1　概述

目前，蘭州石化公司化肥廠的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度很高。每個(gè)裝置都使用大量的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)完成過(guò)程自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護(hù)功能。在生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)調(diào)節(jié)閥使用良好，但有些調(diào)節(jié)閥經(jīng)常出現(xiàn)故障。經(jīng)過(guò)大量的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)了一定的規(guī)律，即非垂直安裝的調(diào)節(jié)閥故障率較高。

2　調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障的原因

工廠各設(shè)備上的大多數(shù)調(diào)節(jié)閥都是垂直安裝的。垂直安裝的調(diào)節(jié)閥，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般不會(huì)引起支撐傾斜，不可能發(fā)生機(jī)械變形，只要閥桿與執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸之間沒(méi)有較大偏差，一般使用情況相對(duì)較好。管道、設(shè)備（非垂直安裝）也有許多調(diào)節(jié)閥水平或傾斜，沒(méi)有額外的平衡支撐（部分調(diào)節(jié)閥即使支撐，也會(huì)出現(xiàn)故障，甚至個(gè)別調(diào)節(jié)閥故障率相對(duì)較高），加上使用條件、環(huán)境、介質(zhì)相對(duì)苛刻，在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在相同的使用條件和環(huán)境中，故障頻率高于垂直安裝，總結(jié)了這些調(diào)節(jié)閥的形式和類型，進(jìn)行了詳細(xì)的比較分析，找出故障原因和解決方案，為調(diào)節(jié)閥的使用、維護(hù)和維護(hù)提供有益的參考。

2.1　選型安裝的故障因素

無(wú)論是水平的還是側(cè)面的，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，無(wú)論是電動(dòng)的還是氣動(dòng)的，些閥門的質(zhì)量都很高。從驅(qū)動(dòng)端到調(diào)節(jié)端的距離很長(zhǎng)。調(diào)節(jié)端直接安裝并固定在管道或設(shè)備上。其質(zhì)量和臂產(chǎn)生的扭矩非常大，足以使調(diào)節(jié)閥本身的支撐發(fā)生較大的側(cè)向變形（向下傾斜）。側(cè)安裝產(chǎn)生的重扭矩導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的幾何尺寸變形，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥在使用和運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)故障。這種安裝的調(diào)節(jié)閥的故障率高于垂直安裝，但也發(fā)現(xiàn)了故障的基本規(guī)律。

2.2　物料性質(zhì)的故障因素

a）在高溫（蒸汽介質(zhì)）環(huán)境中，大多數(shù)填料泄漏故障，內(nèi)部部件容易損壞（閥芯閥座磨損失配，閥芯脫落），內(nèi)部泄漏大，不易控制，調(diào)整質(zhì)量差，法蘭端面與工藝連接容易泄漏。圖1、圖2為普通調(diào)節(jié)閥和高溫調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，由于散熱器的距離，散熱器的使用溫度越高，因此高溫調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的重點(diǎn)距離安裝軸的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通調(diào)節(jié)閥，非垂直安裝調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的扭矩也要大得多。例如：動(dòng)力C鍋爐裝置的幾個(gè)減溫減壓調(diào)節(jié)閥、合成氨裝置的調(diào)節(jié)閥等。

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圖1　普通調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)（正作用型）

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圖2　高溫型調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)（正作用型）

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b）低溫（小于-100℃）在深冷使用環(huán)境中，填料泄漏故障較多。這種調(diào)節(jié)閥具有較長(zhǎng)的隔熱和冷卻長(zhǎng)頸，環(huán)境溫差較大。它們大多安裝在空氣和液氮洗滌裝置上。它們基本上有兩個(gè)支撐點(diǎn)，如圖3所示。管道和箱壁為固定點(diǎn)。一端固定在管道和設(shè)備上，另一端固定在保溫箱的側(cè)壁上。閥體和長(zhǎng)頸基本固定。只有執(zhí)行機(jī)構(gòu)側(cè)懸在箱壁外。如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)過(guò)重并變形，應(yīng)力點(diǎn)在填料處，則填料處最容易單邊磨損。除箱頂安裝的調(diào)節(jié)閥外，空氣和液氮洗滌（深冷）單元基本為側(cè)安裝和水平安裝。例如，合成氨液氮洗滌裝置的調(diào)節(jié)閥和空氣分離裝置的調(diào)節(jié)閥。

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圖3　冷箱安裝長(zhǎng)頸式調(diào)節(jié)閥示意（正作用方式）

c）在高壓常溫使用環(huán)境下，調(diào)節(jié)閥的閥體大于低壓和常壓普通調(diào)節(jié)閥。執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要更大的推力來(lái)克服使用中產(chǎn)生的更大的不平衡。因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸也比普通型號(hào)更大、更重、更長(zhǎng)。水平或側(cè)安裝產(chǎn)生的機(jī)械變形必須更大，損壞更嚴(yán)重。因此，大多數(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸密封環(huán)都會(huì)磨損，如：FV尿素合成塔壓力控制調(diào)節(jié)閥等。

除上述三種情況外，還有其他特殊情況，如長(zhǎng)、高質(zhì)量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)在室壓和室溫環(huán)境下容易損壞填料和閥門內(nèi)部部件。尿素裝置熔融尿液三通調(diào)節(jié)閥。

3　對(duì)閥產(chǎn)生的影響

a）內(nèi)部部件損壞的性能形式：內(nèi)部泄漏大、行程摩擦大、滯后時(shí)間長(zhǎng)、調(diào)解質(zhì)量差。具體故障是閥芯閥座磨損失配，閥芯閥座密封環(huán)磨損嚴(yán)重，個(gè)別部件脫落，最嚴(yán)重的可導(dǎo)致閥芯、閥座斷裂等。外部部件損壞的表現(xiàn)形式主要是泄漏大、自動(dòng)動(dòng)作不靈活、現(xiàn)場(chǎng)硬手動(dòng)阻力不易操作等。具體故障是填料泄漏、閥桿磨損、執(zhí)行膜輸出軸密封磨損、泄漏等。

b）從工藝角度來(lái)看：溫度對(duì)調(diào)節(jié)閥的使用影響不大。溫度變化使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的機(jī)械尺寸變形比側(cè)向安裝重力產(chǎn)生的機(jī)械尺寸變形小得多。但在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)溫度急劇變化時(shí)，在一定時(shí)間范圍內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生較小的影響，穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)要好得多。

c）從調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的角度分析：不同溫度場(chǎng)合使用的調(diào)節(jié)閥大多配備散熱器或長(zhǎng)頸溫差隔離（深冷距離較長(zhǎng)，這些調(diào)節(jié)閥安裝一般有兩個(gè)支撐點(diǎn)，一個(gè)在管道或設(shè)備上，另一個(gè)在冷卻箱壁上），至少比普通調(diào)節(jié)閥有一段散熱或隔離距離，閥桿填料位置不是直接工藝溫度，溫度條件可以改善環(huán)境溫度方向，填料不會(huì)過(guò)早老化，使用周期延長(zhǎng)。其共同特點(diǎn)是閥體與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的導(dǎo)出端距離長(zhǎng)，非垂直安裝臂長(zhǎng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)重力產(chǎn)生的扭矩大。因此，這種調(diào)節(jié)閥的垂直安裝基本上沒(méi)有問(wèn)題，但大多數(shù)側(cè)面和水平安裝都出現(xiàn)了泄漏、內(nèi)部損壞、調(diào)節(jié)動(dòng)作不敏感等情況。這些問(wèn)題很難在現(xiàn)場(chǎng)不采取支持措施來(lái)解決。如果填料在維護(hù)過(guò)程中壓力不緊，則容易出現(xiàn)泄漏故障。如果壓力過(guò)緊，調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作就不敏感，甚至每次都會(huì)出現(xiàn)反推力不敏感的情況。

d）從調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行方式分析：直行程調(diào)節(jié)閥在垂直安裝模式下，只要求零點(diǎn)連接良好，就不可能產(chǎn)生填料偏差磨損現(xiàn)象。直行程側(cè)安裝的調(diào)節(jié)閥不僅需要零點(diǎn)對(duì)齊，而且需要整個(gè)行程對(duì)齊，否則容易產(chǎn)生填料偏差磨損現(xiàn)象，長(zhǎng)期偏差磨損會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的局部填料磨損和泄漏故障。

非垂直安裝的角行程調(diào)節(jié)閥（如圖4所示）如果連接不匹配，也會(huì)出現(xiàn)偏差磨損現(xiàn)象，但一般磨損緩慢，損壞程度也較輕。一般只有上密封填料磨損，下密封填料磨損較輕，填料泄漏一般較少見。因此，直行程調(diào)節(jié)閥的填料泄漏問(wèn)題比角行程調(diào)節(jié)閥更多。

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圖4　角行程調(diào)節(jié)閥示意（單驅(qū)動(dòng)方式）

4　改進(jìn)措施

根據(jù)分析結(jié)果，重力矩WF過(guò)度是造成各種故障的唯一原因。為了更好地使用、維護(hù)和維護(hù)這些非垂直安裝的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)采用相應(yīng)的方法來(lái)彌補(bǔ)安裝缺陷，主要的解決方案是增加支撐。支撐方式有兩種，采用剛性和柔性支撐，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。

a）增加支撐的調(diào)節(jié)閥應(yīng)找到中軸并調(diào)整機(jī)械軸。盡量在使用條件下達(dá)到滿意的對(duì)稱度，并加固支撐錨點(diǎn)。

b）此外，需要支撐的調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇支撐點(diǎn)，應(yīng)牢固穩(wěn)定，可能產(chǎn)生機(jī)械變形的位置，或彈性（柔性）支撐方法，不能低支撐的也可采用懸掛支撐方法。無(wú)論采用哪種方法，其目的都是使閥芯、閥座、閥桿、執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸呈直線，不產(chǎn)生徑向力。

c）對(duì)于無(wú)法安裝支撐的調(diào)節(jié)閥。首先，可以通過(guò)降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，縮短連接距離，并在維護(hù)過(guò)程中進(jìn)行二次校正和中間校正來(lái)解決。第二，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)上的調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡量減少調(diào)節(jié)范圍和頻率。具體方法：根據(jù)工藝調(diào)節(jié)指標(biāo)允許的條件，盡量增加調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比例（降低系統(tǒng)的即時(shí)放大倍數(shù)）、積分時(shí)間參數(shù)（降低系統(tǒng)的動(dòng)作速率），盡量不使用微功能或減少微時(shí)間參數(shù)（減少或消除調(diào)節(jié)閥的階躍動(dòng)作模式），降低調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏度，相對(duì)減少填料與閥桿之間的摩擦次數(shù)和行程。第三，必須及時(shí)加油潤(rùn)滑，避免密封填料提前老化失效，增加調(diào)節(jié)閥的使用周期，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的生產(chǎn)運(yùn)行。

5　結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)實(shí)際情況處理出現(xiàn)問(wèn)題的非垂直安裝調(diào)節(jié)閥，大大延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)閥的使用壽命，提高了調(diào)節(jié)質(zhì)量，達(dá)到了工藝生產(chǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

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