氣動活塞調(diào)節(jié)閥工作不穩(wěn)定原因分析及處理
分析調(diào)節(jié)閥工作不穩(wěn)定故障原因，針對故障原因?qū)υ鏊倨�、閥門定位器調(diào)試參數(shù)和設(shè)定值進(jìn)行修改，解決了閥門波動和工作不穩(wěn)定的問題。
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(tǒng)采用KBR技術(shù)，尿素系統(tǒng)采用荷蘭Stamicarbon技術(shù)，年產(chǎn)為45萬噸合成氨、80萬噸尿素。合成氨、尿素裝置中調(diào)節(jié)閥氣動控制配置的附件以智能數(shù)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(jī)防喘振調(diào)節(jié)閥(PV4050)，閥門行程比較長，在調(diào)試和使用中出現(xiàn)波動或工作不穩(wěn)定的故障，影響空氣壓縮機(jī)防喘振控制以及出口壓力穩(wěn)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(diào)節(jié)閥，如工藝段間放空閥(HV1108、PV1032)和壓力控制閥(PV1040)等，在調(diào)試過程中出現(xiàn)工作不穩(wěn)定或波動現(xiàn)象，導(dǎo)致儀表控制回路波動，進(jìn)而影響工藝過程控制。
1、氣動控制回路原理
氣動活塞式調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器，一般采用不同口徑氣動活塞式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)通常產(chǎn)生較大的輸出力(力矩)，性能可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便。這套系統(tǒng)包括1個儲氣罐，2個換向閥，1個鎖止閥和1個止回閥。在這套系統(tǒng)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(dāng)壓縮空氣低于鎖止閥的設(shè)定值時2個換向閥失去驅(qū)動壓力換向閥動作，氣罐氣進(jìn)入氣缸一個口，驅(qū)使閥桿動作到失氣位置，氣缸的另一個口將氣體排出;系統(tǒng)失氣時，氣缸的體積小，不能使閥門動作到它的失氣位置，只能靠外帶的儲氣罐補(bǔ)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恒定的壓力信號，通過增速器(升壓器)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上氣缸供給一個恒定的氣壓，定位器為下缸供氣，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的準(zhǔn)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(xiàn)調(diào)節(jié)閥的準(zhǔn)確定位。
圖1為段間放空閥及壓力控制閥氣源供給中斷時閥門關(guān)閉(FC)狀態(tài)的氣動控制回路流程。在沒有虛線連接的管線連接時為HV1108、PV1032氣動控制回路;在使用虛線連接的管線連接時取消與增速器連接的減壓閥及進(jìn)出口管線，則為PV1040氣動控制回路。
圖1 段間放空閥及壓力控制閥氣動控制回路流程
2、故障原因分析
在調(diào)試過程中，給定信號出現(xiàn)閥門定位時間長或在小開度不穩(wěn)定，閥位偏差大等現(xiàn)象;在投入使用中出現(xiàn)工藝控制參數(shù)不穩(wěn)定，壓力波動大等故障現(xiàn)象。真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.genius-power.com/)認(rèn)為主要原因是由于定位器及附件參數(shù)設(shè)定不合適和調(diào)試不到位。
以上述HV1108、PV1032、PV1040為例分析閥門的故障原因，在調(diào)試時用HART通信器測得的各閥門的數(shù)據(jù)見表1～3。
表1 HV1108的測試數(shù)據(jù)
表2 PV1032的測試數(shù)據(jù)
注：輸入信號列到20mA后再到4mA是儀表調(diào)節(jié)閥正反行程變差調(diào)整，表3同理。
表3 PV1040的測試數(shù)據(jù)
根據(jù)表1～3的測試數(shù)據(jù)可以看出在處理各閥門的主要問題是：HV1108在中間行程定位時間較長，波動范圍在2%以內(nèi);PV1032在中間行程穩(wěn)定性差，波動范圍在2%，且反向信號出現(xiàn)單向偏差閥位偏低，開閥時全行程時間太長(達(dá)23s);PV1040在小開度不穩(wěn)定，閥行程波動較大。
3、處理措施
3.1、定位器不穩(wěn)定的處理
1)調(diào)整增速器的靈敏度。增速器的靈敏度調(diào)整方法和順序：調(diào)整增速器的靈敏度→執(zhí)行自動設(shè)定程序→動態(tài)特性滿意→結(jié)束。先調(diào)整上缸、后調(diào)整下缸進(jìn)氣的增速器并做記錄，避免上下同時調(diào)整出現(xiàn)混亂。對于配置IL-100型增速器(HV1108、PV1032)的調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)增速器的針閥，用來控制空氣的流量，從最高靈敏度(針閥完全關(guān)閉)逆時針轉(zhuǎn)動針閥1.5圈降低靈敏度。其他型號增速器如PV1040的場合，先逆時針轉(zhuǎn)動針閥，降低靈敏度。
2)定位器參數(shù)調(diào)整。動態(tài)特性參數(shù)選擇，決定控制閥的PID計算參數(shù)，通過選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸消除閥門的不穩(wěn)定。通過HART375通信器，選擇[Mainmenu](主菜單)—[Config&Calib](配置和標(biāo)定)—[Dynamicchara](動態(tài)特性)—[Actuatorsize](執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸)，從參數(shù)0至9(PARAM0toPARAM9)選擇確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸，觀察閥門的閥位的穩(wěn)定性，選擇穩(wěn)定性最好的一個進(jìn)行保存。帶有增速器的調(diào)節(jié)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(shù)中選擇Glandpacking(壓封填料類型)，選擇HEAVY，MEDIUM或LIGHT(重，中或輕)。對于閥門的密封填料，采用石墨填料的一般選HEAVY，F(xiàn)4填料選LIGHT。也可以選擇HEAVY，MEDIUM或LIGHT觀察閥位動態(tài)特性，選擇最好的一個保存。對于閥門HV1108/PV1032/1040，將MEDIUM改為HEAVY后動態(tài)穩(wěn)定特性明顯增強(qiáng)
4)PV1032閥門定位器安裝位置選定。當(dāng)閥門出現(xiàn)單向偏差，單向不穩(wěn)定時，調(diào)整定位器的安裝位置，水平上移，保證閥門在50%閥位時反饋桿的水平。
5)對于選擇好的參數(shù)必須進(jìn)行保存，最后對定位器進(jìn)行自動校準(zhǔn)(自整定)并測試閥門的動態(tài)特性。
3.2、效果
從表1～3可以看出，采取對閥門定位器、增速器和安裝位置進(jìn)行調(diào)整等處理措施，基本消除了定位器工作不穩(wěn)定故障。PV1040在小開度仍有1%~1.5%的波動，是由于工藝開車處理時間較短，沒有完全調(diào)整到最佳狀態(tài)，但在使用過程中能夠滿足工藝使用要求。
工藝空氣壓縮機(jī)防喘振調(diào)節(jié)閥PV4050(氣動控制原理與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(jī)運(yùn)行中低閥位9%時運(yùn)行都很穩(wěn)定，僅0.5%的波動范圍，完全滿足工藝使用要求。
4、結(jié)束語
導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥工作不穩(wěn)定的因素比較多，調(diào)整定位器不能單一的選擇自動整定消除故障，必須通過修改附件參數(shù)，調(diào)整定位器內(nèi)部設(shè)置和安裝位置等手段，去解決調(diào)節(jié)閥的不穩(wěn)定性問題，使調(diào)節(jié)閥處于最佳的工作狀態(tài)。
