調節閥的使用與故障對策分析

陳建偉

[摘 ? ?要]隨著工業氣體行業以及上下游等相關制造產業經濟的不斷發展，對產業自動化運行水準的要求也逐漸提升。在這些化工產業自動化水準提升的同時，大型流程工業企業在發展當中所產生的各類自動化設備的使用、維修等環節都會遇到對于調節閥的相關故障的檢測分析，對于調節閥的使用與相關故障檢測分析，是每個企業在日常運行和長遠發展當中的重要基礎保障，只有對調節閥進行預判性的故障分析，才能夠保障聯合裝置的安全運行和生產效益的提升。對此，就調節閥的使用進行探討和研究，針對其使用故障的對策加以闡述。

[關鍵詞]調節閥;故障;分析

[中圖分類號]TH134 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–00–03

[Abstract]With the continuous development of industrial gas industry and upstream and downstream manufacturing industry economy， the requirements of industrial automation operation level are gradually improved. While the automation level of these chemical industries is improving， the use and maintenance of various types of automation equipment produced in the development of large-scale process industry enterprises will often encounter the detection and analysis of the relevant faults of the control valve. The detection and analysis of the use and related faults of the control valve is an important basic guarantee for each enterprise in its daily operation and long-term development， Only the predictive fault analysis of the control valve can effectively guarantee the safe operation of the combined plant and improve the production efficiency. In this regard， this paper will be based on the use of control valve for in-depth discussion and research， and for its use of fault countermeasures to be described in detail.

[Keywords]control valve; failure; analysis

1 調節閥的選型與安裝

調節閥一般會按照能源形式劃分為氣動、電動、液動三種類型。氣動調節閥通過壓縮空氣作為主要能源來源，其優勢在與結構簡單，動作平穩可靠、本質防爆、價格較為適合，而且維護起來也十分便利，正是因為這些優點，被廣泛地應用在液化行業中。

以天然氣初加工裝置為例，隨著各種調節閥裝置在長時間和強負荷的運行下，調節閥難免就會在日常的使用中發生各種故障現象，比如泄漏、振動噪音過大、磨損腐蝕、堵塞等。這些問題的出現，使調節閥的使用時間與最終的應用壽命大幅縮短，工作的可靠性能不斷降低，以至于難以保障裝置的正常穩定運行。在選擇調節閥時，需要對工藝介質的相關參數與調節閥的工作條件進行了解，其介質的組成包括：黏度、流量、密度、溫度、進出口壓力以及壓差等。另外，還有確定調節閥的結構、額定流量系數、流量的特性、口徑大小、工藝壓差計算、材料與安裝的各個方面內容。在選擇與安裝調節閥時還需要遵循以下幾個關鍵的原則。

1.1 調節閥的主要選型

調節閥的結構需要滿足工藝介質的溫度、壓力、流動性、調節范圍、流向、嚴密性的基本要求。比如，在深冷裝置A0201干燥器工藝的標準要求中，此單元調節閥需要具有很大的流量系數、調節的比例需要加大、壓差的變化也會很大，并且其密封性也是主要的標準特點。當前，深冷裝置使用的凸輪撓曲閥相對適合日常的運行。

1.2 調節閥的基本安裝

調節閥的上游管道、容器需要更換或者大范圍維修時，所采取的工藝管道吹掃，必須要提前拆除下游的調節閥，這是為了有效防止管道出現焊渣或者是鐵銹的情況，導致調節閥出現堵塞，致使介質流動不暢。在調節閥的檢修過程中，需要注重不用將填料加裝的過于緊密，從而產生摩擦力過大，調節閥的輸出運行產生不穩。

另外，在安裝調節閥時，務必要注重調節閥的氣開與氣關，這是為了防止因為閥桿的長短不適，導致閥內滲漏的情況發生。而且，需要盡量將調節閥安裝在系統的最低位置區域，這樣能夠相對提升調節閥入口以及出口的壓力，可以盡量去選擇一些具有耐磨性、抗沖性、材質方面較為堅硬的調節閥進行安裝使用。

2 調節閥的使用與故障分析

2.1 調節閥使用中的卡堵故障

調節閥會經常出現內部卡堵的情況，這類情況在新投入運行的系統或者是大修投運使用的初期階段出現。因為管道的內部焊渣、鐵銹堆積在節流口、導向部位或者是下閥蓋平孔內，都會產生卡堵現象，促使閥芯的曲面、導向面誘發拉傷或者是劃痕，還有很多是籠式閥的套筒表面出現雜質的情況，進而導致整體性行程動作的不流暢。另外，在調節閥使用時定期檢修環節填料的處理過緊，導致大幅度增強摩擦力，產生了小信號沒有動作，而大信號的動作卻過頭。如果在日常使用中出現類似的情況，就需要采取一些應對策略，才能夠解決調節閥卡堵的情況。

2.2 調節閥使用中的噪音故障

調節閥產生噪音的原因，就是在調節閥使用過程中控制高壓差介質流而產生的，在一些化工企業的日常生產中，噪音可以稱得上是主要的污染源頭，其所指的一般來說都是閥內件所引發的噪音現象。

2.3 調節閥使用中的泄漏故障

在調節閥使用過程中，會遭受到溫度、壓力、滲透性極強的流動介質所影響。填料裝入到填料函之后，經由壓蓋并增加軸向壓力，因為填料具有塑性，進而產生了徑向力，并和閥桿之間有了更為緊密的接觸，以此達到密封的功能。一旦某些部位呈現出緊密度不均勻，有些部位松散，而另一些部位過于壓緊就容易導致填料變形。調節閥在使用環節中，其閥桿與填料之間潛在著一種相對運動，此運動就被稱為軸向運動。填料受力不均勻也會引起閥桿軸向運動的不連續，更易產生該部位的泄漏。

而調節閥在使用時，調節閥填料函也是產生泄漏情況比較多的位置。產生填料泄漏的根本原因就是由于界面泄漏的情況，其閥桿和填料之間的界面泄漏是因為填料纖維所產生的微小間隙而引發的向外泄漏，接觸的壓力不斷減弱，還包括填料本身產生的老化原因所引發的泄漏故障。

2.4 調節閥使用中的振蕩故障

調節閥在長期使用中由于其彈簧的強度不足，調節閥的輸出信號不夠穩定從而加劇轉變，引發調節閥的振蕩情況。當閥門的振動頻率和上下游管道的固有頻率相同或者近似的時候，就會引起整個管系的劇烈振動，這在大流量氣體排放的工況下極易發生。如果選型不佳，那么調節閥整體工作在小開度中潛在著急劇的流速、流阻以及壓力的變化，一旦超出了閥本身的剛度，其穩定性就會急劇降低，造成整體自動化運行的故障。

2.5 調節閥使用中的閥門定位器故障

一般調節閥中所應用的定位器都是普通機械式的平衡原理工作形式，應用的都是噴嘴擋板或壓電閥技術，閥門定位器故障主要分為以下幾種類型。

（1）由于機械反饋機構的工作原理，可動部件較多，極易受到溫度和振動的影響，引起調節閥的大幅度波動。

（2）噴嘴擋板技術，因為噴嘴孔很小，在儀表氣源不干凈的時候，尤其在剛開車的時候，極易造成堵塞，這樣定位器就無法正常的工作。而壓電閥的高靈敏度有時反而會引起定位器的振蕩。

（3）運用力學平衡原理，彈簧的彈性系數在較為惡劣環境中產生了明顯的轉變，造成調節閥的非線性情況，也使整體的控制質量降低。

3 調節閥的故障解決對策

3.1 調節閥卡堵

（1）清洗法。在調節閥使用中，可以定期對調節閥進行清洗，將調節閥拆開，將內部的堵塞渣物清洗掉。如果是密封面受到了一定的磨損還需要檢修研磨，并將底塞打開，這樣便于清洗平衡孔掉在下閥蓋中的渣物。而且，要在投運前對管路進行沖洗，讓調節閥保持全開，介質就會在流動一段時間之后，投入到正常的運行狀態中。

（2）增大節流間隙。如果介質中的固體顆?；蛘呤枪艿乐斜粵_刷掉的各種焊渣銹物等情況，無法通過節流口而造成堵塞或者卡堵的故障，就可以改變節流的間隙，改用節流間隙大的節流體，以節流面積有效為開窗、開口類型的閥芯、套筒進行調整，主要是因為節流面積中并不是以圓周進行分布的，故障就會較為簡單地被排除。但是，如果是單、雙座閥就可以將柱塞型閥芯改造成V字形的閥芯，這樣就能夠有效解決調節閥卡堵的現象，并保障正常的運行。

3.2 調節閥的噪音處理

在對調節閥噪音故障處理時，一般都會針對兩個方面進行

分析：

（1）氣體噪音。閥芯與其他組件都會存在固有的振動頻率，面對這樣的情況可以通過一體化的閥芯閥桿結構來改變閥芯的原有特性。氣體介質大壓降往往是產生噪音的主要工況，釆用多級籠式內件或多級降噪板可以獲得較好的效果。

（2）液體氣蝕。液體介質在調節閥內進行流動時，壓降超過其飽和蒸汽壓，空化現象就發生，氣泡破裂會產生速度極快的沖擊，不僅損壞閥內件，而且造成強烈的喘流，從而產生氣蝕噪音，這是液體噪音的根源所在，也是閥門受損壞最為嚴重的情況之一。消除與減少氣蝕能夠降低此類噪音，而在實際的解決對策中，主要是應用多級迷宮式的閥內件，促使介質在流道內逐步減壓以避免氣泡破裂現象的發生，通過閥內彎曲和凹凸的流道系統進行衰減，會不斷降低液體的流速與漩渦的運行大小，以達到根本性的解決。

因此，這兩種情況在設計階段就必須要將所有可能的工況都要考慮到，才能確保投運后不發生。

3.3 調節閥泄漏的解決方法

（1）增加密封油脂法。對油脂不敏感的介紹質，可以使用過帶密封脂的填料，可以增強閥桿的密封性功能同時還可以提升閥門運動的順暢性。

（2）增加填料法。為了能夠有效提高填料對于閥桿的密封性能，可以應用增加填料的方式。一般而言是選擇雙層、多層的混合填料形式。更優的方法是釆用彈簧加載型填料，可以實現實時動態補償。

（3）替換石墨填料法。四氟填料可以滿足絕大多數工況，主要是因為調節閥的工作溫度一般都處于–20℃～200℃，如果閥門的工作溫度呈現周期性的變化或者長期工作在比較接近四氟填料的溫度上限，會促使其老化程度加快，壽命明顯縮減。柔性石墨填料能夠有效克服并摒除這些缺點，其超寬的溫度范圍，特有的自潤滑作用，而且使用壽命也會相應增加。有些企業甚至會全部將四氟填料調整為石墨填料，不過使用石墨填料具有較大的回差，在初期應用時需要慎重考慮。

3.4 調節閥振蕩故障處理

大部分情況是因為彈簧的剛度不足，輸出信號在全行程范圍內增益不穩定而引發調節閥振蕩故障;也有是與管系發生共振導致閥門的反饋機構不能持續穩定地輸出行程位置，致使定位器產生信號振蕩;或者材料選用不恰當，當環境溫度劇變時引起定位器反饋桿故障。振蕩的原因可以是多方面的，要以具體問題展開具體化的分析。對于單純性振蕩的情況下，可增加剛度來消除。而管道、基座的劇烈振動引起的閥門不穩定，應消除管道的振動諸如增加支撐點等。選閥時，如果頻率和系統的頻率能夠保持一致，那么就要更換不同結構的閥。另外，工作在小開度所引起的振蕩往往是設計選型不佳而引起的，這時候就需要再次選型流動能力值較小或者是應用分程控制、子母閥來應對調節閥在工作運行中的小開度情現象。

4 高效率的閥門診斷系統

根據VDR的相關數據統計，將近60%的閥門故障可以提前預判。建立在大量的各種類型調節閥的運行和故障數據之上而研發的閥門診斷系統，可以實時監控閥門的運行狀態，對上述可能出現的調節閥的故障提供預判性的處理對策，進行針對性的檢修，減少維修時間，大幅降低因調節閥的意外故障而導致的重大損失。

5 結束語

綜上所述，調節閥作為現代化工自動化的重要設備組成部分，在連續工藝自動化生產的環節中有著不可忽視的重要地位。因此，必須要針對調節閥的使用與故障進行預判性的分析與檢測，利用基于大數據分析的診斷系統對調節閥的故障進行預測，全面保障調節閥的可靠運行。

參考文獻

[1] 錢錦遠，仇暢，金志江.流量特性在線可調式調節閥[J].閥門，2021（2）：57-59.