调节阀的维护和在应用中的技术问题探讨

HEATS · 发表于 2010-9-14 08:51:15

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　　摘要:本文主要论述了调节阀应用中需要注意的几个技术方面和维护方面的问题，并结合实际提出解决对策。

　　关键词:调节阀选型安装应用

　　序言

　　在自动化程度较高的炼油化工控制系统中，调节阀作为自动调节系统的终端执行装置，接受控制信号实现对炼油化工流程的调节。作为最终控制过程介质各项质量及安全生产指标的调节阀，它在稳定生产、优化控制、维护及检修成本控制等方面都起着举足轻重的作用。以炼油化工厂为例，随着装置高负荷运行，调节阀的卡堵、腐蚀、冲刷、磨损、振动、内漏等问题不断发生，从而导致调节阀的使用寿命缩短、工作可靠性下降、进而引起工艺系统和装置的生产效率下降。因此，在原始施工中选择和安装好调节阀及日后维护好调节阀，使调节阀在一个高水平状态下运行将是一个很关键的问题。结合实际工程施工和日常维护谈几点个人的看法，供大家叁考。

　　1 调节阀的选型和安装

　　选择调节阀时，首先要收集完整的工艺流体的物理特性参数与调节阀的工作条件，主要流体的成份、温度、密度、粘度、正常流量、最大流量、最小流量、最大流量与最小流量下的进出口压力、最大压差等。而在技术方面主要掌握和确定调节阀本身的结构、流量特性、额定流量系数Kv值、口径大小、工艺允许压差计算及执行机构的选择、材料和安装等方面的内容。选择和安装调节阀时一般应遵循的原则有如下几点。

　　1.1 调节阀的选型

　　1.1.1调节阀的结构型式：应能满足介质温度、压力、流动性、流向、调节范围以及严密性的要求。

　　1.1.2 调节阀的流量特性：应能满足系统特性进行合理的补偿。

　　调节阀的流量特性是指介质流过阀的相对流量与阀杆相对位移间的关系，(1)数学表达式如下：

　　Q/Qmax=f(l/L)　　 (1)

　　式中Q/Qmax为相对流量，为调节阀在某一开度时流量Q与全开流量Qmax之比；l/L为相对位移，调节阀在某一开度时阀芯位移l与全开位移L之比。

　　选择的总体原则是调节阀的流量特性应与调节对象特性及调节器特性相反，这样可使调节系统的综合特性接近于线性。选择流量特性通常在工艺系统要求下进行，但是还要考虑下述实际情况。

　　1)直线性流量特性适用范围：①差压变化小，几乎恒定；②工艺流程的主要参数的变化呈线性；③系统压力损失大部分分配在调节阀上(改变开度，阀上差压变化相对较小)；④外部干扰小，给定值变化小，可调范围要求小。

　　2)等百分比特性适用范围：①实际可调范围大；②开度变化，阀上差压变化相对较大；③管道系统压力损失大；④工艺系统负荷大幅度波动；⑤调节阀经常在小开度下运行。

　　3)除了以上两种常用的流量特性之外，还有抛物线特性和快开特性等其他流量特性的调节阀。

　　1.1.3 调节阀的口径：应能满足工艺上对流量的要求。

　　根据已知的流体条件，计算出必要的Kv值，选取合适的调节阀口径。

　　1.1.4 调节阀的材料：应能满足介质的温度、压力、压差、腐蚀性的要求。

　　(1)流体的压力和温度对材料的影响。

　　(2)流体腐蚀性对材料的影响。

　　(3)流体的空化现象或泥浆流体对材料的影响。

　　(4)从结构上考虑，材料组配是否有问题。

　　1.1.5

　　调节阀执行机构输出力：应能满足现场使用压差的要求，其刚度应满足系统稳定的要求；开关型式应满足系统安全运行的要求。

　　1.1.6

　　调节阀在选择时，同时要考虑在特殊情况下，通过阀门定位器、电磁阀、限位开关等辅助装置使阀门应满足运作时间、分程控制等要求。

　　1.2 调节阀的安装

　　1.2.1在新安装的调节阀投运和大修投运初期，要注意工艺管道吹扫时采取隔离或拆除措施，以防止由于管道内焊渣、铁锈等在节流口、导向部位造成堵塞使介质流通不畅，进口泵卡斯特红酒或调节阀检修中填料过紧，造成摩擦力增大，导致小信号不动作大信号动作过头的现象。

　　1.2.2 在安装调节阀时要注意调节阀的气开和气关，以防止由于阀杆长短不适，造成阀内漏。气开阀阀杆太长和气关阀阀杆太短，容易造成阀芯和阀座之间有空隙，不能充分接触，导致关不严而内漏。

　　1.2.3 为防止气蚀，在原始选型和安装时应注意以下几点：

　　(1)尽量将调节阀安装在系统的最低位置处，这样可以相对提高调节阀入口P1和出口P2的压力。

　　(2)在调节阀的上游或下游安装一个截止阀或者节流孔板来改变调节阀原有的安装压降特性(这种方法一般对于小流量情况比较有效)。

　　(3)用专门的反气蚀内件也可以有效地防止闪蒸或气蚀，它可以改变流体在调节阀内的流速变化，从而增加了内部压力。

　　(4)尽量选用材质较硬的调节阀，因为在发生气蚀时，对于这样的调节阀，它有一定的抗冲蚀性和耐磨性，可以在一定的条件下让气蚀存在，并且不会损坏调节阀的内件。相反，对于软性材质的调节阀，由于它的抗冲蚀性和耐磨性较差，当发生气蚀时，调节阀的内部构件很快就会被磨损，因而无法在有气蚀的情况下正常工作。

　　1.2.4 调节阀一般应直立安装，如需倾斜则应加以支撑。

　　1.2.5 介质流向必须与阀体箭头一致。

　　1.2.6 调节阀的安装位置应便于观察、操作和维护。

　　1.2.7 执行机构的信号管营有足够的伸缩余度，不应妨碍执行机构的动作。

　　2 影响调节阀安全运行的因素及对策

　　2.1 调节阀内漏

　　2.1.1 阀内漏，阀杆长短不适。

　　阀内漏的原因：气开阀，阀杆太长和气关阀阀杆太短，阀杆向上的(或向下)的距离不够，造成阀芯和阀座之间有空隙，不能充分接触，导致关不严而内漏。

　　解决对策：应缩短(或延长)调节阀阀杆使阀杆长度合适，使其不再内漏。

　　(1)填料泄漏

　　填料泄漏的原因：①填料装入填料函以后，经压盖对其施加轴向压力。由于填料的塑性，使其产生径向力，并与阀杆紧密接触，但这种接触并不是非常均匀的。有些部位接触的松，有些部位接触的紧，甚至有些部位没有接触上；②调节阀在使用过程中，阀杆同填料之间存在着相对运动，随着高温、高压和渗透性强的流体介质的影响，调节阀填料函也是发生泄漏现象较多的部位；③造成填料泄漏的主要原因是界面泄漏，对于纺织填料还会出现渗漏(压力介质沿着填料纤维之间的微小缝隙向外泄漏)；④阀杆与填料间的界面泄漏是由于填料接触压力的逐渐衰减，填料自身老化等原因引起的，这时压力介质就会沿着填料与阀杆之间的接触间隙向外泄漏。

　　解决对策：①为使填料装入方便，在填料函顶端倒角，在填料函底部放置耐冲蚀的间隙较小的金属保护环(与填料的接触面不能为斜面)，以防止填料被介质压力推出；②填料函各部位与填料接触部分的金属表面要精加工，以提高表面光洁度，减少填料磨损；③填料选用柔性石墨，因其具有气密性好，摩擦力小，长期使用后变化小，磨损的烧损小，维修容易，压盖螺栓重新拧紧后摩擦力不发生变化的特点。通过以上几点可保证填料密封的可靠性和长期性。

　　(2)调节阀阀芯、阀座变形泄漏

　　阀芯、阀座泄漏的主要原因是由于调节阀生产过程中的铸造或锻造缺陷可导致腐蚀的加强。而腐蚀介质的通过，流体介质的冲刷也可造成调节阀的泄漏。腐蚀主要以侵蚀或气蚀的形式存在。当腐蚀性介质在通过调节阀时，便会产生对阀芯、阀座材料的侵蚀和冲击使阀芯、阀座成椭圆形或其他形状，随着时间的推移，导致阀芯、阀座不配套，存在间隙，关不严发生泄漏。

　　解决对策：关键把好阀芯、阀座的材质的选型关、质量关。选择耐腐蚀材料，对麻点、沙眼等缺陷的产品坚决剔除。若阀芯、阀座变形不太严重，可经过细砂纸研磨，消除痕迹，提高密封光洁度，以提高密封性能。若损坏严重，则应重新更换新阀。

　　2.2 调节阀磨损故障

　　阀体或阀内部件磨蚀。

　　磨蚀的主要原因：液体速度太高，液体中有颗粒空带或闪蒸。

　　解决对策：增大阀内件或阀门尺寸，以降低流体速度；阀体改流向性结构，以减少流体的撞击；阀体、阀内件材料增加硬度；改变阀内件结构，以降低流速；避免空带作用，改用低压恢复阀门；用不锈钢材料焊接处理。

　　2.3 振荡

　　振荡的原因：①调节阀的弹簧刚度不足，调节阀输出信号不稳定而急剧变动易引起调节阀振荡；②管道、基座剧烈振动，使调节阀随之振动；③选型不当，调节阀工作在小开度存在着急剧的流阻、流速、压力的变化，当超过阀刚度，稳定性变差，严重时产生振荡。

　　解决对策：由于产生振荡的原因是多方面的，因此具体问题具体分析。对振动轻微的振动，可增加刚度来消除。①如选用大刚度弹簧，改用活塞执行结构；②管道、基座剧烈震动通过增加支撑消除振动干扰；③工作在小开度造成的振荡，则是选型不当流通能力Kv值选大，必须重新选型流通能力Kv值较小的或采用分程控制来解决。

　　2.4 阀门定位器故障

　　普通定位器采用机械式力平衡原理工作，即喷嘴挡板技术，主要存在以下故障类型：

　　2.4.1因采用机械式力平衡原理工作，其可动部件较多，容易受温度，振动的影响，造成调节阀的波动。

　　2.4.2采用喷嘴挡板技术，由于喷嘴孔很小，易被灰尘或不干净的气源堵住，定位器不能正常工作。

　　2.4.3采用力的平衡原理，弹簧的弹性系数在恶劣现场下发生改变，造成调节阀非线性导致控制质量下降。

　　2.4.4由于电器接口密封不严，水自穿线管流进定位器，造成线圈短路或断路，定位器不能正常工作。

　　解决对策：安装时将定位器固定牢，电器接口密封严，提高净化风质量，定期对净化风排污；

　　2.5 调节阀卡堵

　　卡堵的原因：在新投运系统和大修投运初期，由于管道内焊渣、铁锈等在节流口、导向部位造成堵塞使介质流通不畅，或调节阀检修中填料过紧，造成摩擦力增大，导致小信号不动作大信号动作过头的现象。

　　解决对策：可迅速开、关副线或调节阀，让脏物从副线或调节阀处被介质冲跑。另一办法用管钳夹紧阀杆，在外加信号压力情况下，正反用力旋动阀杆，让阀芯闪过卡处。若不能则增加气源压力增加驱动功率反复上下移动几次，即可解决问题。如若仍不动作，则需解体处理。

　　2.6 调节阀动作故障

　　2.6.1 阀门没有动作。

　　产生的原因：没有气源或气源压力不足；执行机构故障泄露；调节阀无输出信号；供气管断裂、变形、接头损坏漏气；流动方向不正确，带力过大、使阀门脱落、脱杆；高温部位阀内件卡死，损坏。

　　解决对策：检查气源，解体检查阀门、重新配置轴和轴套的间隙，重新校正方向，进行修理。

　　阀门不能达到额定行程。

　　产生原因：定位器没有校准，行程调整不当；执行机构弹簧额定值太小；手动机构限位位置不准。

　　解决对策：校准定位器，重新更换弹簧。

　　阀门动作迟缓或缓慢。

　　产生原因：填料摩擦大、变质老化；活塞执行机构摩擦过大；轴承摩擦力大。

　　解决对策：更换修理、重新调整损坏件或清洗研磨气缸及活塞。

　　4 结论

　　调节阀的选型和应用是一个专业性强、涉及的技术领域广的系统工作，要做好这个工作，不仅要在选型和安装上把好关，而且要结合实际使用经验来综合分析判断，做到理论和实践科学地结合起来。采取适当的处理、改进办法，掌握其性能，提高维护水平，将大大降低仪表故障率，对流程工艺的生产效率和经济效益的提高以及能源消耗的降低都有着重要作用，可有效提高调节系统的质量，从而确保生产装置长周期运行。

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