1 引言
在焦化廠的焦炭煉制過(guò)程中，爐內(nèi)溫度和壓力都是比較關(guān)鍵的因素。爐壓一般是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)控制，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)在煉焦過(guò)程中根據(jù)爐膛壓力變化來(lái)控制閥門(mén)開(kāi)度。
鐵雄能源焦化廠的焦?fàn)t調(diào)節(jié)閥之前采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，但因?yàn)椋汗ぷ鳝h(huán)境為室外，周?chē)ぷ鳒囟葹?0左右，對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)環(huán)境溫度過(guò)高；現(xiàn)選用的國(guó)產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，很難滿(mǎn)足動(dòng)作過(guò)于頻繁的要求；由于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)全開(kāi)全關(guān)時(shí)間為30s，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)全關(guān)的時(shí)間控制最短5s的要求。由此需要進(jìn)行設(shè)備改造，要求改造的設(shè)備滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的以上要求。
2 技改方案
調(diào)節(jié)閥又稱(chēng)控制閥，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥門(mén)和其他附件等組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)起驅(qū)動(dòng)作用，閥起調(diào)節(jié)作用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按利用的能源分為3大類(lèi)：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)[1]。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，采用電動(dòng)控制顯然滿(mǎn)足不了。目前國(guó)內(nèi)外1000Nm左右快開(kāi)快關(guān)型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)最快做到10s，而且需要特殊定做，價(jià)格也偏高。如果采用氣動(dòng)控制，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是能實(shí)現(xiàn)快速控制，而且成本較低。于是計(jì)劃棄用電動(dòng)控制采用氣動(dòng)控制，即采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套電氣定位器的控制方案。
氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是快速動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。壓縮空氣作為動(dòng)力源，能在較短的時(shí)間內(nèi)，迅速充滿(mǎn)整個(gè)容積并達(dá)到系統(tǒng)工作壓力。通常這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變速的，工作周期的變化在百分之幾秒到幾分鐘之間，并按控制信號(hào)作無(wú)級(jí)變速。當(dāng)使用壓縮空氣作為動(dòng)力時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)把控制信號(hào)（氣動(dòng)或電動(dòng)）變成位移。如圖1所示，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶有閥門(mén)定位器時(shí)，氣動(dòng)信號(hào)送入閥門(mén)定位器；當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不帶閥門(mén)定位器時(shí)，控制信號(hào)（0.02～0.1MPa）直接送入調(diào)節(jié)閥。

氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)加電氣定位器的系統(tǒng)控制原理如圖2所示。系統(tǒng)在正常情況下采用電氣定位器5進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，當(dāng)氣源壓力消失或減少到預(yù)定值時(shí)，儲(chǔ)氣罐3的壓力可補(bǔ)償系統(tǒng)的壓降。由氣動(dòng)控制閥4控制的氣路會(huì)自動(dòng)切換到氣罐氣路，這樣就可以利用氣罐的壓力來(lái)短期維持整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。要求現(xiàn)場(chǎng)能提供不小于5kg的潔凈儀表氣源壓力，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提供的壓力為10kg，能滿(mǎn)足控制要求。

3 具體選型
3.1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
實(shí)際選用氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的齒輪齒條式。根據(jù)負(fù)載要求，選擇雙作用式的，其動(dòng)作較單作用式的也更加靈活平穩(wěn)。在對(duì)雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行選型時(shí)，根據(jù)需要的扭矩值，再增加10%的安全值，然后根據(jù)氣源工作壓力查找扭矩表。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)開(kāi)關(guān)實(shí)際需要的扭矩，查產(chǎn)品選型表后確定為GEX19090（可在500kPa時(shí)提供最大986Nm的扭矩）。
3.2 電氣閥門(mén)定位器
閥門(mén)定位器能夠增大調(diào)節(jié)閥的輸出功率，減少調(diào)節(jié)信號(hào)的傳遞滯后，加快閥桿的移動(dòng)速度，能夠提高閥門(mén)的線性度，克服閥桿的摩擦力，并消除不平衡力的影響，從而保證調(diào)節(jié)閥的正確定位。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，檢測(cè)和調(diào)節(jié)儀表經(jīng)常采用電動(dòng)儀表，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)又要求采用氣動(dòng)儀表。這是因?yàn)殡妱?dòng)儀表信號(hào)結(jié)構(gòu)快、靈敏度高，而氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥則結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，而且防爆[2]。在這種系統(tǒng)中，必須有電氣轉(zhuǎn)換器。為保證閥門(mén)的定位作用，還要安裝電氣閥門(mén)定位器。電氣閥門(mén)定位器的主要功能是從控制器接收4~20mA直流電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成輸出氣壓信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。它能夠起到電氣轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)閥門(mén)定位器兩種作用，同時(shí)根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移行程進(jìn)行反饋，使閥門(mén)的位置能夠按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)進(jìn)行正確定位。
在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)控制要求選用YT1000系列、雙作用式電氣閥門(mén)定位器。該定位器在5～200Hz范圍內(nèi)無(wú)共振現(xiàn)象；正向和反向之間可方便轉(zhuǎn)換；空氣消耗量小，經(jīng)濟(jì)性好。
3.3 氣動(dòng)保位閥
基于現(xiàn)場(chǎng)的工況，出于安全考慮，需要對(duì)主供給壓力進(jìn)行控制。也就是當(dāng)主供給壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，能讓執(zhí)行器停在最后位置上，避免出現(xiàn)執(zhí)行器在壓力不足或突然失壓的情況下自動(dòng)關(guān)閉。氣動(dòng)保位閥就是實(shí)現(xiàn)閥位保護(hù)的裝置。氣動(dòng)保位閥安裝接管圖如圖3所示。需要指出的是，保位閥在氣路切斷后，只能短時(shí)維持氣壓穩(wěn)定；如果需要較長(zhǎng)時(shí)間的閥位穩(wěn)定，必須用到系統(tǒng)設(shè)置的儲(chǔ)氣罐以保持較長(zhǎng)時(shí)間的供氣。

在綜合考慮了信號(hào)大小、最高供給壓力、信號(hào)接口和重量等參數(shù)后，選用YT500。該型號(hào)的保位閥對(duì)微小壓差反應(yīng)敏感，把執(zhí)行器鎖定在最后位置上，完全能適應(yīng)系統(tǒng)要求。
4 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試
關(guān)于機(jī)械連接部分，利用現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的連桿機(jī)構(gòu)，再提供一套手輪、輸出軸和拐臂用于和執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)的連接。當(dāng)需要檢修或要用手輪轉(zhuǎn)動(dòng)閥門(mén)時(shí)，首先關(guān)閉氣源，然后將離合器手柄切換到手動(dòng)位置，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪即可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。當(dāng)需要自動(dòng)控制時(shí)，先將手輪切換到自動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)切換離合器手柄（此時(shí)手輪不起作用）打開(kāi)氣源，即可用氣動(dòng)控制。
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)氣源的要求比較高，所以應(yīng)該選用過(guò)濾比較好的儀表氣源。如果使用非儀表氣源很可能造成電氣定位器排氣小孔堵塞以及氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的積水現(xiàn)象。在最初設(shè)計(jì)的時(shí)候，沒(méi)有考慮這個(gè)問(wèn)題，也沒(méi)有加氣源過(guò)濾器，結(jié)果因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)氣源較臟造成電氣定位器的排氣小孔堵塞，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。建議在現(xiàn)場(chǎng)提供氣源不潔凈時(shí)，加裝過(guò)濾器，并定期更換濾網(wǎng)。最終系統(tǒng)加了具有較好調(diào)壓性能、自帶溢流裝置的過(guò)濾調(diào)壓閥T50才順利運(yùn)行。
空氣過(guò)濾減壓器用于凈化來(lái)自空氣壓縮機(jī)的氣源，并能把壓力調(diào)整到所需的壓力值，具有自動(dòng)穩(wěn)壓的功能。在安裝過(guò)濾減壓閥時(shí)，必須按箭頭方向或輸入、輸出方向，分別與管道連接。氣源保護(hù)系統(tǒng)如圖4所示。

5 結(jié)束語(yǔ)
在此方案的支持下，對(duì)整個(gè)氣動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和安裝。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，該系統(tǒng)除了能滿(mǎn)足正常頻繁調(diào)試要求之外，還能滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)時(shí)間5s的要求，很好地解決了調(diào)節(jié)閥控制問(wèn)題，滿(mǎn)足了控制要求。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 劉忠信，張志華.幾種小型壓力調(diào)節(jié)器[J].石油儀器，001，15（5）：37-39.