调节阀波动的原因分析及处理 点击：1341 | 回复：11
发表于：2008-03-05 15:43:00
楼主
1、简介
在化工生产中，自动控制的应用非常广泛。自动控制可以减轻工人的劳动强度，提高控制精度，降低产品成本，典型的自动控制原理如图1所示。检测单元把工艺系统中检测到的数据转换为模拟或数字信号后传送到集成运算单元，集成运算单元将接收到的信号和控制指令（给定信号）进行对比运算，再把运算结果送到执行单元，执行单元根据信号自动对工艺系统进行控制/调节。在目前的实际应用中，大部分的执行单元都是以调节阀作为终端元件，所以几乎所有回路中的故障最终都将反映到调节阀上，而在众多的故障现象中，调节阀波动比较常见，但最不好处理。鉴于调节阀是终端执行元件，因此，对调节阀波动必须结合整个控制回路进行分析，查找出导致调节阀波动的真正原因，才能从根本上消除调节阀波动故障。表1是2003年系统中调节阀波动的统计。
2、原因分析及处理
图2是一个典型的自动控制系统回路。从图2可以看出，一个完整的自动控制系统涉及很多个独立的单元。总的来说，导致调节阀波动的原因有很多，有的是调节阀自身的波动，另外就是传送到调节阀的信号波动引起调节阀波动，信号波动的原因从每一个单元来说，几乎都有可能产生。
2、1检测单元出现输出数据信号波动
检测单元是从工艺系统取得检测数据的仪表单元，检测仪表分两种：直接式测量，比如温度探头、浮力液位计等；另一种是间接式测量，比如光学测温仪、雷达料位计等。从我们使用和处理的情况看，检测单元检测数据出现波动的大多是直接式测量仪表。出现数据波动的原因主要有两个：一是系统本身的波动导致的，比如合成氨系统的合成气压缩机100C2密封油高位槽100V35的液位变送器LT507，因为高位槽的液位在设定后，润滑油泵送来的润滑油进入高位槽后，通过管线进入压缩机缸体后再回到油箱，因为回油量基本固定，高位槽的液位主要由LV507控制，当液位过高时，LV507关小，液位低时，LV507打开，所以，在LV507的不断调节中，高位槽的液位是不断变化的，LT507检测到的数据自然就是波动的，LT507的数据波动反过来给LV507一个波动信号，LV507就在不停的波动。但是这种波动并非故障，而是一种正常的调节状态，今年我们更换了灵敏度更高的液位变送器，调节就比较平稳，波动明显减小。另一种情况是检测仪表自身的故障，比如浮力式浮筒液位计，其原理是一个在外套筒内的浮筒没于介质中，根据介质的液位高低不同，浮筒所受的浮力也不同，输出变化的扭矩产生不同的输出信号。当介质中含有微粒杂质比较多的时候，因为浮筒与外套筒间的间隙很小，如果介质中的杂质进入到里面，就有可能将浮筒卡住，在浮筒的浮力尚可克服卡涩摩擦力时，浮筒液位计的输出信号就容易出现波动，传送到调节阀的信号也是波动的，造成调节阀波动。这种情况的处理是避免介质中的杂质进入到浮筒与套筒中间的间隙，比如加滤网等。
2、2集成运算单元故障引起输出信号波动
对于集成运算单元，在大型的自动化控制系统中，主要采用DCS集散控制，所有的信号采集、集成运算、信号输出都是在DCS系统中完成的，最终的系统运算如果细化来看，信号采集、信号输出主要是DCS的卡件在起作用。实际的仪表回路如图2所示。变送器把检测到的数据通过DCS系统对的卡件进行集成送给CPU运算，然后将结果通过卡件输出给执行单元，执行单元根据接收到的信号对工艺系统进行调节/控制。那么，在这个回路中，如果卡件出现故障，就会引起对应的调节阀出现问题。例如2006年6月27日，合成氨系统主控操作员发现脱碳系统再生塔溶液进口压力控制阀100PV113A/B出现波动，同时，仪表DCS操作员也发现对应的FBM040308卡件报警，初步判断为卡件故障，更换卡件后故障现象消失。这种现象是系统硬件故障造成的，在有条件的情况下，更换相应的硬件就可以解决问题了。
而另一种情况就不是硬件的原因了，比如我厂快速蒸汽锅炉的一台蒸汽减温水调节阀208TV201，投到自动控制时波动很大，单独调校该调节阀，各项性能都是合乎要求的，后来在控制室对该PID参数重新进行整定，把原来的温度波动范围由±5oC提高到±10oC，调节阀波动明显减小。这种情况是因为参数设定不合理造成的，在一些小型容器的液位或压力控制中，都有可能出现这种故障。因此，对于系统PID参数设置不合理而引起的调节阀波动，一般只需要修改相应的系统参数就可以了。
2、3执行单元引起的调节阀波动
执行单元主要是接收集成运算系统输出的信号，然后转换为气压信号，或直接以电流信号来推动调节阀动作，达到控制/调节的目的。在执行单元，一般分三个环节：电气转换器、定位器、执行器。在电气转换器环节中，容易引起波动的原因主要有喷嘴/挡板太脏和接线不牢两种。在仪表空气不干净，如仪表空气含油、含微尘等，在喷嘴/挡板处会逐渐积聚，时间长了，积聚的污物太多时，就会影响喷嘴的排气，导致电气转换器输出波动。出现这种情况，只需要及时清洁喷嘴/挡板就可以解决。第二种是接线不牢，从主控送出的数字/模拟信号，通过电气转换器转换为可以被定位器或执行器接受的20－100Kpa标准信号，当电气转换器接线端子接触不好或没有接牢靠时，即使有轻微的振动，都有可能造成电气转换器输出波动，从而引起调节阀波动。比如我厂尿素系统一台冷凝液控制阀AV09701，工艺反映波动较大，经检查是信号波动，怀疑是电气转换器故障，打开电气转换器，各部件都正常，后发现接线端子压线螺钉松动，导致输出信号波动，紧固压线螺钉后故障消除。所以，对于接线不牢引起的故障，解决的办法就是紧固接线，保证各接点牢固。
对于定位器，引起波动的主要是结构的原因。定位器的主要作用就是提高定位精度、加快响应速度，如果定位器出现故障，就可能引发很多问题。具体就波动而言，有以下几种可能的原因。一是和电气转换器一样，因为仪表空气不干净，喷嘴/挡板结构的会因为喷嘴/挡板太脏引起定位器输出波动，对于用滑阀控制的，滑阀的“O”形密封环老化、磨损，也会引起输出波动从而导致调节阀波动。因此，对于喷嘴/挡板太脏的，同样只需要清洁喷嘴/挡板就可以了，而对于滑阀“O”形密封环老化、磨损的，就必须更换“O”形密封环。另外，定位器反馈松动也可能引起定位器输出波动，比如我厂锅炉给水阀100FV106，因为反馈凸轮紧固螺钉松动，造成反馈松动，引起调节阀大幅波动。当定位器反馈松动后，调节阀阀位的变化不能对定位器形成负反馈，信号和输出不对应，调节阀动作滞后，而信号的要求与调节阀滞后冲突，引起调节阀波动。所以，对于反馈松动的，需要将松动的部位紧固。还有一种情况在查找故障原因时很容易被忽视，即定位器排气通道被堵塞，当定位器动作时，其放大器或滑阀可能需要排气，如果定位器的排气通道不畅通，就会出现调节阀在调节的时候产生波动。比如我厂的LV150，工艺反映波动，现场检查各部件正常，且没有波动现象，后主控动作该阀时出现波动，定位器排气声几乎听不到，检查排气通道，发现通道在防腐的时候被油漆堵住了，定位器排气相当的慢，清理排气通道后故障消失。
在执行器部分，除了上面的信号波动原因，其本身波动的原因也是有两种。常见的是执行机构气室密封不良，出现漏气、串气引起波动。对于薄膜式执行机构，如果膜片损坏，当气室有气压的时候，薄膜就会漏气，定位器则需要不停调整输出以的向气室内补充仪表空气，这时候就可能出现调节阀波动。对于气缸活塞式执行机构，如果活塞不能密封，气室串气，定位器也需要不停的调整输出，同样容易出现波动。所以，对漏气、串气的，需要更换相关部件消除漏气、串气。另外一种原因是执行机构的有效输出力不够，在一定的工况下，不能克服阀芯的不平衡力和填料的摩擦力，调节阀出现波动，这种故障一般可以增加气源压力或弹簧预紧力、也可以通过适当松动填料以减小摩擦力来消除。
2、4中间环节引起调节阀波动
从整个回路来看，除了各个主要环节引起调节阀波动外，中间有的环节也有引起调节阀波动的可能。各个单元之间的连接都是通过屏蔽信号电缆或接线来连接的，如果中间某一个地方接线不牢固，就有可能引起信号波动，比如前面所说的AV09701。而比较典型的一个例子就是在2003年6月3日，仪表合成班在正常维护的时候，需要将控制板卡拉出来清扫灰尘，正好在氨气压缩机防喘振阀100FV150板卡上的输出线是焊接而且有虚焊，晚上100FV150波动，工艺无法投到自动控制，在调节阀用手动控制，重新焊接板卡输出线后恢复自动控制。
因此，在各个主要环节中间的连接都不可以忽视，在整个仪表控制回路中，任何一点的连接出现问题都会引起调节阀不能正常运行。特别是各个接线端子，一定要保证连接牢固可靠。
3、结束语
在多年的检修维护工作中，我们处理了大量的调节阀波动故障，积累的丰富的经验，也形成了一套比较完整的知识体系。但是在实际处理中，仍然有极少数的调节阀波动我们无法确定其真正的原因，无论从回路进行分析，还是从工艺操作方面动无法证明。这些需要我们继续学习研究，以求知其然亦知其所以然。
在化工生产中，自动控制的应用非常广泛。自动控制可以减轻工人的劳动强度，提高控制精度，降低产品成本，典型的自动控制原理如图1所示。检测单元把工艺系统中检测到的数据转换为模拟或数字信号后传送到集成运算单元，集成运算单元将接收到的信号和控制指令（给定信号）进行对比运算，再把运算结果送到执行单元，执行单元根据信号自动对工艺系统进行控制/调节。在目前的实际应用中，大部分的执行单元都是以调节阀作为终端元件，所以几乎所有回路中的故障最终都将反映到调节阀上，而在众多的故障现象中，调节阀波动比较常见，但最不好处理。鉴于调节阀是终端执行元件，因此，对调节阀波动必须结合整个控制回路进行分析，查找出导致调节阀波动的真正原因，才能从根本上消除调节阀波动故障。表1是2003年系统中调节阀波动的统计。
2、原因分析及处理
图2是一个典型的自动控制系统回路。从图2可以看出，一个完整的自动控制系统涉及很多个独立的单元。总的来说，导致调节阀波动的原因有很多，有的是调节阀自身的波动，另外就是传送到调节阀的信号波动引起调节阀波动，信号波动的原因从每一个单元来说，几乎都有可能产生。
2、1检测单元出现输出数据信号波动
检测单元是从工艺系统取得检测数据的仪表单元，检测仪表分两种：直接式测量，比如温度探头、浮力液位计等；另一种是间接式测量，比如光学测温仪、雷达料位计等。从我们使用和处理的情况看，检测单元检测数据出现波动的大多是直接式测量仪表。出现数据波动的原因主要有两个：一是系统本身的波动导致的，比如合成氨系统的合成气压缩机100C2密封油高位槽100V35的液位变送器LT507，因为高位槽的液位在设定后，润滑油泵送来的润滑油进入高位槽后，通过管线进入压缩机缸体后再回到油箱，因为回油量基本固定，高位槽的液位主要由LV507控制，当液位过高时，LV507关小，液位低时，LV507打开，所以，在LV507的不断调节中，高位槽的液位是不断变化的，LT507检测到的数据自然就是波动的，LT507的数据波动反过来给LV507一个波动信号，LV507就在不停的波动。但是这种波动并非故障，而是一种正常的调节状态，今年我们更换了灵敏度更高的液位变送器，调节就比较平稳，波动明显减小。另一种情况是检测仪表自身的故障，比如浮力式浮筒液位计，其原理是一个在外套筒内的浮筒没于介质中，根据介质的液位高低不同，浮筒所受的浮力也不同，输出变化的扭矩产生不同的输出信号。当介质中含有微粒杂质比较多的时候，因为浮筒与外套筒间的间隙很小，如果介质中的杂质进入到里面，就有可能将浮筒卡住，在浮筒的浮力尚可克服卡涩摩擦力时，浮筒液位计的输出信号就容易出现波动，传送到调节阀的信号也是波动的，造成调节阀波动。这种情况的处理是避免介质中的杂质进入到浮筒与套筒中间的间隙，比如加滤网等。
2、2集成运算单元故障引起输出信号波动
对于集成运算单元，在大型的自动化控制系统中，主要采用DCS集散控制，所有的信号采集、集成运算、信号输出都是在DCS系统中完成的，最终的系统运算如果细化来看，信号采集、信号输出主要是DCS的卡件在起作用。实际的仪表回路如图2所示。变送器把检测到的数据通过DCS系统对的卡件进行集成送给CPU运算，然后将结果通过卡件输出给执行单元，执行单元根据接收到的信号对工艺系统进行调节/控制。那么，在这个回路中，如果卡件出现故障，就会引起对应的调节阀出现问题。例如2006年6月27日，合成氨系统主控操作员发现脱碳系统再生塔溶液进口压力控制阀100PV113A/B出现波动，同时，仪表DCS操作员也发现对应的FBM040308卡件报警，初步判断为卡件故障，更换卡件后故障现象消失。这种现象是系统硬件故障造成的，在有条件的情况下，更换相应的硬件就可以解决问题了。
而另一种情况就不是硬件的原因了，比如我厂快速蒸汽锅炉的一台蒸汽减温水调节阀208TV201，投到自动控制时波动很大，单独调校该调节阀，各项性能都是合乎要求的，后来在控制室对该PID参数重新进行整定，把原来的温度波动范围由±5oC提高到±10oC，调节阀波动明显减小。这种情况是因为参数设定不合理造成的，在一些小型容器的液位或压力控制中，都有可能出现这种故障。因此，对于系统PID参数设置不合理而引起的调节阀波动，一般只需要修改相应的系统参数就可以了。
2、3执行单元引起的调节阀波动
执行单元主要是接收集成运算系统输出的信号，然后转换为气压信号，或直接以电流信号来推动调节阀动作，达到控制/调节的目的。在执行单元，一般分三个环节：电气转换器、定位器、执行器。在电气转换器环节中，容易引起波动的原因主要有喷嘴/挡板太脏和接线不牢两种。在仪表空气不干净，如仪表空气含油、含微尘等，在喷嘴/挡板处会逐渐积聚，时间长了，积聚的污物太多时，就会影响喷嘴的排气，导致电气转换器输出波动。出现这种情况，只需要及时清洁喷嘴/挡板就可以解决。第二种是接线不牢，从主控送出的数字/模拟信号，通过电气转换器转换为可以被定位器或执行器接受的20－100Kpa标准信号，当电气转换器接线端子接触不好或没有接牢靠时，即使有轻微的振动，都有可能造成电气转换器输出波动，从而引起调节阀波动。比如我厂尿素系统一台冷凝液控制阀AV09701，工艺反映波动较大，经检查是信号波动，怀疑是电气转换器故障，打开电气转换器，各部件都正常，后发现接线端子压线螺钉松动，导致输出信号波动，紧固压线螺钉后故障消除。所以，对于接线不牢引起的故障，解决的办法就是紧固接线，保证各接点牢固。
对于定位器，引起波动的主要是结构的原因。定位器的主要作用就是提高定位精度、加快响应速度，如果定位器出现故障，就可能引发很多问题。具体就波动而言，有以下几种可能的原因。一是和电气转换器一样，因为仪表空气不干净，喷嘴/挡板结构的会因为喷嘴/挡板太脏引起定位器输出波动，对于用滑阀控制的，滑阀的“O”形密封环老化、磨损，也会引起输出波动从而导致调节阀波动。因此，对于喷嘴/挡板太脏的，同样只需要清洁喷嘴/挡板就可以了，而对于滑阀“O”形密封环老化、磨损的，就必须更换“O”形密封环。另外，定位器反馈松动也可能引起定位器输出波动，比如我厂锅炉给水阀100FV106，因为反馈凸轮紧固螺钉松动，造成反馈松动，引起调节阀大幅波动。当定位器反馈松动后，调节阀阀位的变化不能对定位器形成负反馈，信号和输出不对应，调节阀动作滞后，而信号的要求与调节阀滞后冲突，引起调节阀波动。所以，对于反馈松动的，需要将松动的部位紧固。还有一种情况在查找故障原因时很容易被忽视，即定位器排气通道被堵塞，当定位器动作时，其放大器或滑阀可能需要排气，如果定位器的排气通道不畅通，就会出现调节阀在调节的时候产生波动。比如我厂的LV150，工艺反映波动，现场检查各部件正常，且没有波动现象，后主控动作该阀时出现波动，定位器排气声几乎听不到，检查排气通道，发现通道在防腐的时候被油漆堵住了，定位器排气相当的慢，清理排气通道后故障消失。
在执行器部分，除了上面的信号波动原因，其本身波动的原因也是有两种。常见的是执行机构气室密封不良，出现漏气、串气引起波动。对于薄膜式执行机构，如果膜片损坏，当气室有气压的时候，薄膜就会漏气，定位器则需要不停调整输出以的向气室内补充仪表空气，这时候就可能出现调节阀波动。对于气缸活塞式执行机构，如果活塞不能密封，气室串气，定位器也需要不停的调整输出，同样容易出现波动。所以，对漏气、串气的，需要更换相关部件消除漏气、串气。另外一种原因是执行机构的有效输出力不够，在一定的工况下，不能克服阀芯的不平衡力和填料的摩擦力，调节阀出现波动，这种故障一般可以增加气源压力或弹簧预紧力、也可以通过适当松动填料以减小摩擦力来消除。
2、4中间环节引起调节阀波动
从整个回路来看，除了各个主要环节引起调节阀波动外，中间有的环节也有引起调节阀波动的可能。各个单元之间的连接都是通过屏蔽信号电缆或接线来连接的，如果中间某一个地方接线不牢固，就有可能引起信号波动，比如前面所说的AV09701。而比较典型的一个例子就是在2003年6月3日，仪表合成班在正常维护的时候，需要将控制板卡拉出来清扫灰尘，正好在氨气压缩机防喘振阀100FV150板卡上的输出线是焊接而且有虚焊，晚上100FV150波动，工艺无法投到自动控制，在调节阀用手动控制，重新焊接板卡输出线后恢复自动控制。
因此，在各个主要环节中间的连接都不可以忽视，在整个仪表控制回路中，任何一点的连接出现问题都会引起调节阀不能正常运行。特别是各个接线端子，一定要保证连接牢固可靠。
3、结束语
在多年的检修维护工作中，我们处理了大量的调节阀波动故障，积累的丰富的经验，也形成了一套比较完整的知识体系。但是在实际处理中，仍然有极少数的调节阀波动我们无法确定其真正的原因，无论从回路进行分析，还是从工艺操作方面动无法证明。这些需要我们继续学习研究，以求知其然亦知其所以然。
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