气动薄膜调节阀在化工企业中的应用

气动薄膜调节阀在化工企业中的应用

《液气压世界》2010年第4期　　辽宁省石油化工规划设计院∕王秀丽；何伏生　--------------------------------------------------------------------------------

摘要：本文介绍了气动薄膜调节阀的结构和工作原理，并对如何选型和应用以及常见故障的处理进行了阐述。

关键词：气动薄膜调节阀；流量特性；选型；应用

随着工业自动化程度的不断提高，调节阀作为自动调节系统的最终执行机构，在化工企业得到越来越广泛的应用，调节阀应用的好坏直接关系着生产的质量与安全。因此，本人结合长期从事自控系统的设计，仪表选型及安装、调试及维护的经验，谈一谈薄膜调节阀在化工企业中的应用。

1 结构组成及工作原理

1．1 结构组成

气动执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构包括：气动薄膜、气动活塞、气动长行程3种，调节机构为：阀、闸板、调节阀等，有直、角行程两种。

1．2 工作原理

0.2～1kg／cm的信号压力输人薄膜气室中，产生的推力使推杆部件移动、弹簧被压缩产生的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡。推杆的移动即是气动薄膜执行机构的行程。正作用式：当薄膜气室内输人信号压力时，使推杆部件向下移动。反作用式：当薄膜气室内输人信号压力时，使推杆部件向上移动。

2 气动薄膜调节阀的选型

调节阀是直接接触工艺介质的控制机构，承受着流体的压力、温度、冲刷、腐蚀和磨损。恶劣工况下不乏调节阀卡塞、振动、泄漏、流量特性失真甚至 阀芯脱落的现象。在长期的机械疲劳、热冲击和化学腐蚀作用下，调节阀的使用性能逐渐下降。实际上调节阀的使用寿命难以估计，最重要的因素是需要设计者了解工艺要求及使用工况。

调节阀的选用

在调节阀的选用中，必须首先考虑是否能达成工艺目的，满足控制要求以及长期稳定使用。众所周知，调节回路参数的整定耗时费力，其重要的原因便是调节阀的流量特性很难做到理想曲线。控制器采用计算机技术已能使P I D算法接近数学期望值，但通过调节阀动作得到的流量特性总是偏离理想值，需要多次调整才能稳定。对于单回路而言，可以放宽控制强度得到较好的稳定性；而串级回路中，副回路需要较好的快速响应及自我稳定性才能跟随主回路的变化。在化工企业中常用的串级调节回路主回路为温度（液位）调节，副回路为流量调节，如图1所示。

图1 调节回路示意图

流量回路响应快速，易造成调节阀振荡，使整个串级回路波动。相对P形阀芯，采用V形阀芯有利于提升控制品质。它具有不对称结构，定点径向力震动性小，有利于阀芯稳定，延长使用寿命，并且远离流体冲刷区，有利于保护阀芯／座，避免湍流损坏此外，等百分比流量特性是严格的等百分比曲线，在任何口径下，不改变曲线特性，工作范围20％～90％。

在化工装置中，常存在有多种有毒介质。在CS2装置中典型的有毒介质CS2。从安全、环保的角度应采用低泄漏阀。调节阀的泄漏源主要为阀杆与填料间隙，为保证阀杆动作自如， 必须与填料有一定间隙。对于低沸点介质很容易从此处泄漏出来。

采用波纹管密封可彻底解决这个问题。传统的波纹管受材质和加工工艺限制，使用寿命不长。阀门应具有金属波纹管专利密封技术，这样才能防止任何有毒及易燃爆气体散逸到大气中，采用软密封的阀芯／座配合，可达到零内泄漏，且使用次数（阀门全开到全关）在160万次以上，同时可以加载波纹管检漏装置，更能保证阀门的安全性，保护人身及环境安全。

在CS2装置中液态硫磺介质在一定的温度下维持液态，如遇冷即结晶，工艺上此类管道设计为夹套管。调节阀也必须为夹套阀。许多厂家为降低制造成本，采取夹套外购的方式， 将夹套与阀体固定在一起，通过夹套壁传热。金属之间很难作到无间隙，造成传热死角。要选择将夹套焊接在阀体上，采用下进上出的方式，独立循环系统使得介质能够均匀分布到阀体的各个部分；不改变原阀门的尺寸，方便安装，拆卸简便；结构小巧独立，不受管道干扰， 也不对其他管件产生影响。这种夹套必须经过水压试验及探伤，使成本上升，但无保温死角。 以上从工艺角度讨论了调节阀选型的特殊要求，在满足工艺需要的前提下，阀门的使用寿命与工作状况直接相关。在计算书上除了开度、噪声等结果，还应密切注意出口流速的值，原则上液体的出口 流速不应 >3 m／s，而对于气体或蒸汽则不应>3Mach，在选型的过程中，如果忽略了这个值而单纯地看开度和噪声，过高的流速会造成对阀门内件的损害，从而使阀门的使用寿命不能得到保障。

3 气动薄膜调节阀的常见故障

3．1 调节阀不动作

原因：没有信号压力或虽有信号压力但膜片裂损、膜片漏气，膜片推力减小；阀芯与阀座或衬套卡死，阀杆弯曲等原因使调节阀不能动作。

3．2 调节阀动作正常，但不起调节作用

原因：阀芯脱落，此时，虽然阀杆动作正常，但阀芯不动，因此无调节作用。另外管道堵塞，也会出现调节阀不起调节作用的现象。

3．3 调节 阀动作迟钝或跳动

由于密封填料老化或干枯，使阀杆与填料的摩擦增大会造成动作迟钝或跳动；或因阀体内含有粘性大的污物以及堵塞、结焦等情况而引起调节阀动作迟钝。膜片及“0”形密封圈等处泄漏也会引起单方向动作迟钝。

3．4 调节阀不稳定或产生振荡

调节阀径选择过大。经常在小开度下工作或单座阀介质在阀内流动方向与关闭方向相同。在阀芯与补套严重磨损，也可使调节阀在任何开度都发生振荡。

3．5 调节阀泄漏量大

阀芯与阀座腐蚀、磨损而造成，有时也可能因阀体内有异物、阀芯被垫住关不严，造成泄漏量大。

另外，阀门定位器和电器转换器是调节阀的辅助装置，特别是阀门定位器，与气动阀配套使用构成一闭环控制回路，用以提高调节阀控制精度。克服填料函与阀杆的摩擦力，提高阀门动作速度，可实现分段控制（段幅信号）改变调节阀的流量特性。因此，必须使调节阀与定位器配合好，应用阀门定位器以提高调节阀的定位精度及工作可靠性，确保调节质量。

4 结语

气动调节阀作为调节系统的终端设备，在化工企业被广泛的应用。但必须正确的选择才能达到理想的调节效果。

阀芯与阀座腐蚀、磨损而造成，有时也可能因阀体内有异物、阀芯被垫住关不严，造成泄漏量大。另外，阀门定位器和电器转换期是调节阀的辅助装置，它们接受调节器的输人信号，然后以它自己输出信号去控制调节阀，特别是阀门定位器，与气动阀配套使用构成一闭环控制回路，用以提高调节阀控制精度。克服填料函与阀杆的摩擦力，提高阀门动作速度，可实现分段控制（段幅信号）改变调节阀的流量特性。

因此，要想取得理想的调节效果，必须使调节阀与定位器配合好，应用阀门定位器以提高调节阀的定位精度及工作可靠性，确保调节质量。