除氧器水位調節閥喘動原因分析及處理

韋洪剛　宋國富　張鵬

【摘 要】除氧器水位調節閥在進行易損件更換后的校驗時，閥門在手動控制給定信號下TZID定位器供氣壓力表和控制信號輸出壓力表指針大幅波動，流量放大器間歇排氣，閥位出現喘動。論文對此進行分析，并定位故障點為61H流量放大器密封面泄漏，供氣壓力與輸出壓力連通。通過更換新備件，消除了故障。

【Abstract】In the calibration of deaerator water control valve after the replacement of wearing parts， TZID positioners air supply and control signal output pressure gauges fluctuated widely under manually given signals， and the flow amplifier intermittently exhaust， the valve position is panting while the 61H booster exhausted intermittently and valve position varied. This paper analyzed the phenomenon and found out that the fault point is the sealing surface leakage of 61H flow amplifier， and the gas supply pressure is connected with the output pressure. The failure is eliminated by replacing the new spare parts.

【關鍵詞】TZID；61H Booster；閥門喘動；密封泄漏

【Keywords】 TZID； 61H Booster； panting of valve； seal leakage

【中圖分類號】TM621 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）03-0170-02

1事件描述

在CPR1000機組某次大修中，除氧器水位調節閥完成易損件更換后進行校驗時，發現在給定25%、50%、75%開度信號后，定位器氣源壓力表和輸出壓力表均存在大幅波動現象，同時伴隨有明顯的流量放大器（Booster）間歇式排氣聲音，真實閥位在指令開度附近喘動。

2 原因分析及處理

2.1 閥門功能及原理介紹

除氧器水位調節閥的控制信號，由實測水位與給定水位的偏差信號，經控制器運算后給出，通過改變閥門開度調整除氧器入口給水流量，保持除氧器水位在給定值。若出現閥門調節異常，除氧器水位低則將直接導致蒸發器主給水泵跳閘，除氧器水位高時導致除氧器隔離。

除氧器水位調節閥是雙缸進氣，帶有失氣保持功能的氣動調節閥，采用TZID智能型定位器，調節閥的控制回路管線布置圖如圖1所示。下面將對儀控部件的功能逐一介紹。

①調節閥所使用的TZID智能定位器，是ABB公司生產的，廣泛用于CPR1000機組常規島的調節閥。TZID定位器內部可以分為三個部分，a IP及集成電路板，用于將接收到的4～20mA信號轉換為氣壓控制信號輸出；b操作面板，用來進行閥門參數調整和校驗、設置定位器工作模式；c信號接線端子接收4～20mA控制信號，同時送出4～20mA閥位信號指示就地閥門開度。

TZID定位器閥門開度調節是一個閉環調節，TZID將接收到的4～20mA指令信號轉換為數字信號，作為閥位給定值，與行程傳感器實測閥位做比較，根據閥位偏差由定位器內部處理器自動計算給出氣壓控制信號。對于雙缸閥門，I/P采用Y1/Y2雙路輸出的形式，Y1輸出用于控制上缸進氣壓力，Y2輸出用于控制下缸進氣壓力。當需要閥門開大時，Y2輸出大于Y1輸出氣壓信號，使得閥門下缸進氣氣壓增加、進氣量增大，閥門開大，同時閥位反饋信號增大，當閥位達到給定開度時，定位器處理器計算出的上下缸的控制信號偏差消失，Y1與Y2輸出趨于穩定（考慮膜盒內彈簧作用，兩者壓力不完全一致）。反之亦然，當閥門需要關小時，Y1的輸出氣壓信號大于Y2輸出氣壓信號，使得閥門逐漸關小，當達到穩定閥位時，Y1與Y2輸出又趨于穩定。

定位器背部裝有反饋臂，安裝時需要根據閥門的行程準確定位掛鉤在反饋臂的位置，反饋臂上下行程在閥門全開和全關位置時應該在-28～+28度范圍內，否則定位器無法進行自動校驗。

②鎖氣器在氣源壓力正常時保持氣路暢通，使得閥門上下缸能正常進氣調節。當失去氣源，供氣壓力降低至鎖氣器動作值時，切斷通往閥門上下氣缸的氣路，使上下缸氣壓保持穩定，保持閥位不變。

③流量放大器，在保持定位器輸出壓力大小不變的同時放大流量，使得閥門控制響應速度加快，一般位于閥門控制的最后一級，除氧器水位調節閥使用的是愛默生61H型號。

④過濾減壓閥為定位器、Booster等閥門部件提供適當壓力的氣源的同時，防止異物進入氣動控制回路。

2.2 閥門喘動分析過程

根據2.1節的原理分析，除氧器水位調節閥控制主要有TZID 的I/P決定，Booster使閥門的響應速度加快，而鎖氣器主要用于失氣保持。

因本次易損件更換時，定位器更換所用備件已經儲存了近10年，存在備件庫存年限較長導致TZID定位器的I/P輸出波動的可能。為排除I/P故障，首先領取新備件更換了TZID定位器的I/P，異常現象仍存在，將新舊I/P備件拆解進行對比檢查，兩個備件的滑閥結構、密封面無明顯異常；目視檢查新I/P的密封墊片壓痕較重，分析認為不會影響信號輸出。

排除I/P異常后，將閥門至于手動控制模式，由TZID自帶操作面板手動給定閥位信號在50%開度，發現操作面板實測閥位反饋信號在變化，閥位以約每秒1%的速度在緩慢增加，分析認為閥門下缸有額外的氣壓輸入導致下缸進氣量增加，閥門增大，故障點定位于定位器Y1輸出到閥門下缸的Booster存在異常。

2.3 61H Booster故障機制

61H Booster在閥門控制中，起著保持控制氣壓不變，輸出流量放大的作用，其原理如下圖。信號氣壓從上部進入放大器壓迫膜片A，推動金屬架C向下移動，迫使滑閥閥塞向下移離開閥座（下閥），氣源壓力與BOOSTER輸出端聯通，直至P1=P2，氣源被截止；當P1減小時，P2>P1，金屬架向上移動與滑閥閥塞之間產生間隙（上閥），氣室B中空氣從排氣口排出；隨后滑閥閥塞在回座彈簧的作用下向上移動，減小與氣流室接觸面之間的間隙，進氣減少，氣室B中壓力減小，直到P2=P1時達到平衡。小孔D與E相連通，使P1和P2相平衡。

根據61H Booster的工作原理，當滑閥閥塞與閥座的結合面密封性不好時，容易出現故障。當滑閥下閥密封面不嚴時，氣源壓力會源源不斷地注入到BOOSTER的輸出側，Booster的B氣腔壓力P2>P1，推動金屬架向上移動，導致Booster排氣孔源源不斷的排氣。

本次調節閥故障現象，未出現Booster排氣孔不斷排氣的現象，而是定位器氣源壓力指示表和輸出壓力指示表在Booster間歇排氣時大幅波動，分析認為可能是Booster滑閥閥塞（下閥）的泄漏量較小，氣源泄漏到氣腔B的壓力相對較小，使得P1/P2 可以通過平衡腔室D/E之間達到平衡。這時，來自定位器下缸輸出的Y1信號被動增大，下缸Booster輸出氣壓增大，下缸進氣量增加，閥門閥位緩慢上漲。

由于TZID對于閥位反饋的響應較靈敏（TZID定位器的反應靈敏度與TZID死區設置有關，當閥位變化比指令信號超過調節死區時，定位器即有消除閥位偏差的動作），當閥位上漲超過死區設置值時，定位器下缸輸出Y1就會減小，輸出壓力指示表指針減小，下缸Booster就會排氣，由于滑閥閥塞密封不嚴導致氣源管線與Booster輸出連通，定位器氣源壓力指示表也跟隨波動。

2.4 處理結果

在重新更換Booster備件之后，通過TZID 操作面板給定25%、50%、75%指令信號，61H Booster間歇排氣的現象及定位器輸出壓力指示表波動未復現。

3 結論

對于使用TZID定位器和61H Booster的氣動調節閥門，在遇到閥門喘動、Booster排氣聲音大時，需要檢查定位器的I/P或61H Booster。對于雙缸閥門，在檢查的時候，可以遵循如下邏輯。

①如閥門主控操作時存在喘動現象，需要檢查主控到閥門的指令信號，確認指令信號無明顯波動。

②將TZID定位器置于手動模式，給定中間開度信號觀察閥位變化情況；若閥位基本不變，則首先檢查I/P。

③如確認I/P無異常，則檢查61H Booster；在手動模式給定開度下，閥位發生變化，對于雙缸閥門，上缸進氣時閥門關，下缸進氣閥門開，如閥門往開的方向變化，需要檢查與下缸相連的Booster，反之需檢查上缸相連Booster。