化工生產(chǎn)中偏心旋轉調節閥的應用改進(jìn)

　　針對聯(lián)鎖控制回路中偏心旋轉調節閥響應速度慢、基本誤差大的問(wèn)題，根據電磁閥、定位器的原理，通過(guò)調整其結構布局，改變氣體路線(xiàn)，使定位器輸出的氣壓信號更直接作用于執行機構。經(jīng)優(yōu)化后，調節閥的響應速度和基本誤差兩項指標得到了很大的改善，達到了預期效果。應用實(shí)踐表明，改進(jìn)后的回路能滿(mǎn)足高精度、高靈敏度的生產(chǎn)場(chǎng)合，證明了該改造的有效性和工程實(shí)用價(jià)值。

　　目前，國內許多化工生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)出氯化氫、氫氣等物質(zhì)，這些都是易燃易爆、有毒有害的物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏或遇明火均會(huì )產(chǎn)生嚴重后果。這就要求工藝管道上所使用的調節閥具有響應速度快、基本誤差小的特點(diǎn)，并且在發(fā)生危險的情況下，以聯(lián)鎖的方式通過(guò)附加的電磁閥切斷調節閥氣源，迅速完成調節閥的啟閉動(dòng)作。為保證安全生產(chǎn)，保護企業(yè)財產(chǎn)，實(shí)現自動(dòng)化控制，在重要的工藝管道上，選用品質(zhì)好的調節閥控制工藝介質(zhì)流量、溫度、壓力和液位等參數。此調節閥集成偏心旋轉閥、先導式二位三通電磁閥、智能控制定位器。

1、偏心旋轉氣動(dòng)調節閥的原理和特點(diǎn)

　　偏心旋轉調節閥的工作原理就是閥座上坐落有一個(gè)偏心轉動(dòng)的扇形球閥，利用偏心球冠與閥座的相對位置來(lái)控制工藝管道中的介質(zhì)。當打開(kāi)時(shí)，偏心球冠相對于閥座轉過(guò)一定角度，球芯脫離閥座，工藝介質(zhì)通過(guò)偏心球冠與閥座之間的空隙，空隙的大小由調節閥氣缸的氣源信號來(lái)控制;同理當關(guān)閉時(shí)，氣缸內的氣源信號使偏心球冠逐步靠近閥座，直至使偏心球冠對閥座相切產(chǎn)生一定壓緊力而關(guān)緊調節閥。

　　偏心旋轉閥的特點(diǎn)如下。

　　(1)球面壓緊閥座 ， 容易把結晶結巴物破壞，適用于易結晶、結巴等存在介質(zhì)的場(chǎng)合中。

　　(2)流路簡(jiǎn)單，kV值大，自潔性能好。

　　(3)體積小，重量輕。

　　該調節閥采用SVI-Ⅱ單作用智能定位器，它的電/氣轉換器將接收的4～20mA標準電流信號轉換為20～100 kPa的標準氣壓信號p去推動(dòng)閥門(mén)，閥門(mén)的位移負反饋到定位器(輸入端)，和輸入信號進(jìn)行比較調節，使調節閥能按輸入信號精確的確定開(kāi)度[ 2] 。閥門(mén)定位器原理如(圖1)所示。

圖1 閥門(mén)定位器負反饋系統原理圖

2、先導式電磁閥特點(diǎn)

　　先導式二位三通電磁閥主要由導閥和主閥組成，其特點(diǎn)是大通徑，大流量，能用于控制大型機構，快速關(guān)閉大型控制閥，彈性體閥座，密閉性好。功率消耗低、通徑較大，而結構簡(jiǎn)單、安裝方向任意，但只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場(chǎng)合。通電時(shí)，電磁力把先導孔打開(kāi)，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周?chē)�形成上低下高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門(mén)打開(kāi);斷電時(shí)，彈簧力把先導孔關(guān)閉，入口壓力通過(guò)旁通孔迅速腔室在關(guān)閥件周?chē)�形成下低上高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門(mén)。

　　特點(diǎn)：流體壓力范圍上限較高，可任意安裝(需定制)但必須滿(mǎn)足流體壓差條件(圖2)。

1.副彈簧 2.線(xiàn)圈 3.銜鐵 4.主彈簧 5.閥芯活塞 6.導流口 7密封面 8先導口 9電磁閥閥芯

P-進(jìn)氣口 B-常開(kāi)腔 A-常閉腔

圖2 電磁閥結構圖

3、調節閥改造前

　　改造前，35-35121調節閥的控制回路如下：控制調節閥動(dòng)作的氣源經(jīng)過(guò)過(guò)濾減壓閥給定位器供氣，氣源壓力設定在0.3MPa，定位器為單輸出、正作用的定位器，當定位器的輸入信號增加時(shí)，輸出氣源壓力增加，再經(jīng)過(guò)電磁閥后進(jìn)入偏心旋轉調節閥的右氣缸，右氣缸的壓力增加推動(dòng)活塞向左移動(dòng)使閥門(mén)開(kāi)度增大。相反地，當定位器輸入電流信號減小時(shí)，輸出的氣源壓力減小，經(jīng)電磁閥后進(jìn)入偏心旋轉調節閥右氣缸的壓力亦減小，彈簧作用下，活塞向右移動(dòng)使閥門(mén)開(kāi)度變小。調節閥氣源通路如(圖3)所示。

圖3 改進(jìn)前調節閥氣源通路圖

　　在這種情況下，此偏心旋轉調節閥在運行過(guò)程中暴露了一些缺點(diǎn)，主要體現以下幾點(diǎn)。

　　缺點(diǎn)一：閥響應速度慢，特別是調節開(kāi)度從大到小時(shí)表現最為明顯。例如：當正作用閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，給一個(gè)全關(guān)信號，閥門(mén)關(guān)至40%～30%的開(kāi)度后，約30s才繼續緩慢關(guān)至10%～0。

　　缺點(diǎn)二：誤差較大。當閥門(mén)處于全關(guān)狀態(tài)時(shí)，輸入信號為20mA信號，閥門(mén)理論開(kāi)度為100%，而實(shí)際開(kāi)度只有68%。

　　缺點(diǎn)三：閥門(mén)內漏嚴重。這對存在易燃易爆、有毒有害的氫氣、

　　氯化氫等介質(zhì)，生產(chǎn)工藝復雜的化工行業(yè)中，要求閥門(mén)動(dòng)作靈敏、控制準確的特性相背離，從而給化工裝置的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴重的安全隱患。

4、原因分析

　　該閥門(mén)的氣缸，一側采用單輸出閥門(mén)定位器驅動(dòng)，另一側靠彈簧來(lái)實(shí)現平衡。閥門(mén)定位器輸出的氣壓信號需經(jīng)過(guò)電磁閥，才能作用在執行機構上。調節閥、定位器均為正作用。由于先導式電磁閥只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場(chǎng)合，見(jiàn)(圖2)，在調節閥從大開(kāi)度到小開(kāi)度過(guò)程中，根據定位器計算結果，定位器到氣缸的壓力變小，即P口壓力變小，先導控制口8壓力相應變小，則活塞向上的受力減小，在彈簧作用下，活塞向下運動(dòng)帶動(dòng)電磁閥閥芯向下，A口、P口開(kāi)度變小，氣體流動(dòng)變慢，隨著(zhù)壓力下降，電磁閥閥芯不斷向下，通氣速度不斷下降，這樣，就需要長(cháng)時(shí)間的調節才到達定位器設定的壓力。所以，當開(kāi)度關(guān)至40%～30%的開(kāi)度后，排氣困難，需要約30s才繼續排氣使閥門(mén)緩慢關(guān)至10%～0。

　　當閥門(mén)在從小開(kāi)度到大開(kāi)度過(guò)程中，根據定位器計算結果，氣信號經(jīng)過(guò)電磁閥被削弱，氣體被迫縮徑后徑，擾亂了定位器的固有計算方式，造成閥門(mén)動(dòng)作誤差大。當輸入信號為4mA時(shí)，閥門(mén)實(shí)際不能全關(guān)，導致工藝管道仍有物料經(jīng)過(guò)，所以?xún)嚷﹪乐亍?/p>

5、調節閥優(yōu)化方案

　　由于閥門(mén)的動(dòng)作由定位器進(jìn)行調節控制，在改進(jìn)過(guò)程中，縮短定位器與執行機構的距離，將定位器改裝在先導式電磁閥之后。此時(shí)電磁閥的驅動(dòng)氣由氣源直接供給，壓力不再受定位器的影響。正常情況下，電磁閥得電，處于打開(kāi)狀態(tài)，給定位器4～20mA的信號時(shí)，定位器將電信號轉化為氣壓信號直接作用在偏心旋轉閥，此時(shí)氣體不需要再經(jīng)過(guò)電磁閥，即不需要經(jīng)過(guò)電磁閥閥芯快速的進(jìn)入氣缸，推動(dòng)活塞帶動(dòng)連接桿，驅動(dòng)閥芯運動(dòng)。位移負反饋至定位器，精確計算，和輸入信號進(jìn)行比較調節，使調節閥能按輸入信號精確地確定開(kāi)度。

　　當工藝發(fā)生異常情況時(shí)，聯(lián)鎖回路中的流量/溫度/壓力變送器測量值超過(guò)正常值范圍時(shí)，電磁閥失電，立刻關(guān)閉，通過(guò)定位器立刻關(guān)閉調節閥，達到了連鎖控制要求，保障了安全生產(chǎn)。調節閥優(yōu)化方案圖如(圖4)所示。

圖4 改進(jìn)后調節閥氣源通路圖

　　該調節閥優(yōu)化后，調節閥的行程時(shí)間(全開(kāi)行程時(shí)間和全關(guān)行程時(shí)間)、基本誤差、回差、連鎖開(kāi)關(guān)時(shí)間。改進(jìn)前后指標如(表1)所示。

表1 調節閥優(yōu)化前后指標

　　運行結果表明，偏心旋轉閥的性能與原先相比具有精度高，響應速度快，而且輸出功率更大，維護也更方便，在供氣壓力相同時(shí)，驅動(dòng)閥門(mén)的氣壓更大，氣量更多。優(yōu)化后，閥門(mén)不能全關(guān)的現象得到解決。由于定位器輸出力的增加，閥門(mén)內漏情況明顯好轉。

6、結論

　　經(jīng)過(guò)改進(jìn)的偏心旋轉閥，控制精度高，響應速度快，聯(lián)鎖動(dòng)作快，大大減少了維護工作量，更符合化工生產(chǎn)的對閥門(mén)控制品質(zhì)的要求，值得推廣。