調(diào)節(jié)閥的使用與故障對(duì)策分析

陳建偉

[摘 ? ?要]隨著工業(yè)氣體行業(yè)以及上下游等相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化運(yùn)行水準(zhǔn)的要求也逐漸提升。在這些化工產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化水準(zhǔn)提升的同時(shí)，大型流程工業(yè)企業(yè)在發(fā)展當(dāng)中所產(chǎn)生的各類(lèi)自動(dòng)化設(shè)備的使用、維修等環(huán)節(jié)都會(huì)遇到對(duì)于調(diào)節(jié)閥的相關(guān)故障的檢測(cè)分析，對(duì)于調(diào)節(jié)閥的使用與相關(guān)故障檢測(cè)分析，是每個(gè)企業(yè)在日常運(yùn)行和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展當(dāng)中的重要基礎(chǔ)保障，只有對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行預(yù)判性的故障分析，才能夠保障聯(lián)合裝置的安全運(yùn)行和生產(chǎn)效益的提升。對(duì)此，就調(diào)節(jié)閥的使用進(jìn)行探討和研究，針對(duì)其使用故障的對(duì)策加以闡述。

[關(guān)鍵詞]調(diào)節(jié)閥;故障;分析

[中圖分類(lèi)號(hào)]TH134 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）08–00–03

[Abstract]With the continuous development of industrial gas industry and upstream and downstream manufacturing industry economy， the requirements of industrial automation operation level are gradually improved. While the automation level of these chemical industries is improving， the use and maintenance of various types of automation equipment produced in the development of large-scale process industry enterprises will often encounter the detection and analysis of the relevant faults of the control valve. The detection and analysis of the use and related faults of the control valve is an important basic guarantee for each enterprise in its daily operation and long-term development， Only the predictive fault analysis of the control valve can effectively guarantee the safe operation of the combined plant and improve the production efficiency. In this regard， this paper will be based on the use of control valve for in-depth discussion and research， and for its use of fault countermeasures to be described in detail.

[Keywords]control valve; failure; analysis

1 調(diào)節(jié)閥的選型與安裝

調(diào)節(jié)閥一般會(huì)按照能源形式劃分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三種類(lèi)型。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥通過(guò)壓縮空氣作為主要能源來(lái)源，其優(yōu)勢(shì)在與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作平穩(wěn)可靠、本質(zhì)防爆、價(jià)格較為適合，而且維護(hù)起來(lái)也十分便利，正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在液化行業(yè)中。

以天然氣初加工裝置為例，隨著各種調(diào)節(jié)閥裝置在長(zhǎng)時(shí)間和強(qiáng)負(fù)荷的運(yùn)行下，調(diào)節(jié)閥難免就會(huì)在日常的使用中發(fā)生各種故障現(xiàn)象，比如泄漏、振動(dòng)噪音過(guò)大、磨損腐蝕、堵塞等。這些問(wèn)題的出現(xiàn)，使調(diào)節(jié)閥的使用時(shí)間與最終的應(yīng)用壽命大幅縮短，工作的可靠性能不斷降低，以至于難以保障裝置的正常穩(wěn)定運(yùn)行。在選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)，需要對(duì)工藝介質(zhì)的相關(guān)參數(shù)與調(diào)節(jié)閥的工作條件進(jìn)行了解，其介質(zhì)的組成包括：黏度、流量、密度、溫度、進(jìn)出口壓力以及壓差等。另外，還有確定調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)、額定流量系數(shù)、流量的特性、口徑大小、工藝壓差計(jì)算、材料與安裝的各個(gè)方面內(nèi)容。在選擇與安裝調(diào)節(jié)閥時(shí)還需要遵循以下幾個(gè)關(guān)鍵的原則。

1.1 調(diào)節(jié)閥的主要選型

調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)需要滿足工藝介質(zhì)的溫度、壓力、流動(dòng)性、調(diào)節(jié)范圍、流向、嚴(yán)密性的基本要求。比如，在深冷裝置A0201干燥器工藝的標(biāo)準(zhǔn)要求中，此單元調(diào)節(jié)閥需要具有很大的流量系數(shù)、調(diào)節(jié)的比例需要加大、壓差的變化也會(huì)很大，并且其密封性也是主要的標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)。當(dāng)前，深冷裝置使用的凸輪撓曲閥相對(duì)適合日常的運(yùn)行。

1.2 調(diào)節(jié)閥的基本安裝

調(diào)節(jié)閥的上游管道、容器需要更換或者大范圍維修時(shí)，所采取的工藝管道吹掃，必須要提前拆除下游的調(diào)節(jié)閥，這是為了有效防止管道出現(xiàn)焊渣或者是鐵銹的情況，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)堵塞，致使介質(zhì)流動(dòng)不暢。在調(diào)節(jié)閥的檢修過(guò)程中，需要注重不用將填料加裝的過(guò)于緊密，從而產(chǎn)生摩擦力過(guò)大，調(diào)節(jié)閥的輸出運(yùn)行產(chǎn)生不穩(wěn)。

另外，在安裝調(diào)節(jié)閥時(shí)，務(wù)必要注重調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)與氣關(guān)，這是為了防止因?yàn)殚y桿的長(zhǎng)短不適，導(dǎo)致閥內(nèi)滲漏的情況發(fā)生。而且，需要盡量將調(diào)節(jié)閥安裝在系統(tǒng)的最低位置區(qū)域，這樣能夠相對(duì)提升調(diào)節(jié)閥入口以及出口的壓力，可以盡量去選擇一些具有耐磨性、抗沖性、材質(zhì)方面較為堅(jiān)硬的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行安裝使用。

2 調(diào)節(jié)閥的使用與故障分析

2.1 調(diào)節(jié)閥使用中的卡堵故障

調(diào)節(jié)閥會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)部卡堵的情況，這類(lèi)情況在新投入運(yùn)行的系統(tǒng)或者是大修投運(yùn)使用的初期階段出現(xiàn)。因?yàn)楣艿赖膬?nèi)部焊渣、鐵銹堆積在節(jié)流口、導(dǎo)向部位或者是下閥蓋平孔內(nèi)，都會(huì)產(chǎn)生卡堵現(xiàn)象，促使閥芯的曲面、導(dǎo)向面誘發(fā)拉傷或者是劃痕，還有很多是籠式閥的套筒表面出現(xiàn)雜質(zhì)的情況，進(jìn)而導(dǎo)致整體性行程動(dòng)作的不流暢。另外，在調(diào)節(jié)閥使用時(shí)定期檢修環(huán)節(jié)填料的處理過(guò)緊，導(dǎo)致大幅度增強(qiáng)摩擦力，產(chǎn)生了小信號(hào)沒(méi)有動(dòng)作，而大信號(hào)的動(dòng)作卻過(guò)頭。如果在日常使用中出現(xiàn)類(lèi)似的情況，就需要采取一些應(yīng)對(duì)策略，才能夠解決調(diào)節(jié)閥卡堵的情況。

2.2 調(diào)節(jié)閥使用中的噪音故障

調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生噪音的原因，就是在調(diào)節(jié)閥使用過(guò)程中控制高壓差介質(zhì)流而產(chǎn)生的，在一些化工企業(yè)的日常生產(chǎn)中，噪音可以稱得上是主要的污染源頭，其所指的一般來(lái)說(shuō)都是閥內(nèi)件所引發(fā)的噪音現(xiàn)象。

2.3 調(diào)節(jié)閥使用中的泄漏故障

在調(diào)節(jié)閥使用過(guò)程中，會(huì)遭受到溫度、壓力、滲透性極強(qiáng)的流動(dòng)介質(zhì)所影響。填料裝入到填料函之后，經(jīng)由壓蓋并增加軸向壓力，因?yàn)樘盍暇哂兴苄?，進(jìn)而產(chǎn)生了徑向力，并和閥桿之間有了更為緊密的接觸，以此達(dá)到密封的功能。一旦某些部位呈現(xiàn)出緊密度不均勻，有些部位松散，而另一些部位過(guò)于壓緊就容易導(dǎo)致填料變形。調(diào)節(jié)閥在使用環(huán)節(jié)中，其閥桿與填料之間潛在著一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此運(yùn)動(dòng)就被稱為軸向運(yùn)動(dòng)。填料受力不均勻也會(huì)引起閥桿軸向運(yùn)動(dòng)的不連續(xù)，更易產(chǎn)生該部位的泄漏。

而調(diào)節(jié)閥在使用時(shí)，調(diào)節(jié)閥填料函也是產(chǎn)生泄漏情況比較多的位置。產(chǎn)生填料泄漏的根本原因就是由于界面泄漏的情況，其閥桿和填料之間的界面泄漏是因?yàn)樘盍侠w維所產(chǎn)生的微小間隙而引發(fā)的向外泄漏，接觸的壓力不斷減弱，還包括填料本身產(chǎn)生的老化原因所引發(fā)的泄漏故障。

2.4 調(diào)節(jié)閥使用中的振蕩故障

調(diào)節(jié)閥在長(zhǎng)期使用中由于其彈簧的強(qiáng)度不足，調(diào)節(jié)閥的輸出信號(hào)不夠穩(wěn)定從而加劇轉(zhuǎn)變，引發(fā)調(diào)節(jié)閥的振蕩情況。當(dāng)閥門(mén)的振動(dòng)頻率和上下游管道的固有頻率相同或者近似的時(shí)候，就會(huì)引起整個(gè)管系的劇烈振動(dòng)，這在大流量氣體排放的工況下極易發(fā)生。如果選型不佳，那么調(diào)節(jié)閥整體工作在小開(kāi)度中潛在著急劇的流速、流阻以及壓力的變化，一旦超出了閥本身的剛度，其穩(wěn)定性就會(huì)急劇降低，造成整體自動(dòng)化運(yùn)行的故障。

2.5 調(diào)節(jié)閥使用中的閥門(mén)定位器故障

一般調(diào)節(jié)閥中所應(yīng)用的定位器都是普通機(jī)械式的平衡原理工作形式，應(yīng)用的都是噴嘴擋板或壓電閥技術(shù)，閥門(mén)定位器故障主要分為以下幾種類(lèi)型。

（1）由于機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)的工作原理，可動(dòng)部件較多，極易受到溫度和振動(dòng)的影響，引起調(diào)節(jié)閥的大幅度波動(dòng)。

（2）噴嘴擋板技術(shù)，因?yàn)閲娮炜缀苄?，在儀表氣源不干凈的時(shí)候，尤其在剛開(kāi)車(chē)的時(shí)候，極易造成堵塞，這樣定位器就無(wú)法正常的工作。而壓電閥的高靈敏度有時(shí)反而會(huì)引起定位器的振蕩。

（3）運(yùn)用力學(xué)平衡原理，彈簧的彈性系數(shù)在較為惡劣環(huán)境中產(chǎn)生了明顯的轉(zhuǎn)變，造成調(diào)節(jié)閥的非線性情況，也使整體的控制質(zhì)量降低。

3 調(diào)節(jié)閥的故障解決對(duì)策

3.1 調(diào)節(jié)閥卡堵

（1）清洗法。在調(diào)節(jié)閥使用中，可以定期對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行清洗，將調(diào)節(jié)閥拆開(kāi)，將內(nèi)部的堵塞渣物清洗掉。如果是密封面受到了一定的磨損還需要檢修研磨，并將底塞打開(kāi)，這樣便于清洗平衡孔掉在下閥蓋中的渣物。而且，要在投運(yùn)前對(duì)管路進(jìn)行沖洗，讓調(diào)節(jié)閥保持全開(kāi)，介質(zhì)就會(huì)在流動(dòng)一段時(shí)間之后，投入到正常的運(yùn)行狀態(tài)中。

（2）增大節(jié)流間隙。如果介質(zhì)中的固體顆?；蛘呤枪艿乐斜粵_刷掉的各種焊渣銹物等情況，無(wú)法通過(guò)節(jié)流口而造成堵塞或者卡堵的故障，就可以改變節(jié)流的間隙，改用節(jié)流間隙大的節(jié)流體，以節(jié)流面積有效為開(kāi)窗、開(kāi)口類(lèi)型的閥芯、套筒進(jìn)行調(diào)整，主要是因?yàn)楣?jié)流面積中并不是以圓周進(jìn)行分布的，故障就會(huì)較為簡(jiǎn)單地被排除。但是，如果是單、雙座閥就可以將柱塞型閥芯改造成V字形的閥芯，這樣就能夠有效解決調(diào)節(jié)閥卡堵的現(xiàn)象，并保障正常的運(yùn)行。

3.2 調(diào)節(jié)閥的噪音處理

在對(duì)調(diào)節(jié)閥噪音故障處理時(shí)，一般都會(huì)針對(duì)兩個(gè)方面進(jìn)行

分析：

（1）氣體噪音。閥芯與其他組件都會(huì)存在固有的振動(dòng)頻率，面對(duì)這樣的情況可以通過(guò)一體化的閥芯閥桿結(jié)構(gòu)來(lái)改變閥芯的原有特性。氣體介質(zhì)大壓降往往是產(chǎn)生噪音的主要工況，釆用多級(jí)籠式內(nèi)件或多級(jí)降噪板可以獲得較好的效果。

（2）液體氣蝕。液體介質(zhì)在調(diào)節(jié)閥內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)時(shí)，壓降超過(guò)其飽和蒸汽壓，空化現(xiàn)象就發(fā)生，氣泡破裂會(huì)產(chǎn)生速度極快的沖擊，不僅損壞閥內(nèi)件，而且造成強(qiáng)烈的喘流，從而產(chǎn)生氣蝕噪音，這是液體噪音的根源所在，也是閥門(mén)受損壞最為嚴(yán)重的情況之一。消除與減少氣蝕能夠降低此類(lèi)噪音，而在實(shí)際的解決對(duì)策中，主要是應(yīng)用多級(jí)迷宮式的閥內(nèi)件，促使介質(zhì)在流道內(nèi)逐步減壓以避免氣泡破裂現(xiàn)象的發(fā)生，通過(guò)閥內(nèi)彎曲和凹凸的流道系統(tǒng)進(jìn)行衰減，會(huì)不斷降低液體的流速與漩渦的運(yùn)行大小，以達(dá)到根本性的解決。

因此，這兩種情況在設(shè)計(jì)階段就必須要將所有可能的工況都要考慮到，才能確保投運(yùn)后不發(fā)生。

3.3 調(diào)節(jié)閥泄漏的解決方法

（1）增加密封油脂法。對(duì)油脂不敏感的介紹質(zhì)，可以使用過(guò)帶密封脂的填料，可以增強(qiáng)閥桿的密封性功能同時(shí)還可以提升閥門(mén)運(yùn)動(dòng)的順暢性。

（2）增加填料法。為了能夠有效提高填料對(duì)于閥桿的密封性能，可以應(yīng)用增加填料的方式。一般而言是選擇雙層、多層的混合填料形式。更優(yōu)的方法是釆用彈簧加載型填料，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

（3）替換石墨填料法。四氟填料可以滿足絕大多數(shù)工況，主要是因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥的工作溫度一般都處于–20℃～200℃，如果閥門(mén)的工作溫度呈現(xiàn)周期性的變化或者長(zhǎng)期工作在比較接近四氟填料的溫度上限，會(huì)促使其老化程度加快，壽命明顯縮減。柔性石墨填料能夠有效克服并摒除這些缺點(diǎn)，其超寬的溫度范圍，特有的自潤(rùn)滑作用，而且使用壽命也會(huì)相應(yīng)增加。有些企業(yè)甚至?xí)繉⑺姆盍险{(diào)整為石墨填料，不過(guò)使用石墨填料具有較大的回差，在初期應(yīng)用時(shí)需要慎重考慮。

3.4 調(diào)節(jié)閥振蕩故障處理

大部分情況是因?yàn)閺椈傻膭偠炔蛔悖敵鲂盘?hào)在全行程范圍內(nèi)增益不穩(wěn)定而引發(fā)調(diào)節(jié)閥振蕩故障;也有是與管系發(fā)生共振導(dǎo)致閥門(mén)的反饋機(jī)構(gòu)不能持續(xù)穩(wěn)定地輸出行程位置，致使定位器產(chǎn)生信號(hào)振蕩;或者材料選用不恰當(dāng)，當(dāng)環(huán)境溫度劇變時(shí)引起定位器反饋桿故障。振蕩的原因可以是多方面的，要以具體問(wèn)題展開(kāi)具體化的分析。對(duì)于單純性振蕩的情況下，可增加剛度來(lái)消除。而管道、基座的劇烈振動(dòng)引起的閥門(mén)不穩(wěn)定，應(yīng)消除管道的振動(dòng)諸如增加支撐點(diǎn)等。選閥時(shí)，如果頻率和系統(tǒng)的頻率能夠保持一致，那么就要更換不同結(jié)構(gòu)的閥。另外，工作在小開(kāi)度所引起的振蕩往往是設(shè)計(jì)選型不佳而引起的，這時(shí)候就需要再次選型流動(dòng)能力值較小或者是應(yīng)用分程控制、子母閥來(lái)應(yīng)對(duì)調(diào)節(jié)閥在工作運(yùn)行中的小開(kāi)度情現(xiàn)象。

4 高效率的閥門(mén)診斷系統(tǒng)

根據(jù)VDR的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，將近60%的閥門(mén)故障可以提前預(yù)判。建立在大量的各種類(lèi)型調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行和故障數(shù)據(jù)之上而研發(fā)的閥門(mén)診斷系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控閥門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)上述可能出現(xiàn)的調(diào)節(jié)閥的故障提供預(yù)判性的處理對(duì)策，進(jìn)行針對(duì)性的檢修，減少維修時(shí)間，大幅降低因調(diào)節(jié)閥的意外故障而導(dǎo)致的重大損失。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，調(diào)節(jié)閥作為現(xiàn)代化工自動(dòng)化的重要設(shè)備組成部分，在連續(xù)工藝自動(dòng)化生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中有著不可忽視的重要地位。因此，必須要針對(duì)調(diào)節(jié)閥的使用與故障進(jìn)行預(yù)判性的分析與檢測(cè)，利用基于大數(shù)據(jù)分析的診斷系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)閥的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，全面保障調(diào)節(jié)閥的可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢(qián)錦遠(yuǎn)，仇暢，金志江.流量特性在線可調(diào)式調(diào)節(jié)閥[J].閥門(mén)，2021（2）：57-59.