCS輸出信號(hào)不穩(wěn)定，導(dǎo)致控制閥開(kāi)度波動(dòng)，使控制閥動(dòng)作不正常。

3)控制電纜損壞或者絕緣不好、接線松動(dòng)導(dǎo)致信號(hào)不正常從而引起控制閥動(dòng)作不正常。

4)由于保養(yǎng)不到位導(dǎo)致定位器進(jìn)水，氣缸腐蝕漏氣，氣源管卡套脫落漏氣等原因引起控制閥動(dòng)作不正常。

5)由于巡查不細(xì)致，隱患未及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致進(jìn)一步擴(kuò)大，最終引起控制閥動(dòng)作異常。

分析上述故障原因，提出解決方案如下： 日常應(yīng)做好維修保養(yǎng)和巡檢工作，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理；當(dāng)控制閥開(kāi)度出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)及時(shí)檢查PID參數(shù)設(shè)置是否正確并及時(shí)調(diào)整參數(shù)。

2.6 氣動(dòng)元件損壞或者氣源壓力偏低導(dǎo)致控制閥故障及對(duì)策

由氣動(dòng)元件損壞或者氣源壓力偏低導(dǎo)致控制閥故障如下：

1)氣源軟管老化破損或者不銹鋼氣源管漏氣導(dǎo)致氣源壓力偏低，使控制閥動(dòng)作出現(xiàn)異常。

2)空氣過(guò)濾器斷裂或者過(guò)濾器濾芯過(guò)臟導(dǎo)致控制閥動(dòng)作出現(xiàn)異常。

3)氣源壓力偏低或者氣源未開(kāi)導(dǎo)致控制閥動(dòng)作出現(xiàn)異常。

分析上述故障原因，提出解決方案如下：

1)更換質(zhì)量更好的氣源軟管或者空氣過(guò)濾器；定期巡檢，發(fā)現(xiàn)氣源軟管或者空氣過(guò)濾器有破損漏氣跡象時(shí)，或者濾芯過(guò)臟需找機(jī)會(huì)盡快更換。

2)調(diào)整氣源壓力滿足氣動(dòng)閥門最小氣源壓力要求。

3 控制閥故障實(shí)例分析

以某1 Mt/a 化學(xué)漂白木漿廠工程調(diào)試運(yùn)行期間控制閥所發(fā)生的故障為實(shí)例進(jìn)行分析，通過(guò)幾個(gè)典型的故障事例進(jìn)行分析，具體情況見(jiàn)表1所列。

表1 制漿車間調(diào)試試運(yùn)行期間控制閥故障統(tǒng)計(jì)

1)輔助工段白液槽出口控制閥故障。白液槽出口控制閥不能動(dòng)作，拆開(kāi)閥體檢查，閥門結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致閥體卡死使閥門不能動(dòng)作。經(jīng)檢查，球閥的閥芯與閥座之間有死角，介質(zhì)容易沉積，易造成結(jié)垢卡死。故障處理方式： 定期拆開(kāi)閥門進(jìn)行清洗，必要時(shí)打磨閥芯，更換旋塞型控制閥或者氣動(dòng)隔膜閥。改善效果： 每3個(gè)月一次停車檢修清洗閥體后，再未出現(xiàn)閥體結(jié)垢卡死故障。

2)鍋爐主給水控制閥故障。鍋爐主給水控制閥從調(diào)試完到投運(yùn)以來(lái)，時(shí)常發(fā)生內(nèi)漏，分析閥體腐蝕的現(xiàn)象，主要原因?qū)儆谄g。引起閥體汽蝕的主要原因是控制閥進(jìn)口壓力大，因此需要降低控制閥進(jìn)口壓力。故障處理方式： 降低給水泵的揚(yáng)程，在泵的葉輪位置上安裝導(dǎo)流套；在運(yùn)行中注意鍋爐蒸汽運(yùn)行情況，增加閥出口壓力，降低閥進(jìn)口壓力；在安裝階段，需將閥門拆下來(lái)沖洗管道，在運(yùn)行時(shí)，注意定期清洗閥體。通過(guò)這些措施的調(diào)整，控制閥從2015年運(yùn)行至今，未出現(xiàn)損壞情況。

3)制漿車間未漂塔稀釋水泵已經(jīng)開(kāi)啟，但管道內(nèi)無(wú)流量，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)因閥門前后差壓變化大，當(dāng)介質(zhì)通過(guò)閥內(nèi)部時(shí)，流通面積急劇變化，流通變得不穩(wěn)定，對(duì)閥板產(chǎn)生巨大沖擊力，當(dāng)閥板長(zhǎng)期受沖擊力作用時(shí)，使閥板和插銷之間受到應(yīng)變力作用，金屬產(chǎn)生疲勞，導(dǎo)致蝶閥固定插銷脫落。故障處理方式： 對(duì)重要工段蝶閥插銷點(diǎn)焊加固，更換成一體式蝶閥閥板。改善效果： 在該段對(duì)蝶閥插銷點(diǎn)焊加固后，未再出現(xiàn)插銷脫落問(wèn)題。

4)制漿車間內(nèi)振動(dòng)大，濕度和溫度高的地方，控制閥定位器頻繁損壞，導(dǎo)致閥門不能動(dòng)作。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)因管道振動(dòng)較大，周圍環(huán)境溫度高，濕度大，導(dǎo)致定位器電路板損壞。故障處理方式： 將定位器反饋與檢查部分分離，避免了因管道振動(dòng)大，周圍環(huán)境溫度高，濕度大而損壞定位器內(nèi)部精密零件。改善效果： 經(jīng)過(guò)定位器分離后，再未出現(xiàn)因管道振動(dòng)而出現(xiàn)閥門損壞情況。

通過(guò)以上改善措施，使制漿車間控制閥由原來(lái)每月發(fā)生20多起故障，降低到每月發(fā)生2起以下，甚至零故障，使控制閥故障率大幅降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)控制閥故障原因分析，采取合適的處理方式和改善方法，可以大幅降低控制閥故障率，提高控制閥利用率，確保閥門長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行對(duì)穩(wěn)定制程生產(chǎn)有很大的作用，可以大幅提高生產(chǎn)效益，另外該控制閥故障總結(jié)對(duì)儀表維護(hù)和工程技術(shù)人員有一定的參考價(jià)值。