調節閥的故障診斷及處理建議(一)

吳國良

(上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

筆者依據儀表設備和控制系統管理、維護保養的經驗，以各種現場儀表設備和控制系統出現的故障為案例，運用儀表工作原理、自動控制原理、工藝過程知識等，分析了石油化工裝置中出現的各種儀表設備和控制系統故障現象及故障產生的原因、處理辦法以及預防措施。這些故障案例雖不能涵蓋大部分故障，但分析方法和處理故障的思路卻能供現場儀表維護保養人員參考和學習，在此與大家一起探討。

本文重點分析了調節閥在使用過程中曾出現的故障，并給出了相應的解決方案。

1 閥門定位器的故障分析及處置

1.1 氣動放大器故障

1) 故障現象。某調節閥的閥門定位器有輸入信號，但無輸出信號，使閥門不能動作。

2) 現象分析。經檢查發現閥門定位器的氣動放大器有故障，進一步解體檢查，發現內部氣動放大部分的球閥處積聚了水和污物，堵塞了放大器的氣路，造成氣動放大器無輸出信號。閥門定位器氣動放大器結構如圖1所示。

3) 處理方法。由于儀表空氣中含有的水分和污物容易堵塞氣路，因此氣動放大器應定期拆洗，此外放大器經拆洗后應該進行校驗，檢查和調整其放大倍數達到規定值。

1.2 恒節流孔堵塞

1) 故障現象。裂解爐急冷熱交換器的進水調節閥突然關閉。

2) 現象分析。經檢查發現此時閥門定位器無輸出信號，由于調節閥是風開閥，閥門因無風而關閉；進一步檢查發現閥門定位器的氣動放大器的恒節流孔堵塞，使氣流不能通向噴嘴擋板。當噴嘴背壓為零，即氣動放大器無輸入信號時，下方的球閥在彈簧作用下向上移動并關閉氣源進氣口；而上方的錐閥向上移動并打開排氣口，造成無輸出信號，同時使調節閥膜頭上的氣體通過放大器的排氣口排出，使閥門關閉。如調節閥為風關閥，則上述故障會造成閥全開。

3) 處理方法。將恒節流孔拆下，用金屬絲通針將孔穿通即可。

圖1 閥門定位器氣動放大器結構示意

因此，應對氣源的空氣過濾器進行定期吹掃、排放，以清除內部積水等。保持氣源干燥、清潔，可保障氣動儀表的可靠運行。

1.3 反饋連桿脫落或緊固螺絲松動

1) 故障現象。發現某調節閥始終是全開，改變控制信號也不起作用。

2) 現象分析。調節閥的反饋連桿起負反饋作用，當反饋連桿脫落時，便失去了負反饋作用，此時閥門將處于全開或全關位置，反饋連桿連接示意如圖2所示。

圖2 閥門定位器反饋連桿連接示意

閥門定位器的動作過程如下：

a) 當控制信號增大或減小時，通過波紋管的氣動定位器或電磁線圈的電動定位器，拉動擋扳蓋住或離開噴嘴，使噴嘴的背壓為最大或最小，此時氣動放大器輸入信號為最大或最小，那么其輸出信號也是最大或最小。如是氣開式閥門，使調節閥打開，如是氣關式閥門，則關閉；同時閥桿上移或下移，閥桿帶動定位器反饋連桿推開或拉下擋板，它的動作方向與波紋管電磁線圈正好相反，起到負反饋作用，使擋板隨著閥桿的移動，慢慢離開或接近噴嘴，使噴嘴的背壓減小或增大，最后達到平衡，此時閥門達到信號控制的目標位置。

b) 如果反饋連桿脫落或緊固螺絲松動，則閥桿的移動不能反饋給定位器的擋板，擋板仍保持原始位置，定位器的輸出信號始終是最大或最小，即調節閥的開度一直保持在全開或全關位置，使之無法控制。

3) 處理方法。如果故障是由反饋連桿脫落所引起，則重新裝好反饋連桿即能恢復定位器正常工作；如果是反饋連桿緊固螺絲松動引起的故障，則懷疑支點可能移動，因此緊固螺絲后，還應重新調整定位器，然后才能正常使用。

2 調節閥閥桿故障分析及處置

1) 故障現象。定位器的輸出信號改變后，調節閥經過多次振蕩后才穩定。

2) 現象分析。經檢查發現，該調節閥的閥桿有些彎曲，同時填料壓蓋壓得太緊，填料缺少潤滑油，使閥桿和填料之間摩擦力增大，進而閥桿移動阻力增大，小的偏差信號產生的推動力不能克服摩擦阻力，調節閥閥桿連接示意如圖3所示。控制信號增大時，定位器輸出的氣動信號增大，才能推動閥桿動作；但是動作后又超過了信號點的目標位置，反過來控制信號又減小，將試圖使閥桿再回到目標位置；由于摩擦阻力問題，只有當控制信號又超過平衡點時，閥門才能動作。因而，閥桿保持上、下移動，呈現跳動現象，從而引起閥門振蕩。

圖3 調節閥閥桿連接示意

3) 處理方法。調節閥閥桿彎曲部分應校直，填料壓蓋不要壓得太緊，應定期注入潤滑油，即可減小閥桿的移動阻力。

3 調節閥膜頭內積水引起的故障分析及處置

1) 故障現象。天氣寒冷時，部分調節閥出現不動作現象。

2) 現象分析。氣開式調節閥膜頭頂部有一個排氣孔，原配的排氣孔蓋丟失，所以朝天的孔容易進水，造成膜頭內積水，在寒冷的天氣里水結冰，使膜片凍結不動作。氣開式調節閥結構如圖4所示。

圖4 氣開式調節閥結構示意

3) 處理方法。用蒸汽沖膜頭，融冰除積水。為了防止膜頭內進水，可以將膜頭頂部的放氣孔接一段繞圈的紫銅排氣管，并且開口向下，該方法效果良好。

4 調節閥氣源供氣壓力不足引起的故障分析及處置

1) 故障現象。鍋爐主蒸汽壓力放空調節閥只能關到75%處，無法完全關閉；而將調節閥的前置工藝切斷閥關閉時，放空調節閥才能完全關閉。放空調節閥結構如圖5所示。

圖5 放空調節閥結構示意

2) 現象分析。由于鍋爐主蒸汽壓力放空調節閥在放空時閥門前后壓差很大，約為8.4 MPa，壓差作用力方向向上，頂開閥芯，使閥不能完全關閉。而將工藝切斷閥關閉后，調節閥壓差消失，閥門即可關閉。進一步檢查發現是調節閥氣源減壓閥有故障，調節閥工作氣源壓力從0.5 MPa下降到0.2 MPa，由于氣源壓力指示小風表損壞，因此氣源壓力低的故障沒有被及時發現。鍋爐主蒸汽壓力放空調節閥是風關型閥門，氣源壓力不足會造成閥門不能完全關閉。

3) 處理方法。修復氣源減壓閥，提高閥門供氣壓力后，調節閥動作正常，可完全關閉。

7.來稿請詳細標注參考文獻，在行文中按先后次序在相應位置標出序號，并依次按要求列于文末，其序號用方括號加數字表示。如[1]、[2]……文末參考文獻格式：書籍為“[序號]作者.(作者，作者，等.)書名[文獻類型標志].版別.出版地：出版者，出版年：頁碼”；期刊為“[序號]作者.(作者，作者，等.)文題[文獻類型標志].刊名，年，卷(期)：起止頁”。例如：

5 氣動執行機構氣源壓力太高引起的故障分析及處置

1) 故障現象。帶手動油泵的氣缸式執行機構調節閥在氣缸排氣時發現氣中帶油。

2) 現象分析。氣缸式執行機構上安裝了手動油壓泵的活塞缸，氣缸和油缸之間用O型圈密封隔離，防止油缸內的油泄漏到氣缸內。經查發現執行機構工作氣源壓力設定太高，將O型密封圈彈出凹槽外，從而使油缸內的油漏到了氣缸里。當氣缸室放氣時，油被帶出。氣缸式執行機構調節閥結構如圖6所示。

3) 處理方法。打開氣缸進行清洗，重新裝好O型圈。將工作氣源壓力降低到規定范圍。此外還需檢查油路中油量是否足夠，如損耗過多，應補充油量。

圖6 氣缸式執行機構調節閥結構示意

6 活塞式執行機構中手動油泵引起的故障分析及處置

1) 故障現象。某切斷閥采用帶有手動油泵的活塞式驅動機構，在操作手動油泵時，出現閥門行程很小的現象。檢查該閥門并沒有出現卡死等現象，而且切斷閥上輔助小閥門的開關狀態均正常。

2) 現象分析。該故障是油泵內注油太多造成的，當油泵和油缸內油注得太多時，油路中沒有了油循環所必要的足夠空間，使手動油泵內活塞活動范圍變得狹小，導致手動油泵不能動作，如圖6所示。

3) 處理方法。將油缸里的油放掉一部分后，該閥門動作即恢復正常。

7 調節閥閥芯與閥座間隙太小引起的故障分析及處置

1) 故障現象。廢液槽壓力放空調節閥已全開，但廢氣仍無法排出。

3) 處理方法。采取臨時措施，將閥芯位置抬高，當閥門全開時，使閥芯頭部的導向桿脫離閥座，消除環狀空隙現象，使介質排放暢通；但此時調節閥控制特性變差，導向桿無法起到導向作用。因此，較好的解決方法是將導向柱桿的直徑減小，以增大環狀空隙，使閥門的流通能力增強。

圖7 放空調節閥結構示意

8 活塞式執行機構內部潤滑油引起的故障分析及處置

1) 故障現象。某閥門的活塞式單作用執行機構下部氣缸排氣孔處有持續排氣現象。

2) 現象分析。將該閥門解體檢查，發現氣缸的活塞O型密封圈膨脹變形，失去了密封作用。活塞上部的氣體通過O型密封圈泄漏到了下部氣缸內，導致氣體從下氣缸的排氣孔不斷排氣。同時還發現氣缸內壁有麻點孔，造成該現象的主要原因是曾在氣缸內壁加入牛油做潤滑劑；O型密封圈是橡膠制品，與牛油接觸后變質膨脹，失去了彈性。單氣缸調節閥活塞式執行機構結構如圖8所示。

圖8 單氣缸調節閥活塞式執行機構結構示意

3) 處理方法。調換O型密封圓，并將氣缸內壁的麻點磨平。需要注意的是，氣缸活塞的潤滑劑不應使用牛油，最好使用硅油或25號氣缸油。

9 調節閥閥體內部沖蝕嚴重的原因分析及處置

1) 故障現象。裂解爐急冷油流量調節閥是大口徑蝶閥，運行2 a后檢查發現內壁硬質金屬襯套、閥板、軸承座等處已被介質沖蝕得很嚴重，有穿孔跑油的危險。

2) 現象分析。造成該現象的原因是裂解爐急冷油泵出口壓力較高，調節閥長期處于小開度工作狀態，開度在25%～50%。由于節流作用強，使該處流速較大，而急冷油中含有大量結焦粒子，因此對于下游設備的沖蝕非常嚴重， 流量調節閥結構示意如圖9所示。

圖9 流量調節閥結構示意

3) 處理方法。同類調節閥在日本同類工廠中每年調換一次，而該閥在中國某企業使用過程中規定2 a調換一次；同時對更換下來的閥門進行修補，然后作為備品。該流量調節閥下游側工藝管線沖蝕也較嚴重，現增設一段短管，內襯硬質金屬，工藝方面規定該條短管需每年調換一次。從調節閥下游側工藝管線沖蝕特別嚴重的情況分析，該現象與調節閥的工作開度過小有關，應當設法降低急冷油泵的出口壓力，使調節閥開度增大，該方法是改善閥門沖蝕的有效措施之一。

10 調節閥開始動作信號未校準到位產生的問題及處置

1) 故障現象。裂解爐稀釋蒸汽流量調節回路中，調節器輸出信號在閥門開度為20%～30%時，流量變化特別靈敏。閥位信號稍有變化，流量變化就很大，使流量調節回路無法實現自動控制。

2) 現象分析。經檢查發現蒸汽流量調節回路中調節閥的行程沒有調整好。該閥門是風開閥，定位器輸入信號增加到20%時，閥門才開始執行關閉動作，而信號為50%時閥門開度基本正確，這說明閥門起步點信號不在0，而是在20%，對應輸入信號在20%～50%時，閥門已達一半行程，表明定位器放大倍數過大，因此閥門開度為20%～30%時，輸入信號稍有變化，閥門行程就會有較大變化，造成流量變化特別靈敏。

3) 處理方法。發生上述故障的主要原因： 在校驗調節閥行程時，沒有檢查閥門開始動作時對應信號的大小。有時儀表工在校驗調節閥行程時，只作3點檢查： 在調好輸入信號50%這點之后，只看輸入信號在0和100%時閥門是否開足或關死，并沒有注意閥門開始動作所對應的輸入信號究竟是多少。

上述案例就是輸入信號在0～20%變化時，閥門

還沒有開始動作，均處于全關狀態。為防止這種情況發生，在校驗調節閥行程時，除一般校驗外，還需檢查調節閥的開始動作信號是否在0或100%附近，如有誤差可以調節定位器的放大倍數，即調量程即可解決該問題。因此校驗調節閥行程時，應該檢查5點，即對應信號在0，25%，50%，75%，100%時的閥門開度。

11 結束語

石油化工裝置中儀表及控制系統暴露出來的各種故障，有的是儀表設備或控制系統自身產生的，同時也有工藝設備故障或工藝操作失誤導致的問題，但這些現象都會在儀表中顯示出來。通過對故障原因的歸類、分析、總結，提出了相應的處理方法，以期對廣大儀表操作人員提供借鑒。(待續)