電動調節閥在集中供熱中的應用及故障分析

李 明

(太原市熱力公司第二供暖分公司，山西 太原 030001)

1 概述

集中供熱不僅為我們的城市發展提供穩定、可靠的供熱保障，而且與傳統的區域供熱或鍋爐供熱相比，能減少城市空氣污染和節約能源，具有明顯的社會效益和經濟效益。所以集中供熱是現代化城市中非常重要的基礎設施，也是城市市政工程中的一個重要組成部分。隨著城市供熱面積的不斷增加和管線輸送距離的不斷加長，集中供熱的管線設計、安裝時的合理性，調試運行維護的規范性，直接影響著城市品質的提升和廣大用戶的切身利益。如何保證熱用戶的流量和溫度是熱網工程設計中一個非常關鍵的問題，除了管網的保溫外，調節設備的合理選擇與安裝就顯得非常重要了。本文將在調節閥的選型及選用的基礎上，探討其在熱力站內的應用和常見故障的分析。

2 電動調節閥設置基本情況

為了解決在供熱系統中水力失調、冷熱不均等問題，提高管理運行水平，改善供熱效果，計算機監控系統應用得越來越多，電動調節閥作為重要的調節手段，在熱力站得到廣泛的應用。我分公司目前有258座熱力站，共有450套系統，每套系統的一次網回水上會加設一臺電動調節閥來控制流量。我分公司主要以丹佛斯生產的電動閥為主(共計247臺)，迎新街地區采用部分薩默森電動閥(25臺)，最近幾年以泰康電動閥為主(共計178臺)。

3 電動閥構造及工作原理

電動調節閥是在自控系統中進行流量調節的設備。一般在熱力站中一次網回水管上加裝，通常作為計算機監控系統的執行機構(調節流量)。電動調節閥是供熱系統中流量調節的最主要設備。

調節閥作為最終執行元件，在控制系統中起著關鍵作用。合理的選型和正確的計算，是閥門長期穩定運行的基礎。

3.1 基本組成及工作原理

電動調節閥由電動執行器與調節閥閥體構成(如圖1所示)。

上部是執行機構，也叫電動閥頭，它需要外部一個供電，一般是24 V或220 V，通過接收PLC內模塊輸出的電流或電壓信號，來驅動閥體改變閥芯和閥座之間的流通面積大小控制調節換熱器一次側的流量，實現現場PLC控制或遠程自動控制，進而改變提供給熱用戶的供熱量。以等百分比特性為最優，具有調節穩定，調節性能好等特點。

3.2 電動調節閥的設計選型

電動調節閥的設計選型很重要，直接影響系統調節效果的好壞。但在實際運行中，電動調節閥常出現運行效果不理想，甚至無法進行正常調節，調節閥損壞過快。其原因是多方面的，其中一個重要的原因就是電動調節閥的設計選型不當，電動閥的選型是一個復雜的計算過程，并且需要反推，驗算選型是否合理。

1)首先根據熱力站供熱負荷以及一次側的供回水溫度計算電動調節閥的流量：

其中,G為設計流量,m3/h；Tg為供水溫度,℃；Th為回水溫度,℃;Q為供熱負荷。

2)再根據流量和閥前后壓差確定KV值：

式中：KV——閥門的KV值,m3/h;

ρ——介質密度,kg/m3;

ΔP——閥前后壓差,bar，閥前后壓差是由設計院根據水壓圖和熱力站阻力損失得來，根據供熱系統的實際情況確定。

當閥門全開時獲得最大的流通能力，此時的KV值最大，稱為KVS。KVS值是最大流通能力(定值)，由廠家提供閥門的設備參數中選取，查看選型樣本中的允許壓差、允許溫度并最后根據KVS值進行調節閥的選型，根據KVS選擇調節閥的口徑。

確定調節閥型號后，根據調節閥在滿足最大關閉壓差的情況下，反推驗證所選型號是否能滿足工況，來最終確定電動閥的選型。

由于熱力站距離熱源的遠近不同，系統提供的資用壓頭不同、壓力變化范圍大，影響電動調節閥正常運行，電動調節閥屬于儀表閥，其最佳運行區間為開度50%～80%之間。比如近端用戶，資用壓頭過大，流量過高，電動閥已經關閉到非常小的開度二網溫度始終難以調節下來，為改善這種情況，常采取措施使調節閥盡量工作在相對開度合適的范圍內，以提高調節功能，常用串聯手動調節閥或壓差控制閥。我分公司根據實際情況，在工程應用中常采用將一次網上除了第一道和最后一道球型閥門之外的閥門來進行限制流量，消耗部分壓降，來保證電動調節閥的工作壓降范圍，電動調節閥在合適的壓差下工作，為電動調節閥提供恒定壓差，使其能保持良好工作狀態。

4 常見故障及處理方法

在實際的運行過程中，由于現場環境復雜，電動調節閥經常會出現一些故障，下面對常見的故障進行分析并進行處理。

4.1 電動閥無法自檢

電動閥在首次安裝或站內停電并恢復供電時，電動調節閥都會進行自檢，來保證其自身正常，達到運行的要求。但有時會遇到電動閥不進行自檢，無法執行相應的開度要求。這種情況下首先觀察電動閥執行器的電源指示燈是否正常，如果指示燈不亮:

1)測量給電動調節閥供電的開關電源的電壓是否正常，如果輸出異常或為零，則需更換開關電源；

2)檢查PLC及電動調節閥閥頭兩側的電源線，是否有松動，將松動的固定緊即可；

3)如萬用表測得電動調節閥執行器供電正常，但指示燈依然不亮，有可能是電路板損壞，需更換。

還有一種情況執行器的指示燈亮，但不自檢，這種是死機現象，時常在臨時停電后恢復供電時出現，需在電動閥執行器上的電路板找到復位鍵或按鈕進行復位，重新自檢即能恢復正常；如果還不能自檢，可在斷電的情況下，用專業工具手動將電動閥的全行程走一圈，再上電即可恢復正常；還有一種情況就是閥體內部機械故障或電路板故障，需聯系廠家進行處理。

4.2 給定值與反饋值不一致

出現這種情況，首先用萬用表去測量給定的電壓值與反饋的電壓值是否相等。如果相等，則需要檢查線路是否松動或PLC模塊通道是否損壞。如果線路松動，固定緊即可恢復正常，如果是模塊通道損壞，就需換個通道或更換模塊。如果不相等，則可能是執行機構的行程紊亂，需要將電動調節閥閥體進行自檢。

還有一種情況就是，受現場環境的影響，會存在干擾問題，使電動調節閥不能按給定值去執行，這就需要用一些抗干擾的手段來干預，如信號線使用屏蔽線或對變頻器增加抗干擾模塊等來減少或消除存在的干擾。

4.3 電動閥實際行程與說明書不一致

在實際操作中，發現有的電動閥控制效果不明顯，閥門根據要求開到指定的開度后，尤其是將閥門關至較小位置后，流量、溫度等數據沒有明顯變化，失去控制溫度的意義。這種情況一般是：

1)閥體內部有雜物或內部生銹，致使閥桿無法順利的打開或關閉，需要將閥體打開清除干凈后并進行自檢，即可使用；

2)電動閥執行器內部元件老化，達不到開關閥體的扭力，需要更換執行器。

5 結語

縱觀目前的供熱行業，電動調節閥被廣泛應用在熱力站的一次側調節供熱流量。電動調節閥的正常使用，對整個供熱系統的統籌管理有著非常重要的作用，在實際使用情況中，調節閥的設計選型和出現故障后的維護顯得非常重要。

隨著自控技術智能化程度不斷提高，電動調節閥的使用還有很大的應用提升空間，在節能方面還有很大的潛力。總之應用自動控制技術發展集中供熱已成為當下節能技術的主要手段之一。