关键词: 气源
气动调节阀(精选六篇)
气动调节阀 篇1
首先确认气源压力是否正常, 查找气源故障。如果气源压力正常, 则判断定位器或电/气转换器的放大器有无输出, 无输出, 放大器恒节流孔堵塞, 或压缩空气中的水分聚积于放大器球阀处。用小细钢丝疏通恒节流孔, 清除污物或清洁气源。如果以上皆正常, 有信号而无动作, 则执行机构故障或阀杆弯曲, 或阀芯卡死。遇此情况, 必须卸开阀门进一步检查。
2. 阀动作迟钝
如果阀杆往复行程动作迟钝, 则阀体内或有黏性大的物质, 结焦堵塞或填料压得过紧, 或聚四氟乙烯填料老化, 阀杆弯曲划伤等。若阀杆单向动作时运动迟钝, 则是气室或气路管有漏气现象, 检查试漏并修复。如果阀杆正常, 应首先使阀杆全行程上下移动几次, 让介质冲出阀内结焦物及黏性大的物质, 否则将阀解体, 清理内部, 并检查填料是否老化。
3. 阀泄漏量大
如果阀不能到达全闭的位置, 则可能由介质压差大执行机构输出力不够或阀体内有异物, 或全行程不够而引起阀泄漏量大。阀内有异物, 应使阀杆上下移动几次, 即可解决问题, 否则需解体处理。对于全行程不够, 首先考虑调整定值器零点和量程, 否则应缩短 (或延长) 调节阀阀杆, 使调节阀长度合适。
若阀全闭时泄漏量大, 则可能是由阀芯与阀芯密封面腐蚀或阀座与阀体连接松动。主要原因是调节阀生产过程中铸造、锻造缺陷。
打开阀体, 研磨阀芯和阀座, 使其配合密切。如果阀芯和阀座使用寿命较短, 应更换阀内件, 选择具有表面镀层 (司太莱合金) 的阀内件。
4. 调节阀振荡和噪声大
当调节阀的流通能力选取值过大时, 造成调节阀前后压力比较大, 当调节阀的弹簧钢度不足时, 就产生阀体的振荡。当流体流经调节阀, 如前后压差过大就会产生针对阀芯、阀座等零部件的气蚀现象, 使流体产生噪声。
对轻微的振动, 可增加刚度来消除。如选用大刚度弹簧, 改用活塞执行结构。管道、基座剧烈振动, 通过增加支撑消除振动干扰。调节阀经常工作在小开度造成的振荡, 则是选型不当, 流通能力值选大了, 必须重新选择流通能力值合适的调节阀, 以克服调节阀工作在小开度而引起的振荡和噪声。
5. 填料及连接处泄漏
由于填料的塑性, 会产生径向力, 并与阀杆紧密接触, 但这种接触是并不均匀。调节阀在使用过程中, 阀杆同填料之间存在着相对运动, 在使用过程中, 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。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) 。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。
气动调节阀 篇2
关键词:PROFIBUS-PA;气动薄膜调节阀;定位器;PID闭环控制
中图分类号:TQ056.2 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2016)05-0089-02
1 概 述
PROFIBUS-PA用于过程自动化现场传感器和执行器的数据传输,其特点是在现场使用过程中确保本质安全和通过电缆同时进行数据传输和供电。气动薄膜调节阀是根据定位器所提供的压缩空气工作气压来改变阀芯与阀座间的流通面积以调节介质流量。在PROFIBUS-PA环境下应用气动薄膜调节阀,实际上是利用定位器接收到的PROFIBUS-PA网络电流信号,来调节工作气压的大小以改变调节阀开度,确保介质流量符合要求。
2 技术要点
2.1 PROFIBUS-PA
PROFIBUS-PA用于PLC与过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输,其功能集成在起动执行器、测量变送器和调节阀定位器等现场设备中。PROFIBUS-PA采用符合IEC 1158-2标准的传输技术,即曼彻斯特码编码与总线供电传输技术,以确保本质安全,并通过总线直接给现场设备供电。采用曼彻斯特编码传输数据时,从0到1的上升沿发送二进制“0”,从1到0的下降沿发送二级制数“1”,传输速率为31.25 kbit/s。现场设备通过DP/PA耦合器或DP/PA链接器接入网络。
2.2 气动薄膜调节阀
气动薄膜调节阀由膜片、推杆、阀芯、阀座、弹簧等部件组成。其工作原理:
来自定位器的信号压力,即压缩空气工作气压,通入到薄膜气室时,在膜片上产生一个推力。
当推力大于弹簧的作用力时,膜片带动推杆向上移动,使阀芯和阀座之间的空隙增大,致使介质流量增大。
当信号压力减小至小于弹簧作用力时,膜片带动推杆向下移动,使阀芯和阀座之间的空隙减小,致使介质流量减小。
当信号压力与弹簧作用力相等时,阀芯与阀座间的流通面积不再变化,致使介质流量稳定。
由此可见,气动薄膜调节阀的开度由信号压力的大小决定,而信号压力大小由定位器进行调节。
2.3 SAMSON 3730-4定位器
3730-4型PROFIBUS-PA定位器使用符合IEC1158-2标准的技术进行通讯及供电。其工作原理为:
PROFIBUS-PA信号通过IEC1158-2输入模块进入定位器,经过微处理器和D/A转换器处理后,形成模拟量直流控制信号w,送至PD控制器(比例积分控制器)。阀位传感器根据调节阀阀芯实际位置,经过处理后形成阀位反馈信号x,送至PD控制器。PD控制器将x、w进行对比及运算,输出运算信号至电气转换器。在电气转换器的作用下,气源气压根据输出运算信号电流值的大小,被转换为相应大小的工作气压。
工作气压在气动放大器的作用下,将大流量同压力的压缩空气作用在控制阀上,此处压缩空气的压力即上节中所描述的信号压力。
3 实例分析及实施
3.1 实例分析
本文以卷烟制造企业中回潮机控制加水流量为实例,说明气动薄膜调节阀在PROFIBUS-PA网络环境下的应用。
回潮机是卷烟制造企业制丝生产线中的关键设备,其工艺任务是对烟叶或烟丝进行增温增湿处理,确保物料水分及温度符合工艺要求。回潮机对加水流量的控制方式为PID闭环,如图1所示。
如图所示,编号为1212的设备即为回潮机,编号为1209的设备为回潮机前对物料进行称重的电子皮带秤。结合案例及PID闭环控制系统中的参数,sp为设定加水量,即物料瞬时重量(1209电子皮带秤对物料进行称重获取)乘以加水系数,被控量c为实际加水量,电磁流量计测量实际加水量后可得出实际加水量信号pv。sp和pv进行比较得出误差ev并将其输入至PID控制器,控制器通过计算得出调节信号作用于控制加水流量的气动薄膜调节阀。
根据以上分析,得出该实例的PID控制方式,如图2所示。
3.2 案例实施
3.2.1 定位器参数设置
使用定位器控制面板上的旋钮设置参数:
①转动旋钮按键至参数3,将其参数值设置为ON,以允许修改定位器参数;
②转动旋钮按键至参数4,参照调节阀铭牌选择销钉位置;
③转动旋钮按键至参数5,参照调节阀铭牌输入额定行程/范围;
④转动旋钮按键至参数6,将其参数值设置为NOM,以进行精确初始化。
上述参数设置完成后,使用电笔按初始化键进行定位器的初始化操作。初始化结束后,转动旋钮按键至参数46,设置定位器在PA网络中的地址,本实例中定位器的地址为3,设置完成后长按旋钮按键进行确认。
3.2.2 PLC组态
安装与电磁流量计和3730-4定位器相关的GSD文件后,即可用STEP7软件进行组态。
①按照需求对S7-400 PLC进行组态;
②选择DP组件中的DP/PA Link,将其接入CPU模块中的DP网络,双击图标设置其地址为4;
③在右侧组件列表中选择相应的电磁流量计和定位器,将其接入PA网络,双击图标,分别设置电磁流量计的地址为10,3730-4定位器的地址为3,PLC组态示意图,如图3所示。
组态完成后,可在下方地址映射表中发现,电磁流量计相对于PLC的输入地址为PID1245,3730-4定位器相对于PLC的输出地址为PQD601。
3.2.3 PLC编程
该实例使用STL语言进行编程,调用FB41功能块,对应的背景数据块是DB17。
CALL "CONT_C" , DB17
输入:
COM_RST := DB205.DBX 20.2
MAN_ON := DB205.DBX20.3 //是否手动操作
P_SEL:= M363.1 //决定是否开启比例调节。
I_SEL:= M363.2 //决定是否开启积分调节。
D_SEL:= M363.3 //决定是否开启微分调节。
CYCLE:=T#100MS //采样时间
SP_INT:=DB112.DBD0 //设定加水量
PV_IN :=PID 1245 //实际加水量信号
MAN :=DB112.DBD8
GAIN :=DB112.DBD12 //增益
TI :=DB112.DBD16 //积分相应时间
TD :=DB112.DBD20 //微分时间输入
DEADB_W:=DB112.DBD36 //死区
LMN_HLM :=DB112.DBD24 //PID控制器输出上限
LMN_LLM :=DB112.DBD28 //PID控制器输出下限
输出:
LMN:=PQD601 //控制器输出值,该值作用于定位器以调节阀门开度。
4 结 语
由于工业自动化程度的不断提高,工业网络系统在自动化控制中逐步发挥着不可取代的作用,变频器、传感器、变送器等现场设备的应用应当与工业网络紧密结合,充分提升现场设备在工业网络环境下的可用性,以提升工业自动化控制水平。
参考文献:
[1] 尚群立,蒋鹏.智能电气阀门定位器的研究[J]仪器仪表学报,2007,(4).
核电厂气动调节阀调试方法总结 篇3
1.1气动调节阀的分类
1.1.1按作用方式分类
按照气动调节阀的作用方式可以将其分为正作用式和反作用式两种方式。
正作用式:当执行机构内失去空气压力时弹簧力促使阀瓣上升, 阀门开启;通入压缩空气, 执行机构内的空气压力克服弹簧压力使阀瓣下降, 从而关闭阀门。这类气动调节阀也叫气关型调节阀。
反作用式:当执行机构内失去空气压力时, 在弹簧力的作用下促使阀瓣下降, 阀门关闭;通入压缩空气, 执行机构内的空气压力克服弹簧压力使阀瓣上升, 打开阀门。这类气动调节阀也叫气开型调节阀。1.1.2按动作方式分类
按照气动调节阀的动作方式可以将其分为直行程和角行程两种方式。
直行程式调节阀是通过上下运动的方式来获得阀笼对流量的调节;角行程式调节阀是通过阀体的转动实现对流量的调节。
1.2气动调节阀的结构
气动调节阀的结构主要包括阀体、执行机构和附属装置三部分。执行机构属于核心部分, 它将输入的控制信号转化为作用于阀体的推力, 从而控制阀体开或者关, 实现调节功能;阀体是调节阀的动作部分, 它与被控制的介质相接触, 在执行机构的作用下改变阀芯与阀座之间的流通面积, 从而实现对流量的有效控制;附属装置则是为实现不同的功能要求, 而选用的各类装置或设备, 以实现阀门的快开、快关、输出大力矩、失效保位等功能, 如BOOSTER、定位器, 电气转换器等统称为附属装置 (由于笔者均为仪控专业人员, 故下文相关论述均从仪控角度出发) 。
1.2.1电-气转换器 (图1)
电-气转换器用一个将电流信号转换成气压信号的转换装置。它根据调节器输出的4-20m A电流信号, 产生对应的气压信号 (0.02~0.1MPa) , 输出到执行机构产生相应的动作, 以控制阀体开度、达到对调节流量的目的。
电-气转换器通常由电路、磁路、气动平衡部分等组成。调节器输出4~20m A的电流信号进入测量线圈, 根据电磁感应定律将产生电磁力, 使得平衡杠杆平衡。电-气转换器从而实现把4~20m A的电流信号变成对应的0.02~0.1MPa气压信号。
1.2.2阀门定位器
阀门定位器是一种将电气信号转化为压力信号的装置。按力矩平衡原理, 它将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号, 以控制器输出作为设定信号进行比较, 当两者有偏差时, 改变其到执行机构的输出信号, 建立了阀杆位移与控制器输出之间的对应关系。
气动阀门定位器主要可分成位移平衡式、力 (力矩) 平衡式和智能式三大类。
(1) 位移平衡式气动阀门定位器 (如图2) :工作原理:当调节器来的控制信号增大时, 波纹管1就相应伸长, 并推动拖板2以反馈凸轮6为支点作逆时针偏转, 于是挡板3就靠近喷嘴4, 喷嘴背压升高。
此背压经放大器5放大后, 输出压力迅速上升并送入气动调节阀的膜头9, 使阀杆8向下移动, 带动反馈杆7和反馈凸轮6绕支点0顺时针偏转, 反馈凸轮6的偏转使拖板以波纹管1为支点作逆时针方向偏转, 于是挡板3离开喷嘴4, 使输出压力下降, 即阀杆8向下移动引起的效果是负反馈作用。此时, 一定的信号压力就对应于一定的阀门位置。
福清核电大量使用的FISHER 3572型定位器就属于上述类型。
(2) 力 (力矩) 平衡式气动阀门定位器 (图3) :工作原理:它是按力矩平衡原理工作的, 当通入波纹管1的信号压力增加时, 使主杠杆2绕支点15转动, 挡板13靠近喷嘴14, 喷嘴背压经功率放大器16放大后, 通入到执行机构8的隔膜室, 因其压力增加而使阀杆向下移动, 并带动反馈杆9绕支点4转动, 反馈凸轮5也跟着作逆时针方向转动, 通过滚轮10使副杠杆6绕支点7转动, 并将反馈弹簧11拉伸, 弹簧对主杠杆2的拉力与信号压力作用在波纹管1上的力达到力矩平衡时仪表达到平衡状态。此时, 一定的信号压力就对应于一定的阀门位置。
福清核电厂REA016VD、RRI155VN等阀门使用的Masoneilan7800定位器即为力矩平衡式。
(3) 智能式定位器:智能式定位器直接接受调节器输出的4-20m A标准电流信号, 经过定位器运算处理后, 输出和输入信号成比例的气压信号, 从而控制阀门的开度。对于智能式定位器, 4-20m A标准电流控制信号既是阀门的控制信号, 又是定位器的工作电源。智能定位器种类繁多, 在福清核电厂基本都应用于常规岛部分, 在此不作研究。1.2.3空气过滤减压器
空气过滤减压阀用于净化来自空气压缩系统的气源, 除去空气中的灰尘、杂质, 并将压缩空气系统来的气源压力调整到所需的压力值。1.2.4放大器
有些阀门要求开关时间比较短, 而且这些阀门的气动执行机构膜片尺寸很大, 就需要在气动执行机构和阀门定位器之间安装一个Volume booster来改善阀门的动作情况, 其作用就是增加气动执行机构的进/放气量。
1.2.5手轮
手轮机构与气动调节阀配套使用。气源 (信号) 压力故障、执行机构的隔膜、弹簧以及密封件损坏时, 可采用手轮机构操作阀门, 维持调节阀的调节功能。
2福清现场气动阀调试过程遇到的问题及解决方案
2.1典型案例一:中性点位置影响阀门开关
1ARE033VL完成阀门初次整定后, 工艺试验过程中多次出现阀门无法调节到位的情况。机械用手轮均能正常开关阀门, 再排除阀门卡涩的基础上, 仪控专业多次整定电气转换器与定位器后 (每次记录的定位器在各个信号下的输出值均有变化) , 依然多次出现阀门在使用过程中出现无法动作到位的情况。
分析过程:在多次调节阀门的过程中发现, 电气转换器均为出现漂移现象, 每次均是电气转换器重新调整且每次定位器在定位器输出一定的情况下均需要调整进入到阀门膜腔压力才能使阀门开、关到位。在现场多次跟踪后仪控方面发现由于工艺在每次试验过程中的挂锁、解锁阀门操作均会影响到阀门手轮位置。在和机械商讨后认为阀门中性点位置影响阀门开关可能较大。
解决方法:仪控阀门校验单中加入阀门手轮距离阀门本体基座位置条件, 记录数据, 在阀门手轮位置一定的情况下调解阀门定位器。试验过程中对阀门手轮位置进行调整, 调整到与阀门定位器校验时一致, 后续未出现阀门无法动作到位的情况。
2.2典型案例二:放大器旁通调节螺丝影响阀门稳定性
1RCV030VP调试过程中, 完成首次调整定电气转换器与定位器后, 阀门能够在自动信号的控制下正常工作。但在RCV系统试验过程中, (阶跃性) 手动给出一定开度后现场观察阀门, 阀门能够快速到达给定开度, 但出现阀门有“喘”的现象。
分析过程:仪控初步怀疑为进气压力过大, 导致每次进入膜腔的气过多, 在定位器完成位移平衡的过程中进气过多导致无法平衡。在机械配合下现行由机械调整后, 重新标定进气压力, 发现进气压力与初次标定的情况基本一致。排除过滤减压器进气压力过大后, 进一步分析:在研究后依然将此现象的根本原因定位为阀门进气过多, 在多次研究阀门气路图后判定为放大器旁通调节过小导致阀门出现“喘”的现象。
解决方法:增加放大器旁通螺丝开度, 减小最终进入阀门膜腔内的气的流量。
在完成放大器旁通螺丝调节后重新标定阀门定位器, 后续试验阀门“喘”的现象再无出现。
2.3典型案例三:定位器反馈凸轮方向问题
1RRA013VP调试过程中, 出现了定位器波纹管损坏的情况发生。领用备件更换后出现无法通过调节定喷嘴与喷嘴挡板的位置, 使阀门在对应信号下到达对应全关 (或全开) 位置。
分析过程:阀门在调节过程有出现信号与之前相反的情况, 即原给出4m A电流电气转换器输出3PSI气后阀门应处于全关位置, 但在更换新的定位器后阀门更加接近全开位置, 强行调节喷嘴与喷嘴挡板位置均无法使得阀门到达正确位置。
初步怀疑为定期器型号问题——备件领用错误, 但在多次核实后认定型号备件型号为相同型号, 但备件为通用型备件, 即备件不为1RRA013VP的专用备件。
将已损坏坏的定位器与备件定位器对比后发现, 两定位器的凸轮方向相反, 半圆盘正对的情况下原损坏定位器凸轮为上大下小, 而备件定位器凸轮为上小下大。
解决方案:将备件定位器的凸轮拆下, 倒转90°后重新用弹簧固定。后续重新整定定位器, 阀门能够实现正常功能。
3结论
调试阶段发现气动调节阀故障率较大, 通过对故障分析、处理方法和经验的总结, 有效利用经验反馈工具, 及时共享交流, 可以快速有效的解决调试故障, 提高阀门的可靠性, 最终达到缩短调试工期, 加速调试进度的目的。
在后续机组调试过程中需要优化气动调节阀校验模板, 加入更多的参数的记录, 例如, 调节阀门定位器时阀门手轮距离阀座位置、阀门零、满、50%点死区、等参数。并针对气动阀门建立数据库, 让每次校验阀门的数据均能为下次阀门解体再校验服务, 为后续机组的调试维修提供更好的数据服务。
摘要:气动调节阀是核电厂重要的执行机构, 对于机组的安全、经济运行有着不可或缺的作用。依据其他电厂的运行经验, 气动调节阀影响系统效率的事例举不胜举, 故调试阶段做好调节阀的调试工作尤其重要。气动调节阀的调试往往需要多专业配合, 特别是引入DCS控制后, 阀门的调试需要掌握的知识更为多样化。为应对现场阀门的调试工作, 首先需了解和掌握气动调节阀的原理和组成。
关键词:核电厂,气动调节阀,调试方法
参考文献
气动调节阀 篇4
转炉炼钢厂在钢铁生产过程中需要使用各种流动介质, 如氧气、氮气、冷却水等等, 同时还需要控制这些流动介质的流量、压力大小, 以达到提高产品质量的目的;同时炼钢区域存在煤气等易燃易爆气体, 对设备的安全特性提出很高的要求。气动调节阀采用低压直流信号作为控制信号, 惰性压缩气体作为动力源, 安全可靠, 因此在韶钢炼钢部的转炉—连铸钢铁生产流程中, 各种流动介质的流量采用气动薄膜调节阀进行调节。
1 气动薄膜调节阀介绍
1.1 气动调节阀的组成和分类
气动调节阀一般由执行器、调节机构以及附件电气阀门定位器组成。为了提高调节精度和调节能力, 气动调节阀需要采用阀门定位器来配合完成调节功能。来自工业控制系统的控制信号输出到电气阀门定位器, 电气阀门定位器的控制信号一般采用4-20mA标准直流信号, 转换成气信号后输出到执行器, 执行器也叫气缸, 与调节机构通过连杆相连, 调节机构在执行机构的作用下带动阀芯在阀体内移动, 改变了阀芯与阀座之间的流通面积, 即改变了阀的阻力系数, 被控介质的流量也就相应地改变, 从而达到控制工艺参数的目的。以压缩空气作为调节阀执行部分的动力源, 控制简单, 反应快速, 且本质安全, 不需另外再采取防爆措施。
气动薄膜调节阀按阀芯形式可分为单座阀、双座阀、平衡套筒阀、高压角式、蝶阀等, 供不同工艺场合使用。
按作用方式分, 可分为气开式调节阀、气关式调节阀, 气开阀是指输入气压信号P 0.02MPa时, 调节阀打开, 气关阀是指输入气压信号P 0.02 MPa时, 调节阀关闭。按调节形式可分为:调节型、切断型、调节切断型;按流量特性可分为:线性、等百分比、抛物线、快开。
1.2 气动波薄膜调节阀选型
选择气动调节阀时, 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、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。
调节阀的结构型式:应满足介质温度、压力、流动性、流向、调节范围以及严密性的要求。
调节阀的流量特性: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。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。
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;流体的压力和温度对材料的影响;流体腐蚀性对材料的影响;流体的空化现象或泥浆流体对材料的影响;从结构上考虑, 材料组配是否有问题。
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。
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、电磁阀等辅助装置使阀门应满足运作时间、分程控制等要求。对于阀门定位器的选择, 也要根据实际情况进行选择, 在环境恶劣, 温度、湿度高的环境, 宜选择机械式的阀门定位器, 环境较好、控制精度高的场合可采用电子智能式阀门定位器。
2 调节阀的应用
2.1 气动调节阀转炉氧枪调节系统的应用
转炉氧枪调节系统主要用于氧枪氧气压力与流量调节、控制, 对钢水质量有着重要的影响。氧气属于易燃气体, 因此在安装氧枪调节系统的调节阀前, 需对调节阀与氧气有接触的部位进行脱脂处理, 防止投入使用时发生爆炸;管路中氧气压力很高, 可达1.6MPa, 为保证调节阀的性能, 阀芯采用平衡套筒式。由于氧枪系统安装在转炉上面, 环境温度高, 现场环境差, 且周围可能存在煤气, 属于煤气危险区域, 为确保安全, 选择隔爆型, 技术成熟的机械式阀门定位器。氧气为危险气体, 当停气 (压缩空气) 停电时, 需要保证设备的安全, 切断氧气, 调节阀的作用方式采用气开式, 防止发生事故时事故扩大化。韶钢转炉投产已经十多年, 氧枪系统的调节阀一直运行正常, 满足生产工艺的要求。
2.2 气动薄膜调节阀转炉汽包补水系统的应用
转炉汽包用于回收转炉冷却水, 对外输送产生的蒸汽, 同时在生产过程中, 汽包需要根据其液位的变化情况不断补充新水, 以保持汽包内水位平衡。新水来自除氧器的除氧水, 水温高达50-60℃, 压力3.0MPa, 为保证安全, 调节阀采用气关式, 配机械手轮, 阀芯采用套筒式。因为需要耐高温高压, 阀座和阀芯采用不锈钢制造, 设计最高耐压为6.4MPa。现场环境温度高, 在夏天时, 可高达50℃, 且粉尘大, 阀门定位器选用SMC半机械式电气阀门定位器。经过两年多的使用, 该处的气动调节阀维护工作量小, 运行情况良好。
2.3 气动薄膜调节阀在连铸机二冷水调节系统的应用
连铸机二冷水与二冷气一起形成雾化气, 喷于铸坯表面, 对铸坯进行冷却。二冷水、二冷气的流量大小与稳定性对铸坯质量起着关键的作用。因此, 二冷水、二冷气流量需要精准调节。二冷水、二冷气的管内压力不高, 选用单座阀, 为了保证设备安全, 即使在停电、停气的情况下也要保证有冷却水, 调节阀的作用方式选用气关式;在连铸机二冷室里面, 都是冷却水管, 室内温度比较低, 灰尘较少, 调节阀配以智能型电子式阀门定位器, 以满足高精度流量控制的目的。气动薄膜调节阀在韶钢连铸二冷水区域广泛应用, 收到良好的经济效益。
3 安装注意事项
3.1 气动调节阀安装位置, 距地面要求有一定的高度, 阀的上下要留有一定空间, 以便进行阀的拆装和修理。对于装有气动阀门定位器和手轮的调节阀, 必须保证操作、观察和调整方便。
3.2 调节阀应安装在水平管道上, 并上下与管道垂直, 一般要在阀下加以支撑, 保证稳固可靠。对于特殊场合下, 需要调节阀水平安装在竖直的管道上时, 也应将调节阀进行支撑 (小口径调节阀除外) 。安装时, 要避免给调节阀带来附加应力) 。
3.3 调节阀前后位置应有直管段, 长度不小于10倍的管道直径 (10D) , 以避免阀的直管段太短而影响流量特性。
3.4 调节阀的口径与工艺管道不相同时, 应采用异径管连接。在小口径调节阀安装时, 可用螺纹连接。阀体上流体方向箭头应与流体方向一致。
3.5 要设置旁通管道。目的是便于切换或手动操作, 可在不停车情况下对调节阀进行检修。
3.6 调节阀在安装前要彻底清除管道内的异物, 如污垢、焊渣等。
4 结束语
韶钢炼钢部转炉炼钢系统从2003年投产以来, 在流体压力、流量控制领域一直采用气动薄膜调节阀进行流体控制, 为炼钢过程提供了合格的流体原料, 创造了良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]王森, 朱炳兴, 主编.仪表工:下册[M].北京:化学工业出版社, 1992:124-169.
[2]浦昭邦, 王宝光, 主编.测控仪器设计[M].北京:机械工业出版社, 2007:125-140.
[3]赵新民, 主编.智能仪器设计基础[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1999:187-190.
气动调节阀 篇5
1 气动调节阀及工作原理
1.1 气动调节阀的结构及类型
气动调节阀由气动执行机构和阀体以及附件三部分组成。气动执行机构分为薄膜式和活塞式;阀体按其行程可分为直行程和角行程两种, 按其结构分为直通单座阀、直通双座阀、套筒阀、角形阀、隔膜阀、蝶阀、球阀, 按阀芯的流量特性分类有直线型、等百分比型、快开型、抛物线型等, 按调节形式分为两位式、断开型、调节型、切断调节型, 按安全失效模式分为故障开、故障关、故障保位;附件包括定位器、E/P电气转换器、过滤减压阀、流量放大器、手轮机构等。
1.2 气动调节阀的工作原理
气动调节阀是以气动执行机构与阀体组成的各类气动控制阀门, 它以干燥洁净的压缩空气为动力源, 以气缸或薄膜气室为执行器, 并借助于电气阀门转换器/定位器、电磁阀、空气过滤减压阀、限位开关等辅助部件, 当转换器或定位器接收来自控制器或控制系统中4mA~20mA弱电信号, 输出20kPa~100kPa气压信号来使气动执行机构平衡气室气体压力与弹簧力, 从而使阀杆带动阀芯移动, 改变阀芯与阀座的通流面积完成对阀门开度调节, 通过改变介质流量最终实现对压力、温度、流量、液位等工艺参数的精确控制。
2 气动调节阀的调试
气动调节阀在使用之前, 重点通过对弹簧预紧力、中性点、E/P转换器、定位器等的调试来满足阀门的行程、阀门位移线性、开关时间、泄漏量等性能指标。调试前, (1) 工艺管道必须严格的吹扫合格; (2) 手轮机构应处于“释放”位置; (3) 检查减压阀供气压力是否达到供气要求。
2.1 预紧力 (BenchSet) 调整方法
(1) 为避免阀关不死或打不开, 须在执行机构安装到阀体之前进行调校。
(2) 根据阀门铭牌要求的预紧力上、下限值, 采用简单专用调整工具调整弹簧的初始弹簧力。
(3) 通过充气排气使阀门开关几次以确定气动头移动顺畅。
(4) 对气动头打压, 记录气动头连杆刚刚移动的压力值并与阀门铭牌上的下限预紧力对比, 调整弹簧预紧力调整螺母, 直到使气动头连杆刚好移动时的气压读数为下限值。
(5) 继续使气压增加到上限值, 当气动头连杆向阀体方向移到尽头时, 在阀杆上做好参照标记。
(6) 缓慢地将气动头气压降回下限值, 记录阀杆标记到气动头连杆末端的距离, 其与阀门铭牌行程一致, 如果一致, 弹簧预紧力调整完毕, 证明阀门在自然状态获得足够关闭或开启力, 否则需要更换弹簧, 重新安装并按照上述步骤重新进行预紧力的调整。
3.2 中性点 (NEUTRALPOINIT) 的设置
中性点就是手轮调整到不影响自动调节的位置, 它可能是一个点也可能是一个区, 中性点设置过高引起内漏, 设置过低容易导致流量不足。通常阀门隔离或自动失效情况下, 往往可以通过破坏气动调节阀的中性点来实现阀门的全开、全关或保持某一开度。通常的中性点设置只需把手轮滑块的中性点指针对准标尺上的中性点标线即可, 也可以通过手感进行调节, “失气开”的气动阀中性点设置, 应使气动阀置于失气全开位置, 手轮顺时针朝关的方向旋转直到感觉到阻力说明手动杆达到导套下止位, 然后再逆时针朝开的方向旋转1/2圈即可;“失气关”的气动阀中性点设置, 应使气动阀置于失气全关位置, 手轮逆时针朝开的方向旋转直到感觉到阻力说明手动杆达到导套上止位, 然后再顺时针朝关的方向旋转1/2圈即可;调到中性点位置后用手轮杆锁紧器锁紧。
2.3 电气转换器 (E/P) 的校验
(1) 利用电流源提供4mA~20mA直流电流信号, SAR提供压缩空气。
(2) 以正作用型气动调节阀为例进行如下调校, 其输出压力必须满足精度要求。
(3) 零点调整, 输入4mA电流信号, 旋转零位调整螺丝, 读取压力表数据, 直到输出压力20kPa为止。
(4) 量程调整, 输入20mA电流信号, 调整量程调整螺丝, 直到输出压力100kPa为止。
(5) 线性检查, 分别输入8、12、16mA, 输出压力依次为40、60、80kPa。
(6) 重复上述步骤, 直到满足精度要求。
2.4 阀门定位器的校验
(1) 以E/P转换器来的20kPa~100kPa的压力信号作为定位器的输入信号, 首先打开定位器的气源, 检查定位器工作顺畅。
(2) 将输入信号调到量程的一半, 打开气源, 这时定位器旋转臂应在水平位置, 阀门对应50%开度, 否则检查是否存在泄漏或定位器凸轮安装是否得当。
(3) 零点调整, 使定位器输入为零点, 拧松喷嘴锁定螺丝, 调整喷嘴直到阀门对应全关 (或全开) 位置。
(4) 量程调整, 使定位器输入为满度, 调整喷嘴挡板的位置, 使阀门对应全开 (或全关) 位置。
(5) 分别在20、40、60、80、100kPa输入压力, 检查阀门是否满足对应0%、25%、50%、75%、100%开度要求, 否则进行反复调整。
3 调试过程中常见问题分析
调试过程中, 针对调试过程中经常出现的阀门内漏、外漏、开关时间不合格、开关不到位等问题, 将其气动调节阀所存在的问题的原因主要分为控制元件故障、执行机构故障、阀体故障。
3.1 控制元件故障
为了保证气动调节阀满足稳、准、快的要求, 解决由于阀位反馈测量不准或气动阀门定位器故障引起的控制器开度与阀门开度不一致问题, 须对气动调节阀进行整体性调校验证, 控制器将输入信号平稳地按增大和减小方向输入电气转换/定位器, 测量各点对应的阀门开度 (行程) 是否满足控制要求。主要分为5个关键调校点:0%、25%、50%、75%、100%开度进行验证, 通过相应的调节机构分别对0%开度和其它开度进行整定, 使手操器或DCS系统开度与现场阀门开度一致。由于无法确定调节阀的实际行程值, 始点和终点两个关键点必须调准, 不然会导致阀门关闭不严导致内漏发生或调节精度不够。其中作为阀门控制附件的电/气阀门定位器实质是电/气转换器和气动定位器的组合仪表, 将电信号转化成气压信号, 然后转化成执行器的位移, 并且可以通过阀门位移反馈使阀门按照控制要求达到目标开度, 根据问题重点检查气室管路泄露、节流孔堵塞、挡板位置及光洁度、电磁线圈是否断线、零点量程调整是否正确、调零弹簧是否变形、凸轮及反馈杆安装位置、正负极接线是否正确等。
3.2 执行机构故障
气动执行机构要求既要有足够的推力, 同时死区又较小, 它要克服阀塞的不平衡力、阀门关闭等级要求的阀座负荷、填料及阀内件摩擦力等各种阻力。气动执行机构分为薄膜式和活塞式, 薄膜式主要有膜室、膜片、弹簧、推杆、弹簧调整件、限位装置、手轮机构等零部件组成, 其结构简单、工作可靠, 薄膜式气动调节阀通常安装在要求反应速度快的小口径管道上, 故障时重点检查膜片、密封环、紧固推盘、阀杆紧固螺栓、膜室螺栓、弹簧及预紧力、阀杆光洁度以及弯曲度、执行器工作气压;活塞式主要由缸体、活塞、密封环、阀杆、手轮机构等零部件组成, 其具有控制阀门的开关可提供较大行程、可提供足够所需关闭力、具有一定开关速度, 与薄膜式相比, 执行机构允许操作压力更高, 因此输出推力大, 一般安装在口径较大且反应灵敏的管道上, 但价格也较高, 故障时主要检查活塞密封环、缸体内壁、柱塞推杆是否磨损、执行器工作气压、气室密闭性、阀门行程。
3.3 阀体故障
故障时主要检查的内容:阀体内壁的耐压、耐腐蚀情况;阀座因螺纹内表面腐蚀使其松动或冲坏;阀芯因腐蚀、磨损引起的松动;膜片、O形圈、密封垫的老化、破损;密封填料的老化、干涸引起的破损
4 调试过程实例分析
以秦山某核电厂的专设安全设施中的余热排出系统的RRA013/024/025VP为例, 通过主控室或应急停堆盘的手操器远程手动控制流量和温度, 其各配备一个电-气转换器, 运行压力4.7MPa, 运行温度180℃, 启闭时间60s, 如果在发生动力源故障 (断气、断电、断信号) , 阀门必须保持原位, 以延长对反应堆堆芯的冷却时间, 及时排出堆芯余热, 提高核电厂安全性。在调试过程中, 必须做气动调节阀做阀门保压试验, 由仪表用压缩空气分配系统SAR供0.9MPa~1 M P a (a b s) 的压缩空气, 用手动控制站405RC调节RRA024和025VP, 使RRA006MD上总的流量约为1140m3/h时, RRA024、025V P和013 V P的阀位相同, 然后将主控KSC的RRA 013V P的手操器RR A404R C由自动打为手动, 消除冷却剂流量波动对阀门开度的影响, 切断气源, 保压时间不少于2h, 检查其阀门开度变化来判断气室压力是否下降, 经检查阀门RRA024VP不能保压。经综合分析, 问题应该出在气路故障, 按照由易到难的原则利用检漏液进行如下排查: (1) 气路泄露检查; (2) 气室气密性检查, 经检查验证, 发现起保压作用的保压阀出现气体泄露问题, 采取更换保压阀, 并重新充气进行保压试验, 最终验证了该气动调节阀满足故障保位的功能要求。
5 结语
针对气动调节阀在核电厂调试过程遇到的常见问题, 根据其现象进行了分析研究。核电机组调试在整个核电站的建设过程中, 上承设计、施工、安装、下接机组商业运行, 调试是验证其前期阶段可靠性, 确保核电机组安全投运的关键环节。调试过程中必须严格按照调试标准和规程进行, 根据调试过程所出现的问题进行分析讨论解决, 确保机组商运的安全。
摘要:针对气动调节阀在核电厂的应用及工作原理进行了简单介绍, 并根据其在机组调试过程中遇到的各种问题及解决方法进行具有针对性的讨论和分析, 确保其在核电厂运行中的安全性。
关键词:核电厂,调试,气动调节阀,问题分析
参考文献
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[2]王福珍.调节阀的故障保位[J].石油化工自动化, 2011, 47 (2) .
气动调节阀 篇6
双U阀形式的双侧返料气动分配阀由两个U型返料阀组成。国内外学者对单U型返料阀已经进行过很多研究。Basu[3]、王擎[4]、骆仲泱[5]Yang Shi[6]等对U阀的充气量、水平孔口、溢流口高度等因素对U阀返料性能的影响。学者们也对双侧返料气动分配阀进行了实验研究。王伟[7]进行了中间无分流板的气动分配阀实验, 在两侧出口存在压差的情况下两侧相互间影响比较大;王斌[8]进行了分流板高度与阀体高度平行的气动分配阀实验, 但是其所能达到分配比例范围较小, 未对分配阀的分流板高度对返料的影响进行研究;许文波[9]进行了两侧不对称结构下的双U阀形式气动分配阀实验, 结果尺寸较小的一侧返料流量占来料流量的比例可在0~25%之间调节, 松动风与流化风有较好的线性单调区和稳定区;对中间分流板高度进行了研究, 指出在各流化数在0~1之间随两侧返料有轻微的影响, 在各流化风大于1之后则几乎没有影响, 但是其只进行了流化数为0和1两个点, 并不能够很好的体现两侧返料流率流化数在0~1之间变化时的规律。双床气化技术中需要根据煤种及工况参数的变化来调节分向热解床中的物料流量, 对于气动分配阀双侧返料时调节的稳定性与准确性有着很高的要求, 有必要对气动分配阀双侧返料的调节性能进行进一步的研究。分配阀的中间分流板高度的不同会对中间两个物料供给室造成一定的交互影响, 但是目前的研究结果来看, 分流板高对双侧返料的影响作用还不明确, 需要进一步的研究。
现以石英砂为实验物料, 对对称结构下双U阀形式的双侧返料气动分配阀进行了单侧返料与双侧返料实验研究, 并对分流板高度对返料的影响进行了研究。
1 实验装置及方法
1.1 实验装置
实验装置如图1所示。主要由料斗、有机玻璃气动分配阀、插板阀、秒表、空气压缩机、电子秤和物料收集装置组成。
气动分配阀两个单U型阀组成, 分成四个区, 一区、四区为物料输送室、二区、三区为物料供给室, 立管直径130 mm, 阀体高度为520 mm, 中间分流板高度h分别为0、350、520 mm。
1.2 实验物料
本实验采用石英砂作为实验物料, 其粒度分布见图2。平均粒径242μm, 真实密度为2 607 kg·m-3, 堆积密度为1 488 kg·m-3, 实验测得的最小流化速度umf为0.035 m·s-1。
1.3 实验方法
进入气动分配阀一、二、三、四区的控制风流量由质量流量控制器 (MFC) 控制, 气量用无量纲流化流化数表示:
式 (1) 中i=1、2、3、4, 代表气动分配阀第一、二、三、四区;Ni表示第i区流化数;Qi表示第i区风量;Ai表示i风室面积;umf表示实验物料的最小流化速度。
返料流率采用计时称重法测量
式中:qm A、qm B、qmt表示A侧、B侧以及总的返料流率;ΔtA、ΔtB表示A侧与B侧的返料时间;αA表示A侧的返料比例。
分流隔板高度用隔板高度与阀体高度之比的无量纲数表示:
2 实验结果与讨论
2.1 单侧返料调节
对气动分配阀 (ξ=0.67, h=350 mm) 进行了单侧返料实验, 实验中始终保持来料充足。
图3.a的结果表明, 当A侧单侧返料时, 在一定的松动风流化数N2下, qm A随流化风流化数N1的增大是逐渐增大的, 达到最大返料流率后不再随N1发生变化。这与文献[9]的研究结果相吻合。不同的N2所达到的最大返料流率不同, N2大的, 最大返料流率大。
图3 (b) 的结果可以看出在一定的流化风流化数N1下, qm A随松动风流化数N2的增大也是逐渐增大的。图 (3a) 中, qm A随N1变化斜率大致为0.36与0.58, 图3 (b) 中, qm A随N2变化斜率大致为2.7与3.6, 说明返料流率对N2的敏感度高, 这是由于松动风的作用是克服颗粒与管壁的摩擦以及平衡水平孔口的流动阻力, 为返料提供主要的动力, 在较小的N2变化范围内, 返料流率有着较大的变化。因此, 当需要大范围调节单侧返料流率时, 可以先用松动风流化数N2进行粗调, 然后用流化风流化数N1进行精调;当需要小范围调节单侧返料流率时, 可以直接调节流化风流化数N1来调节返料流率, 这与文献[4, 10]的研究结果相吻合。
2.2 双侧返料调节
对气动分配阀 (ξ=0.67, h=350 mm) 进行了双侧返料实验, 实验中始终保持来料充足。
图4 (a) 的结果表明, 双侧返料时, A侧返料流率qm A随流化风流化数N1的增加是逐渐增大的, 达到最大返料流率后不再随N1发生变化, 这和单侧返料时随着N1的变化趋势是一致的。图中可以看到, 当N1为0时, A侧没有物料流出, 说明分配阀可以实现一侧返料, 另外一侧不返料的功能。在实验工况下, 单侧返料以及双侧返料都是在N1为1.74时达到其最大返料流率。B侧返料qm B随着N1增大而几乎保持不变, 这说明当其他三股流化风保持不变时, 只改变N1时, 对B侧返料流率qm B几乎没有变化, N1对A侧返料流率有着较好的调节特性。但是从图4和图3来看, A侧在相同的流化数下, 双侧返料时比单侧返料时的返料流率大, 如图中结果所示, 当N1=1.03、N2=0.34时, 单侧返料时qm A为0.41kg/s, 双侧返料时, qm A为1.74 kg/s。这可能是因为, 双侧返料时, 隔板高度小于阀体高度, 导致两个物料供给室在上部是相通的, 两侧的松动风对两边的物料供给室内的颗粒的流化都起到了相互促进的作用, 能够提高返料动力。
图4 (b) 的结果表明, 双侧返料时, A侧、B侧返料流率qm A、qm B随松动风流化数N2均是增加的。这说明当其他三股流化风保持不变时, 只改变N2时, 对B侧返料流率qm B也会产生变化。图5的结果表明, 只改变N2时, 分配阀二区物料供给室与三区物料供给室的压降ΔP2与ΔP3都随着N2有所增加, 中间物料供给室松动风的相互作用提高了两侧的返料动力, 使得两侧的返料流率均有所增加。
图6 (a) 的结果表明, 双侧返料时, A侧分配比例αA随流化风流化数N1的增加是逐渐增大的, 最后达到一个最大的分配比例后不再变化。实验工况下, αA能够实现0~80%之间的调节。
图6 (b) 的结果表明, 双侧返料时, 虽然A、B两侧的返料流率均是增加的, 但是A侧分配比例αA随流化风流化数N2的增加是逐渐增大的, 实验工况下αA能够实现30%~55%之间的调节。
2.3 分流板高度的影响
本实验选取了三种不同的分流板高度 (ξ=0、0.67、1.0) 进行单侧与双侧分配实验, 研究分流板高度对分配阀单侧返料与双侧返性能的影响。
图7的结果表明在单侧返料时, 实验工况下, 在一定的流化数N2下, 随着N1的增加, 单侧返料流率qm A随ξ的增加是增大的。这是因为ξ=0时, 中间的两个物料供给室是完全相通的, 对返料流率起主要作用的松动风会有一部分流向另外一个没有充气的物料供给室, 相当于削弱了物料松动风流化数N2的作用, 随着ξ的增大这种削弱作用逐渐减小。
图8的结果表明在双侧返料时, 在一定的流化数N2、N3、N4下, 在未达到最大返料流率之前, 随着N1的增加, 分流板高度ξ对返料流率的影响不大。在达到最大返料流率时, ξ=1的最大返料流率小于另外两种结构, 这是因为本次实验中, 分流板厚度为40 mm, 而立管的内径为130 mm, 在ξ=1时, 分流板顶部与立管底部相平齐, 很大程度上减小了立管的有效落料面积, 返料流率接近或者超出立管的最大供料流率时, 影响了物料的有效供给, 最大返料流率较其他两种结构小。
比较图7与图8的结果可以看出, 分流板高度ξ对分配阀单侧返料时影响较大, 对双侧返料影响较小, 但是另外一方面, 在返料流率较大时, 分流板厚度在一定程度上减小了物料的有效供给面积。
图9的结果表明, 在双侧返料时, 在相同的流化数N1、N2、N3、N4下, 分流板高度ξ对A侧分配比例αA几乎没有影响。
3 结论
本文在有机玻璃分配阀实验台上采用石英砂作为实验物料进行了分配阀单侧返料以及双侧返料实验, 并对中间分流板高度对返料的影响进行了实验研究。研究发现:
(1) 单侧返料时, 返料流率随着流化风流化数N1逐渐增大, 达到最大返料流率时不再增加;随松动风流化数N2也是逐渐增大的;返料流率对N2的变化更加敏感。
(2) 双侧返料时, A侧返料流率qm A随流化风流化数N1的增加是逐渐增大的, 达到最大返料流率后不再随N1发生变化;只改变N1时, 对B侧返料流率qm B几乎没有变化;当改变松动风流化数N2时, qm A、qm B随N2均是增加的。
(3) 实验工况下, 调节N1、N2均能使得A侧分配比例增加, 调节N1, A侧分配比例αA能够实现0~80%之间的调节, 调节N2能够实现30%~55%之间的调节。
(4) 单侧返料时, 分流板高度ξ对分配阀影响较大, 返料流率随ξ的增加而增大;分流板高度对两侧分配比例几乎没有影响。
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