1　概述

目前蘭州石化公司化肥廠生產(chǎn)過程自動化程度很高，各個(gè)裝置都使用了大量的自動調(diào)節(jié)閥，用以完成過程自動控制和實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護(hù)功能。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)調(diào)節(jié)閥的使用情況良好，但有部分調(diào)節(jié)閥經(jīng)常出現(xiàn)故障。經(jīng)過大量統(tǒng)計(jì)分析工作，找出了一定的規(guī)律，即非垂直安裝的調(diào)節(jié)閥故障率較高。

2　調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障的原因

該廠各裝置上的調(diào)節(jié)閥，大多是呈垂直方式安裝的。垂直方式安裝的調(diào)節(jié)閥，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般不會造成支撐傾斜，不可能發(fā)生機(jī)械形變，只要閥桿與執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸對中無較大的偏差，一般使用情況都比較良好。也有不少調(diào)節(jié)閥是水平或傾斜安裝在管道、設(shè)備上的（非垂直安裝），而且沒有另加平衡支撐（有的調(diào)節(jié)閥即便是加了支撐，也會發(fā)生故障，甚至個(gè)別加支撐的調(diào)節(jié)閥的故障率也是比較高的），加之使用條件、環(huán)境、介質(zhì)相對苛刻一些，在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，同等的使用條件和環(huán)境中，它們發(fā)生故障的頻率比垂直安裝的高，因此對這些調(diào)節(jié)閥的形式和出現(xiàn)的故障類型進(jìn)行了歸納，做了比較詳實(shí)的對比分析比較，找出故障產(chǎn)生的原因和解決的辦法，為今后的調(diào)節(jié)閥使用、維護(hù)、檢修提供有益的參考。

2.1　選型安裝的故障因素

無論水平或側(cè)邊安裝，執(zhí)行機(jī)構(gòu)無論電動還是氣動的，這些閥，其質(zhì)量都很大。從驅(qū)動端到調(diào)節(jié)端的距離很長，調(diào)節(jié)端直接安裝固定在管道或設(shè)備上，其質(zhì)量和力臂所產(chǎn)生的力矩很大，足以使調(diào)節(jié)閥自身的支撐發(fā)生較大的側(cè)向形變（向下傾斜）。這個(gè)由側(cè)裝產(chǎn)生的重力矩，使調(diào)節(jié)閥的幾何尺寸發(fā)生形變，造成調(diào)節(jié)閥在使用運(yùn)行過程中常常出現(xiàn)故障。這樣安裝的調(diào)節(jié)閥故障率比垂直安裝的高，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了故障的基本規(guī)律。

2.2　物料性質(zhì)的故障因素

a）高溫（蒸汽介質(zhì)）環(huán)境中，大多會出現(xiàn)填料泄漏故障，內(nèi)件易損壞（閥芯閥座磨損失配、閥芯脫落），內(nèi)部泄漏量大，不易控制，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，與工藝連接的法蘭端面很容易泄露等故障。圖1，圖2分別為普通調(diào)節(jié)閥和高溫型調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，由于加了一截散熱器的距離，使用溫度越高散熱器就越長，因此，高溫型調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)重心點(diǎn)距安裝軸線的距離，比普通型調(diào)節(jié)閥要長的多，非垂直安裝調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的力矩也要大得多。如：動力C鍋爐裝置的幾臺減溫減壓調(diào)節(jié)閥，合成氨裝置的調(diào)節(jié)閥等。

圖1　普通調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)（正作用型）

圖2　高溫型調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)（正作用型）

b）低溫（小于-100℃）深冷使用環(huán)境中，出現(xiàn)較多的也是填料泄漏故障。此類調(diào)節(jié)閥有較長的隔熱絕冷長頸，所處的環(huán)境溫差大，大多安裝使用在空分、液氮洗單元裝置上，它們基本上都有兩個(gè)支撐點(diǎn)，如圖3所示。管道和冷箱箱壁都是固定點(diǎn)，一端固定在管道、設(shè)備上，另一個(gè)就固定在保溫冷箱的邊壁上，閥體和長頸部分基本是固定死的，只有執(zhí)行機(jī)構(gòu)是側(cè)懸在冷箱壁之外的，如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)太重并發(fā)生形變，受力點(diǎn)就在填料處，則填料處最易受力單邊磨損。空分、液氮洗（深冷）單元除箱頂安裝的調(diào)節(jié)閥以外，基本上都屬側(cè)裝和水平安裝。如：合成氨液氮洗裝置的調(diào)節(jié)閥，空分裝置的調(diào)節(jié)閥。

c）高壓常溫的使用環(huán)境下，調(diào)節(jié)閥的閥體要比低壓、常壓普通調(diào)節(jié)閥的尺寸大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求產(chǎn)生較大的推力，用以克服使用中產(chǎn)生較大的不平衡力，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)也在尺寸上比普通型的更大、更重、更長。水平或側(cè)向安裝產(chǎn)生的機(jī)械形變肯定更大，損壞情況更嚴(yán)重。因此，大多會出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸密封環(huán)磨損，如：FV21022等調(diào)節(jié)閥，尿素合成塔壓力控制調(diào)節(jié)閥等。

除以上三種情況較嚴(yán)重外，也另有特殊情況的現(xiàn)象，如：長、質(zhì)量大執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用在常壓、常溫環(huán)境中易損壞填料和閥內(nèi)部機(jī)件。尿素裝置的熔融尿液三通調(diào)節(jié)閥。

3　對閥產(chǎn)生的影響

a）內(nèi)部機(jī)件損壞其表現(xiàn)形式：內(nèi)漏大、行程摩擦大、滯后時(shí)間長，調(diào)解品質(zhì)差。具體故障是閥芯閥座磨損并失配、閥芯閥座密封環(huán)偏磨嚴(yán)重、個(gè)別機(jī)件脫落，最嚴(yán)重的可造成閥芯、閥座斷裂等。外部機(jī)件損壞的表現(xiàn)形式大多是外漏大、自動動作不靈活、現(xiàn)場硬手動阻力大不容易操作等。具體故障是填料漏、閥桿磨損、執(zhí)行膜頭輸出軸密封件磨損、泄露等。

b）從工藝角度分析：溫度對調(diào)節(jié)閥的使用的直接影響并不大，溫度變化使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的機(jī)械尺寸形變，相對于側(cè)向安裝重力產(chǎn)生的機(jī)械尺寸形變要小的多。只是在生產(chǎn)過程中，投用和切除使溫度發(fā)生急劇變化時(shí)，在一定時(shí)間范圍里，可能產(chǎn)生較小的影響，穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)情況要好得多。

c）從調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式的角度分析：使用在不同溫度場合的調(diào)節(jié)閥，大都配制的是帶有散熱器的或是帶有長頸溫度差隔離（深冷的距離尺寸更長，在安裝上這些調(diào)節(jié)閥一般都有兩個(gè)支撐點(diǎn)，一個(gè)在管道或設(shè)備上，另一個(gè)在保冷箱壁上）的產(chǎn)品，它們比普通調(diào)節(jié)閥至少多了一段散熱或隔離距離，閥桿填料所處的位置不是直接的工藝溫度，溫度條件能向環(huán)境溫度方向改善一點(diǎn)，填料不至于過早老化，使用周期延長。其共同特點(diǎn)是閥體連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的引出端距離很長，非垂直安裝力臂很長，執(zhí)行機(jī)構(gòu)重力產(chǎn)生的力矩很大。因此，這類調(diào)節(jié)閥垂直安裝基本無問題，但側(cè)面、水平安裝大都出現(xiàn)過泄露、內(nèi)件損壞、調(diào)節(jié)動作不靈敏等情況，此類問題現(xiàn)場不采取支撐措施很難解決，檢修中填料壓得不緊很容易出現(xiàn)泄漏故障，壓得過緊則調(diào)節(jié)閥動作不靈敏，甚至?xí)霈F(xiàn)反推力導(dǎo)致不動作的現(xiàn)象，每次加、換填料工作，就顯得難度很大，不容易掌握。

d）從調(diào)節(jié)閥執(zhí)行方式上分析：直行程的調(diào)節(jié)閥在垂直安裝方式上，只要求連接時(shí)零點(diǎn)對中良好就不可能產(chǎn)生填料偏磨現(xiàn)象。而直行程側(cè)裝的調(diào)節(jié)閥不僅要求零點(diǎn)對中，還要求全行程對中也要良好，否則，就極易產(chǎn)生填料偏磨現(xiàn)象，長期偏磨會造成局部填料磨損嚴(yán)重而產(chǎn)生泄露故障。

非垂直安裝的角行程調(diào)節(jié)閥（如圖4所示）如果連接對中失配，也會出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象，但一般磨損較緩慢，損壞程度也較輕。一般只對上密封填料磨損，對下密封填料磨損較輕，總體上出現(xiàn)填料泄漏的情況并不多見。因此，直行程調(diào)節(jié)閥使用過程中出現(xiàn)填料泄漏問題的情況要更甚于角行程的調(diào)節(jié)閥。

4　改進(jìn)措施

從分析結(jié)果得知，重力力矩WF過大是造成各種故障的惟一原因。為了更好地使用、維護(hù)、檢修好這些非垂直安裝的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)采取與之相適應(yīng)的方式方法來彌補(bǔ)安裝缺陷，主要解決辦法是加支撐。支撐的方式有兩種，采用剛性和柔性支撐，具體可根據(jù)現(xiàn)場情況決定。

a）已加支撐的調(diào)節(jié)閥要找中軸，調(diào)整好機(jī)械軸線。盡量在使用條件下，使之達(dá)到一個(gè)滿意的對稱度，并加固好支撐錨點(diǎn)。

b）另需加支撐的調(diào)節(jié)閥應(yīng)選好支撐點(diǎn)，要牢固穩(wěn)定，有可能產(chǎn)生機(jī)械形變的位置，也可采用彈性（柔性）支撐方法，無法低位支撐的亦可用懸吊支撐法。無論采用哪種方法，其目的使閥芯、閥座、閥桿、執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸呈一條直線，不產(chǎn)生徑向力。

c）對無法加裝支撐的調(diào)節(jié)閥。其一可采取減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)質(zhì)量，縮短連接距離，檢修時(shí)做好二次找正、中間找正等工作方法來解決。其二處在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)上的調(diào)節(jié)閥，要盡量減小調(diào)節(jié)幅度和頻次。具體辦法：依據(jù)工藝調(diào)節(jié)指標(biāo)可允許的條件內(nèi)，盡量加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比例度（減小系統(tǒng)的即時(shí)放大倍數(shù)）、積分時(shí)間參數(shù)（減小系統(tǒng)的動作速率），盡可能的不采用微分功能或減小微分時(shí)間參數(shù)（減少或消除調(diào)節(jié)閥的階躍動作方式），以降低調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動作靈敏度，相對減少填料和閥桿之間的摩擦次數(shù)與行程。其三能加油潤滑的一定要按時(shí)加注，避免密封填料提前老化失效，增長調(diào)節(jié)閥的使用周期以達(dá)到生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5　結(jié)束語

對出現(xiàn)過問題的非垂直安裝調(diào)節(jié)閥，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理，大大延長了調(diào)節(jié)閥的使用壽命，提高了調(diào)節(jié)品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)工藝生產(chǎn)長期穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]　曹湘洪，朱理琛，陸東，等.石油化工設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程[M].北京：中國石化出版社，2004
[2]　樂嘉謙.儀表工手冊[M].2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003
[3]　金以慧.控制過程[M].北京：清華大學(xué)出版社，1983
[4]　GB5009322000，自動化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S]
[5]　HG/T20636～20639 1999，化工裝置自控工程設(shè)計(jì)規(guī)定[S]
[6]　謝海金.控制閥在氯堿化工生產(chǎn)中的選用[J].石油化工自動化，2008，（2）：68－71
[7]　郭建平，郭俊杰.智能型比例閥控制電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用研究[J].石油化工自動化.2008，（4）：53－54

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