氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的儀控調(diào)試

王丹 蔣泰鏗

【摘 要】作為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的終端控制元件，調(diào)節(jié)閥對(duì)核電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性發(fā)揮著重要作用，而以壓縮空氣為動(dòng)力源的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在福清核電機(jī)組中有廣泛的應(yīng)用且在調(diào)試階段問(wèn)題較多。本文闡述氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥工作原理及其在控制回路中的重要作用，介紹閥門電氣轉(zhuǎn)換器、定位器等主要控制附件的功能，結(jié)合自身調(diào)試經(jīng)歷，從儀控角度對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的單體調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中的調(diào)試重點(diǎn)進(jìn)行分析、總結(jié)，分享調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，對(duì)解決氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)試故障、提高調(diào)試質(zhì)量具有實(shí)際意義，也是后續(xù)機(jī)組氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)試的重要參考依據(jù)。

【關(guān)鍵字】氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥;儀控;調(diào)試;故障處理

中圖分類號(hào)： TH138.52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）07-0072-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.028

【Abstract】As a terminal control element of modern industrial control system， control valves play an important role for nuclear power plants safety and economy. Pneumatic control valves are widely used in Fuqing NPP， and there are many problems during the commissioning phase. This thesis describes the operating principles of pneumatic control valves and the important role in the control loop， introducing the functions of electrical converter，positioner and other major control accessories. With commission experiences， the thesis analyzes and summarizes the key points of commissioning and some common faults ，sharing commissioning experience. The thesis has practical implications for solving the commission failures and improving the commissioning quality，and also an important reference for the follow-up units.

【Key words】Pneumatic control valve; I&C; Commission; Trouble-shooting

0 前言

核電站系統(tǒng)回路中介質(zhì)流動(dòng)是由泵和閥門控制的，流量主要由閥門來(lái)控制，而調(diào)節(jié)閥可以連續(xù)和比較精確的調(diào)節(jié)流量。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥以潔凈壓縮空氣為動(dòng)力，接收標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)閥體運(yùn)動(dòng)，通過(guò)改變閥芯與閥座間的流通面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的作用。它的遠(yuǎn)程操作和控制的實(shí)現(xiàn)，使得運(yùn)行人員在主控室就能準(zhǔn)確的知道閥門的實(shí)際位置，根據(jù)機(jī)組的狀態(tài)需要來(lái)控制閥門，以滿足現(xiàn)場(chǎng)的需要，所以人們常把調(diào)節(jié)閥比喻為生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的“手足”。

一個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量受到控制系統(tǒng)各組成部件的影響，主要取決于控制系統(tǒng)組成部件中最薄弱環(huán)節(jié)的影響。調(diào)節(jié)閥是節(jié)流裝置，屬于動(dòng)部件，與檢測(cè)元件和變送器、控制器比較，在控制過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥需要不斷改變節(jié)流件的流通面積，以適應(yīng)負(fù)荷變化或操作條件的改變，而且很難采用隔離的方法與過(guò)程介質(zhì)隔離。調(diào)節(jié)閥的活動(dòng)部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、“漏”的主要原因，它不僅造成資源或物料的浪費(fèi)，也污染環(huán)境，引發(fā)事故。所以，從控制系統(tǒng)整體看，一個(gè)控制系統(tǒng)控制得好不好，都要通過(guò)調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]。

1 控制附件的組成及功能

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥常見(jiàn)的控制附件和功能：

（1）減壓閥：降低控制氣源壓力，以適宜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作壓力;（2）過(guò)濾器：濾去壓縮空氣中的水和其他雜質(zhì)，保證進(jìn)入電/氣轉(zhuǎn)換器、定位器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓縮空氣的清潔。許多產(chǎn)品是減壓閥和過(guò)濾器一體化設(shè)計(jì);電氣轉(zhuǎn)換器（E/P）：將控制系統(tǒng)來(lái)的4～20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0.02～0.1MPa（3～15psi）的氣壓控制信號(hào);（3）定位器：是閥位控制的核心部件，對(duì)調(diào)節(jié)閥的閥位進(jìn)行精確控制;閥位變送器：通過(guò)連桿與閥桿的位移同步產(chǎn)生轉(zhuǎn)角移動(dòng)，轉(zhuǎn)換成4～20mA電信號(hào)，線性地反映閥門的開(kāi)度;（4）行程開(kāi)關(guān)：通常安裝在閥門的全開(kāi)和全關(guān)位置，用以發(fā)出閥門全開(kāi)和全關(guān)的信號(hào)送到控制系統(tǒng);

為了實(shí)現(xiàn)某些特殊的控制功能，一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)上還配備了其他的控制部件，如實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能的電磁閥，實(shí)現(xiàn)保位功能的鎖氣器，加快動(dòng)作速度的放大器。

2 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)試重點(diǎn)

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥安裝后，在生產(chǎn)過(guò)程啟動(dòng)前應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)閥的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，調(diào)試正常才能投入使用，同時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的故障，有利于盡快解決。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試主要包括以下幾個(gè)方面：

2.1 調(diào)試前確認(rèn)

檢查手輪機(jī)構(gòu)能否正確轉(zhuǎn)動(dòng)和動(dòng)作，檢查完畢后將手輪機(jī)構(gòu)處于“中性點(diǎn)”位置，否則閥門不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。

確認(rèn)閥門開(kāi)度指示牌位置正確、安裝牢靠，否則請(qǐng)機(jī)械調(diào)整合格。

檢查供氣管線上的手動(dòng)隔離閥是否已打開(kāi)，供氣氣源壓力是否正常。

2.2 單體調(diào)試

2.2.1 管線檢查

（1）檢查氣源管線回路安裝是否正確，管線管徑是否正確

根據(jù)設(shè)計(jì)、廠家圖紙，檢查儀表附件選擇及連接是否滿足要求，檢查供氣管線管徑是否選擇正確。

（2）氣路緊固件是否松動(dòng)，控制回路是否有漏氣

在調(diào)試期間，由于各儀表附件緊固件松動(dòng)、漏氣導(dǎo)致閥門不能正常運(yùn)行的現(xiàn)象非常普遍。可通過(guò)聽(tīng)聲、噴檢漏液等方式確認(rèn)是否泄露及漏點(diǎn)，通常采取緊固方式處理，特別注意不能在卡套式緊固件處纏生料帶。

2.2.2 控制附件調(diào)校

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制附件較多，需嚴(yán)格控制各附件的輸入、輸出，以確保閥門能正常運(yùn)行，如過(guò)濾減壓閥的設(shè)定壓力是否合適、電氣轉(zhuǎn)換器輸入電信號(hào)為4～20mA，對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)應(yīng)為3～15psi，定位器、行程反饋器、放大器等功能測(cè)試則需要對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行整體性調(diào)校驗(yàn)證。

標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器將輸入信號(hào)平穩(wěn)地按增大和減小方向輸入電氣轉(zhuǎn)換/定位器，測(cè)量各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的閥門開(kāi)度（行程）是否滿足控制要求。主要分為5個(gè)關(guān)鍵調(diào)校點(diǎn)：0%、25%、50%、75%、100%開(kāi)度進(jìn)行驗(yàn)證，使行程反饋器反饋值與現(xiàn)場(chǎng)閥門開(kāi)度一致。由于無(wú)法確定調(diào)節(jié)閥的實(shí)際行程值，始點(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)必須調(diào)準(zhǔn)，不然會(huì)因閥門關(guān)閉不嚴(yán)導(dǎo)致內(nèi)漏發(fā)生或調(diào)節(jié)精度不夠。調(diào)節(jié)閥全行程運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)偵聽(tīng)調(diào)節(jié)閥閥芯和閥座是否有機(jī)械振動(dòng)和異常雜音。

做好信號(hào)電纜絕緣包扎。閥門拆除EP接線時(shí)不要碰到EP外殼，從而導(dǎo)致接地，電磁閥拆除接線時(shí)不要接地和短路。將EP線和電磁閥線用絕緣膠帶包扎好并固定在不影響檢修的位置。拆除的設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開(kāi)口注意封堵，通常用有色塑料布對(duì)開(kāi)口點(diǎn)進(jìn)行包扎。拆除的較小零部件應(yīng)裝入塑料封口袋中，并做好標(biāo)記。

如發(fā)生信號(hào)電纜接地等異常情況，因DCS卡件有過(guò)電流保護(hù)功能，此時(shí)DCS一層顯示BAD點(diǎn)，DCS二層畫面會(huì)出現(xiàn)洋紅色，這時(shí)需要由DCS維護(hù)人員將氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)所在DCS通道的卡件拆下，重新復(fù)位即可消除故障。

2.2.3 動(dòng)作性能檢查

一些控制系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間有要求時(shí)，應(yīng)檢查調(diào)節(jié)閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間。在全開(kāi)位給關(guān)閉信號(hào)，到觸發(fā)全關(guān)信號(hào)的時(shí)間，為關(guān)閥時(shí)間;在全關(guān)位給開(kāi)啟信號(hào)，到觸發(fā)全開(kāi)信號(hào)的時(shí)間，為開(kāi)閥時(shí)間。

行程檢查：從閥門全開(kāi)到全關(guān)，或全關(guān)到全開(kāi)的行程，觀察閥桿和執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿是否發(fā)生卡澀或其他故障。

2.3 系統(tǒng)調(diào)試

2.3.1 負(fù)反饋調(diào)試

控制系統(tǒng)能夠正常工作最終需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的閉環(huán)負(fù)反饋回路控制回路[2]，因此，理論上應(yīng)將控制器、檢測(cè)變送器和調(diào)節(jié)閥（包括閥門定位器）和被控對(duì)象一起考慮，并設(shè)置控制器的正、反作用。而從工程實(shí)際應(yīng)用來(lái)分析，其中主要有如下三個(gè)因素：

（1）過(guò)程特性（Kp）：如疏水水位調(diào)節(jié)和給水水位調(diào)節(jié)

（2）執(zhí)行器特性（Kv）：如氣開(kāi)型和氣關(guān)型調(diào)節(jié)閥

（3）調(diào)節(jié)器特性（Kc）：如正作用調(diào)節(jié)器和反作用調(diào)節(jié)器。

測(cè)量變送器環(huán)節(jié)均為正，可不考慮。要組成負(fù)反饋，要求閉合回路上所有環(huán)節(jié)（包括調(diào)節(jié)器的運(yùn)算部分在內(nèi)）的增益的乘積為正數(shù)，如下圖1。

調(diào)節(jié)器動(dòng)作特性和執(zhí)行器動(dòng)作特性如何正確區(qū)分？當(dāng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的需求與設(shè)備的實(shí)際動(dòng)作相反時(shí)，是否可任意選擇一個(gè)修改就可以？

參照前面理論描述似乎是可以的，但是實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的DCS方案中是不允許的。在福清核電DCS控制方案中這兩個(gè)參數(shù)是有嚴(yán)格區(qū)別的，調(diào)節(jié)器的動(dòng)作特性只與過(guò)程特性有關(guān)，補(bǔ)水閥的水位調(diào)節(jié)器必須設(shè)置為反作用，疏水閥的水位調(diào)節(jié)器必須設(shè)置為正作用，無(wú)論這些閥門是氣開(kāi)型或者氣關(guān)型。PID模式參數(shù)中INCOPT為調(diào)節(jié)作用選擇：“0”=反作用，“1”=正作用[3]。

設(shè)置好調(diào)節(jié)器正、反作用方式后，可在調(diào)節(jié)器測(cè)量端模擬輸入信號(hào)，使其增加或減小，觀測(cè)調(diào)節(jié)器輸出變化是否符合作用方式的要求，并檢查調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作方向是否正確，是否能夠使被調(diào)變量向減小方向變化。

福清核電DCS中調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置值均默認(rèn)為0，即為反作用，儀控人員在調(diào)試過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更改，確保參數(shù)設(shè)置符合設(shè)計(jì)要求。

DCS中執(zhí)行器特性設(shè)置為：閥門的氣開(kāi)型零滿點(diǎn)對(duì)應(yīng)4～20mA信號(hào)，而氣關(guān)型零滿點(diǎn)對(duì)應(yīng)20～4mA信號(hào)[3];DCS側(cè)該參數(shù)位于輸出模塊AOUTR中，ATC參數(shù)設(shè)置為1，即為氣關(guān)閥，ATC=0，即為氣開(kāi)閥，配置為氣關(guān)時(shí)滿開(kāi)度DCS將輸出4mA。

所以單從參數(shù)設(shè)置上這兩個(gè)是完全獨(dú)立的參數(shù)，正確配置這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)非常方便，無(wú)論是哪種執(zhí)行器，在畫面上看到的100%或操作的100%都能得以正確執(zhí)行，無(wú)需關(guān)注底層的差別。

2.3.2 模擬和邏輯控制驗(yàn)證

一般來(lái)講，所有的調(diào)節(jié)閥均有模擬和邏輯控制功能，例如，氣開(kāi)型調(diào)節(jié)閥在失氣的時(shí)候?yàn)殛P(guān)位置，在得氣的時(shí)候就要工作在調(diào)節(jié)狀態(tài)。邏輯控制實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的超馳開(kāi)或者關(guān)功能;模擬控制實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥依據(jù)過(guò)程需求實(shí)現(xiàn)中間開(kāi)度。通常，調(diào)節(jié)閥均可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的邏輯控制，邏輯控制是優(yōu)先于模擬控制的，只有閥門處于模擬控制狀態(tài)下調(diào)節(jié)器輸出才有實(shí)際效果。

3 結(jié)論

核電機(jī)組調(diào)試是驗(yàn)證其前期設(shè)計(jì)、施工、安裝等階段可靠性、確保核電機(jī)組安全投運(yùn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，調(diào)試人員在調(diào)試過(guò)程中要嚴(yán)格按照生效調(diào)試規(guī)程進(jìn)行實(shí)施;福清核電調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥故障率較大，通過(guò)對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥儀控調(diào)試重點(diǎn)進(jìn)行分析、總結(jié)，有效利用經(jīng)驗(yàn)反饋工具，共享交流，可以快速有效的解決調(diào)試故障，提高閥門的可靠性。

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