氣動(dòng)活塞調節閥工作不穩定原因分析及處理
分析調節閥工作不穩定故障原因，針對故障原因對增速器、閥門(mén)定位器調試參數和設定值進(jìn)行修改，解決了閥門(mén)波動(dòng)和工作不穩定的問(wèn)題。
重慶建峰化工股份有限公司第二套大化肥裝置，合成氨系統采用KBR技術(shù)，尿素系統采用荷蘭Stamicarbon技術(shù)，年產(chǎn)為45萬(wàn)噸合成氨、80萬(wàn)噸尿素。合成氨、尿素裝置中調節閥氣動(dòng)控制配置的附件以智能數字定位器為主，定位器的控制精度比較高，例如工藝空氣壓縮機防喘振調節閥(PV4050)，閥門(mén)行程比較長(cháng)，在調試和使用中出現波動(dòng)或工作不穩定的故障，影響空氣壓縮機防喘振控制以及出口壓力穩定性;尤其是雙氣缸配單/雙輸出的智能定位器+增速器等附件的調節閥，如工藝段間放空閥(HV1108、PV1032)和壓力控制閥(PV1040)等，在調試過(guò)程中出現工作不穩定或波動(dòng)現象，導致儀表控制回路波動(dòng)，進(jìn)而影響工藝過(guò)程控制。
1、氣動(dòng)控制回路原理
氣動(dòng)活塞式調節閥執行器，一般采用不同口徑氣動(dòng)活塞式結構。這種結構通常產(chǎn)生較大的輸出力(力矩)，性能可靠，結構緊湊，維修方便。這套系統包括1個(gè)儲氣罐，2個(gè)換向閥，1個(gè)鎖止閥和1個(gè)止回閥。在這套系統中，止回閥的作用是保持氣罐的最高壓力，鎖止閥檢測壓縮空氣的供氣壓力，當壓縮空氣低于鎖止閥的設定值時(shí)2個(gè)換向閥失去驅動(dòng)壓力換向閥動(dòng)作，氣罐氣進(jìn)入氣缸一個(gè)口，驅使閥桿動(dòng)作到失氣位置，氣缸的另一個(gè)口將氣體排出;系統失氣時(shí)，氣缸的體積小，不能使閥門(mén)動(dòng)作到它的失氣位置，只能靠外帶的儲氣罐補充所需要的氣體。HV1108、PV1032上缸進(jìn)氣的控制是由減壓閥給定一個(gè)恒定的壓力信號，通過(guò)增速器(升壓器)給執行機構的上氣缸供給一個(gè)恒定的氣壓，定位器為下缸供氣，實(shí)現調節閥的準確定位;PV1040則是由定位器為上、下氣缸提供控制信號給增速器，控制上、下氣缸的供氣，實(shí)現調節閥的準確定位。
圖1為段間放空閥及壓力控制閥氣源供給中斷時(shí)閥門(mén)關(guān)閉(FC)狀態(tài)的氣動(dòng)控制回路流程。在沒(méi)有虛線(xiàn)連接的管線(xiàn)連接時(shí)為HV1108、PV1032氣動(dòng)控制回路;在使用虛線(xiàn)連接的管線(xiàn)連接時(shí)取消與增速器連接的減壓閥及進(jìn)出口管線(xiàn)，則為PV1040氣動(dòng)控制回路。
圖1 段間放空閥及壓力控制閥氣動(dòng)控制回路流程
2、故障原因分析
在調試過(guò)程中，給定信號出現閥門(mén)定位時(shí)間長(cháng)或在小開(kāi)度不穩定，閥位偏差大等現象;在投入使用中出現工藝控制參數不穩定，壓力波動(dòng)大等故障現象。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為主要原因是由于定位器及附件參數設定不合適和調試不到位。
以上述HV1108、PV1032、PV1040為例分析閥門(mén)的故障原因，在調試時(shí)用HART通信器測得的各閥門(mén)的數據見(jiàn)表1～3。
表1 HV1108的測試數據
表2 PV1032的測試數據
注：輸入信號列到20mA后再到4mA是儀表調節閥正反行程變差調整，表3同理。
表3 PV1040的測試數據
根據表1～3的測試數據可以看出在處理各閥門(mén)的主要問(wèn)題是：HV1108在中間行程定位時(shí)間較長(cháng)，波動(dòng)范圍在2%以?xún)?PV1032在中間行程穩定性差，波動(dòng)范圍在2%，且反向信號出現單向偏差閥位偏低，開(kāi)閥時(shí)全行程時(shí)間太長(cháng)(達23s);PV1040在小開(kāi)度不穩定，閥行程波動(dòng)較大。
3、處理措施
3.1、定位器不穩定的處理
1)調整增速器的靈敏度。增速器的靈敏度調整方法和順序：調整增速器的靈敏度→執行自動(dòng)設定程序→動(dòng)態(tài)特性滿(mǎn)意→結束。先調整上缸、后調整下缸進(jìn)氣的增速器并做記錄，避免上下同時(shí)調整出現混亂。對于配置IL-100型增速器(HV1108、PV1032)的調節閥，調節增速器的針閥，用來(lái)控制空氣的流量，從最高靈敏度(針閥完全關(guān)閉)逆時(shí)針轉動(dòng)針閥1.5圈降低靈敏度。其他型號增速器如PV1040的場(chǎng)合，先逆時(shí)針轉動(dòng)針閥，降低靈敏度。
2)定位器參數調整。動(dòng)態(tài)特性參數選擇，決定控制閥的PID計算參數，通過(guò)選擇執行機構的尺寸消除閥門(mén)的不穩定。通過(guò)HART375通信器，選擇[Mainmenu](主菜單)—[Config&Calib](配置和標定)—[Dynamicchara](動(dòng)態(tài)特性)—[Actuatorsize](執行機構尺寸)，從參數0至9(PARAM0toPARAM9)選擇確認執行機構尺寸，觀(guān)察閥門(mén)的閥位的穩定性，選擇穩定性最好的一個(gè)進(jìn)行保存。帶有增速器的調節閥，一般選擇PARAM1和PARAM9效果比較好。
3)摩擦力的選擇。在定位器參數中選擇Glandpacking(壓封填料類(lèi)型)，選擇HEAVY，MEDIUM或LIGHT(重，中或輕)。對于閥門(mén)的密封填料，采用石墨填料的一般選HEAVY，F4填料選LIGHT。也可以選擇HEAVY，MEDIUM或LIGHT觀(guān)察閥位動(dòng)態(tài)特性，選擇最好的一個(gè)保存。對于閥門(mén)HV1108/PV1032/1040，將MEDIUM改為HEAVY后動(dòng)態(tài)穩定特性明顯增強
4)PV1032閥門(mén)定位器安裝位置選定。當閥門(mén)出現單向偏差，單向不穩定時(shí)，調整定位器的安裝位置，水平上移，保證閥門(mén)在50%閥位時(shí)反饋桿的水平。
5)對于選擇好的參數必須進(jìn)行保存，最后對定位器進(jìn)行自動(dòng)校準(自整定)并測試閥門(mén)的動(dòng)態(tài)特性。
3.2、效果
從表1～3可以看出，采取對閥門(mén)定位器、增速器和安裝位置進(jìn)行調整等處理措施，基本消除了定位器工作不穩定故障。PV1040在小開(kāi)度仍有1%~1.5%的波動(dòng)，是由于工藝開(kāi)車(chē)處理時(shí)間較短，沒(méi)有完全調整到最佳狀態(tài)，但在使用過(guò)程中能夠滿(mǎn)足工藝使用要求。
工藝空氣壓縮機防喘振調節閥PV4050(氣動(dòng)控制原理與PV1040差不多，在鎖止閥前加電磁閥，儲氣罐連接下汽缸換向閥接口，在汽缸進(jìn)、出口都配有兩組升壓器)在空氣壓縮機運行中低閥位9%時(shí)運行都很穩定，僅0.5%的波動(dòng)范圍，完全滿(mǎn)足工藝使用要求。
4、結束語(yǔ)
導致調節閥工作不穩定的因素比較多，調整定位器不能單一的選擇自動(dòng)整定消除故障，必須通過(guò)修改附件參數，調整定位器內部設置和安裝位置等手段，去解決調節閥的不穩定性問(wèn)題，使調節閥處于最佳的工作狀態(tài)。
