上海滬工閥門廠(集團)有限公司

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滬工閥門

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摘要:在自動控制系統中調節閥的性能不僅直接影響自動化水平,而且也關系到機組的安全和經濟運行。結合生產實踐,簡要介紹了各種形式調節閥的性能,選用時應考慮的主要因素,日常維護保養及常見故障的處理方法。

關鍵詞:調節閥;選型;維護;故障處理;

1 概述

在電廠自動控制系統中,調節閥是常見的一種執行器。自動控制系統中先進的控制理論、卓越的設計理念、獨特的控制算法和復雜的控制策略均由執行器對被控對象進行作用的。因此,正確選取調節閥的結構形式、流量特性和流通能力,以及執行機構的輸出力矩、推力與行程,對于自動控制系統的安全性、穩定性、經濟性和可靠性有著十分重要的作用。選型與計算相比,選型的難度更大,出現的問題更多,對此應該特別重視。

2 調節閥分類

調節閥按結構特征可分為 9 大類。

直通單座調節閥 該閥應用最廣,具有泄漏小,許用壓差小,流路復雜,結構簡單的特點,故適用于密封要求嚴格,工作壓差小的場合,但小規格的閥(DN < 20mm)也可用于壓差較大的場合。應用中應注意校對許用壓差,防止閥門關不嚴。

② 直通雙座調節閥 該閥具有泄漏大,許用壓差大的特點,故適用于泄漏要求不嚴,工作壓差大的場合,選型時應注意該閥泄漏量大是否能滿足過程控制要求。

③ 套筒閥 套筒閥分為單密封和雙密封 2 種結構,前者類似于單座閥,適用于單座閥場合。后者類似于雙座閥,適用于雙座閥場合。套筒閥還具有穩定性好,裝卸方便的特點,但價格比單和雙座閥高 50%~200%,還需要專用的纏繞密封墊。該閥是僅次于單和雙座閥而應用較為廣泛的閥門。

④ 角型閥 節流形式相當于單座閥,但閥體流路簡單,適用于泄漏要求小,壓差小的及要求直角配管的場合。

⑤ 三通閥 它具有 3 個通道,可代替 2 個直通單座閥用于分流和合流及兩相流溫度差 ≤ 150℃ 的場合。當 DN ≤ 80mm 時,合流閥可用于分流場合。

⑥ 隔膜閥 流路簡單,隔膜具有一定的耐蝕性能,適用于帶雜質的介質、弱腐蝕介質的 2 位切斷場合。

⑦ 蝶閥 它相當于取一直管段做閥體,且閥體又相當于閥座,故“自潔”性能好,體積小,質量輕,適用于帶雜質的介質和大口徑、大流量和高壓差的場合。當 DN>300mm 時,通常選用蝶閥。

球閥 O 形球閥全開時為無阻調節閥,“自潔”性能最佳,適用于雜質較多及含纖維介質的兩位切斷場合。V 形球閥具有近似等百分比的調節特性,適用于帶雜質和含纖維介質可調比較大的調節場合,但該閥價格較高。

⑨ 偏心旋轉閥 該閥介于蝶閥和球閥之間,“自潔”性能好,調節性能好,亦可切斷,故適用于帶雜質的介質和泄漏要求小的調節場合,但該閥價格較高。

這 9 類產品中,前 6 種為直行程調節閥,后 3 種為角行程調節閥。用戶必須弄清楚它們的特點和注意事項。各類變型和改進型產品都是以這 9 類產品為基礎的,弄清這 9 大類產品就容易掌握其他產品的應用了。

3 選型

調節閥選型最基本的條件是要滿足生產過程的溫度、壓力、液位、流量及密封性要求,閥門的工作壓差 < 需用壓差。還需考慮閥門的使用壽命、可靠性、動作速度、流量特性、作用方式、流向、執行機構形式、輸出力矩、剛度、彈簧范圍、材質及經濟性等。在滿足過程控制要求的前提下,所選的閥門應簡單、可靠、價廉、壽命長、維修方便和備件來源及時可靠。避免單純追求好的結構、材質和附件,而忽略了對可靠性和經濟性的考慮。

調節閥選型應提供的工藝參數有溫度和壓力,正常流量時的壓差及切斷時的壓差,流體特性有腐蝕性、粘度、溫度變化對流體特性的影響,系統要求有泄漏量、可調比、動作速度、頻率、線性及噪聲等參數。

4 選材

① 閥體 閥體耐壓等級、使用溫度、耐腐蝕性能等方面應不低于工藝連接管道要求,并優先選用定型產品。水蒸汽、含水較多的濕氣體介質和環境溫度低于 -20℃ 時,不宜選用鑄鐵閥門。

② 內件 非腐蝕性介質一般選用 1Cr18Ni9Ti 或其他不銹鋼。對汽蝕和沖蝕較為嚴重,其介質在直角坐標系中的溫度與壓差曲線上,溫度為 300℃,壓差為 115MPa 兩點連線以外的區域時,應選用耐磨材料,如鈷基合金或表面堆焊史太萊合金等。對硬密封切斷閥,為提高密封面可靠性,應選用耐磨合金。當密封要求十分嚴格時,應選用軟密封(四氟、橡膠)。

③ 溫度 當介質溫度 <-60℃ 時,選用銅或 1Cr18Ni9Ti。溫度在 450~600℃ 時,選用鈦或鉬不銹鋼。當介質溫度 >600℃ 時,應選用耐高溫高強度合金。

5 閥蓋與閥桿密封

通常情況下,介質溫度 <200℃ 時,閥桿密封選用 V 形四氟填料,普通型閥蓋。介質溫度 <450℃ 時,閥桿密封選用 V 形四氟填料,但必須是散熱閥蓋。對直行程類閥,若帶有定位器附件時,對介質溫度 ≤450℃ 高溫閥,仍可選用普通型閥蓋,但閥桿密封必須選用石墨填料。介質溫度 >400℃ 時,需選用散熱型閥蓋,閥桿密封為石墨填料。為增加閥桿密封的可靠性,可選用雙層填料結構。

6 定位器

在如下情況應選用定位器:

  1. 電動儀表控制氣動閥,且為慢速響應系統時。
  2. 需要提高薄膜執行機構輸出力的場合。
  3. 緩慢過程需要提高調節閥響應速度的場合,如溫度、液位及分析等參數。
  4. 需要克服摩擦力,減小過大的回差造成調節品質差的場合,如低溫或采用柔性石墨填料的調節閥。
  5. 調節器比例帶很寬,但又要求閥小信號有響應時,采用無彈簧執行機構調節的系統。帶定位器適用的閥,通常選用 20~100kPa 的彈簧,但為了提高輸出力,可選用氣源壓力 PS=250kPa。對氣開閥可選用 60~180kPa 的彈簧,以增加起點執行機構的輸出力。對氣閉閥可選用 20~100kPa 的彈簧,以增加關閉時執行機構輸出力。

7 安裝

① 一般要求 調節閥應垂直立式安裝在水平管道上,公稱通徑 DN≥50mm 的調節閥,其閥前后管道上應有永久性支架。閥門的安裝位置應方便操作維修,必要時應設置平臺,上、下部分還應留有足夠的空間,以便在維修時取下執行機構和閥內件,以及閥的下法蘭和堵蓋。當調節閥安裝在振動場合時,應考慮防振措施。未安裝閥門定位器的調節閥,膜頭上最好安裝指示控制信號的小型壓力表。調節閥應先檢查校驗,并在管道吹掃后安裝,其連接形式應符合制造廠產品說明書的規定。

② 安全性 閥門在操作的各個環節中(即安裝、試驗、操作和維修),應首先注意人員和設備的安全性。由于閥門切斷后,其壓力還可保持一段時間,因此應有降壓的安全措施,如安裝放空閥或排放閥。對液體介質,應安裝一個能夠限制流量的放空閥,以防過快打開放空閥時水擊所造成的危害。對蒸汽管線,在接近調節閥的上下兩端應當保溫。壓力波動嚴重的地方,應安裝管線緩沖器。

③ 配管 調節閥配管通徑盡量與閥通徑一致,其入口直管段長度 >10 倍管道通徑,出口直管段應為 3~5 倍管道通徑。閥門進出口取壓點的位置為閥前 2 倍管道通徑與閥后 3 倍管道通徑處。調節閥在管道上必須按流動方向箭頭安裝,避免過大的安裝應力。

④ 手動操作 閥門的安裝位置應便于人工操作,并應讓操作人員能夠看到指示器(如液位計)上顯示的參數,還應考慮卸下調節閥手輪機構和定位器等附件的側面空間。

對大口徑和高空安裝的調節閥,要考慮到維護時操作人員有卸下連接螺栓的位置和操作人員的工作位置。

⑤ 信號配件 調節閥信號的配管和配線方案應滿足調節系統的要求。配管宜采用 <6×1 紫銅管,大膜頭調節閥和氣動閥宜采用 <8×1 紫銅管。

8 現場檢測

調節閥的性能指標很多,除安裝前核對產品的檢定和測試證明書外,還應在現場對如下項目進行重點檢測和調校。

① 基本誤差 將 20~100kPa 信號平穩地增大或減小,輸入氣室(或定位器)內,測量各點所對應的行程值,計算出信號 2 行程關系與理論值之間的各點誤差,其最大值即為基本誤差。試驗點應按信號范圍的 0%、25%、50%、75% 和 100% 5 個點進行,測量儀表基本誤差應限于被測閥門基本誤差限的 1/4。

② 回差與始終點偏差 回差與始終點偏差的檢測方法與基本誤差檢測方法相同。在同一輸入信號上測得的正反行程的最大差值即回差。信號上限(始點)處的基本誤差即為始點偏差。信號下限(終點)處的基本誤差即為終點偏差。

③ 泄漏試驗 通常試驗介質為常溫水,當閥的壓差小于 350kPa 時,實驗壓力按 350kPa 做,當閥的工作壓差大于 350kPa 時按允許壓差做。實驗介質應按規定流向進入閥內,閥出口可直接連通大氣或連接出口通大氣的低壓頭損失的測量裝置,在確認閥和下游各連接管完全充滿介質后,方可測取泄漏量。對主要閥門,還要做強壓試驗。

④ 附件 對配套定位器的閥,在運輸和安裝過程中,很容易碰動定位器的反饋板和氣源接頭。因此,在安裝和投運前均應現場調試。

9 現場維護

調節閥必須進行經常維護和定期檢修,尤其對使用條件惡劣和重要場合更應重視維修工作。對于使用在高壓差和腐蝕性介質場合的調節閥,閥體內壁和隔膜經常受到介質的沖擊和腐蝕,應重點檢查耐壓及耐腐蝕情況。固定閥座用的螺紋,其內表面易受腐蝕而使閥座松動,應重點檢查此部位。對高壓差下工作的閥還應檢查閥座密封面是否被沖蝕和汽蝕。閥瓣受介質的沖刷和腐蝕最嚴重,檢修時要認真檢查閥瓣是否被腐蝕和磨損。在高壓差的情況下,閥瓣因汽蝕磨損更嚴重。檢查膜片、O 形圈、聚四氟乙烯填料、密封潤滑油脂和其他密封墊是否裂化或老化,配合面是否損壞,必要時應更換。檢查附件以保證調節閥正常運行。

10 常見故障處理

調節閥現場常見問題是關不嚴,打不開,回差大,泄漏大,振動和振蕩等。

① 閥瓣關不嚴 對氣閉閥解決辦法是增大氣源壓力或調松彈簧預緊力(即降低氣室外起點壓力)。對氣開閥的解決方法是增大彈簧預緊力,同時增大氣源壓力。

② 推桿動作遲鈍或不動作 檢驗膜片、滾動膜片和墊片是否老化或破裂引起漏氣。

③ 回差大 推桿是否彎曲,填料壓蓋是否壓得太緊,尤其是石墨填料,閥瓣導向是否有傷。解決辦法是更換閥桿、填料和強力執行機構,并增大導向間隙。

④ 閥的全行程不夠 松開閥桿連接螺母,將閥桿向外旋或向內伸。使全行程偏差值超過允許值,再將螺母并緊。

⑤ 閥小開度穩定性差 現場首先檢查是否流向裝反了,或閥選得太大。解決辦法改流開安裝,縮小閥芯尺寸。

⑥ 閥的動作不穩定 定位器故障、輸出管線漏氣、執行機構剛度小或流體壓力變化造成推力不足。解決辦法是維修定位器和管線,改用剛度大的執行機構。

⑦ 泄漏量大 檢查密封面是否劃傷,閥座與閥桿連接螺紋是否松動,閥關閉時壓差是否大于執行機構的輸出力。解決辦法是更換密封面,并緊閥座,更換高輸出力的執行機構。

⑧ 急劇振動 當所選閥頻率與系統頻率相同時,便會發生急劇振動,發生這種現象的幾率約 1%。解決辦法是更換不同結構的閥。

⑨ 振蕩 是由于閥處于小開度工作或流向為流閉型所致。解決辦法是避免小開度工作,改流開型工作。

11 結語

隨著機組容量的增大及自動化程度的提高,自動控制系統中的調節閥越來越重要。正確選擇、使用及維護調節閥,不僅能使自控系統穩定運行,減輕操作人員的勞動強度,而且能有效減少機組運行參數的偏差,提高機組的經濟性。


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