核電廠氣動調節閥調試方法總結

張媛媛，孫　楠，張　磊（福建福清核電有限公司，福建　福清　350318）

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核電廠氣動調節閥調試方法總結

張媛媛，孫楠，張磊
（福建福清核電有限公司，福建福清350318）

摘要：氣動調節閥是核電廠重要的執行機構，對于機組的安全、經濟運行有著不可或缺的作用。依據其他電廠的運行經驗，氣動調節閥影響系統效率的事例舉不勝舉，故調試階段做好調節閥的調試工作尤其重要。氣動調節閥的調試往往需要多專業配合，特別是引入DCS控制后，閥門的調試需要掌握的知識更為多樣化。為應對現場閥門的調試工作，首先需了解和掌握氣動調節閥的原理和組成。

關鍵詞：核電廠；氣動調節閥；調試方法

1　氣動調節閥的簡介

1.1氣動調節閥的分類

1.1.1按作用方式分類

按照氣動調節閥的作用方式可以將其分為正作用式和反作用式兩種方式。

正作用式：當執行機構內失去空氣壓力時彈簧力促使閥瓣上升，閥門開啟；通入壓縮空氣，執行機構內的空氣壓力克服彈簧壓力使閥瓣下降，從而關閉閥門。這類氣動調節閥也叫氣關型調節閥。

反作用式：當執行機構內失去空氣壓力時，在彈簧力的作用下促使閥瓣下降，閥門關閉；通入壓縮空氣，執行機構內的空氣壓力克服彈簧壓力使閥瓣上升，打開閥門。這類氣動調節閥也叫氣開型調節閥。1.1.2 按動作方式分類

按照氣動調節閥的動作方式可以將其分為直行程和角行程兩種方式。

直行程式調節閥是通過上下運動的方式來獲得閥籠對流量的調節；角行程式調節閥是通過閥體的轉動實現對流量的調節。

1.2氣動調節閥的結構

氣動調節閥的結構主要包括閥體、執行機構和附屬裝置三部分。執行機構屬于核心部分，它將輸入的控制信號轉化為作用于閥體的推力，從而控制閥體開或者關，實現調節功能；閥體是調節閥的動作部分，它與被控制的介質相接觸，在執行機構的作用下改變閥芯與閥座之間的流通面積，從而實現對流量的有效控制；附屬裝置則是為實現不同的功能要求，而選用的各類裝置或設備，以實現閥門的快開、快關、輸出大力矩、失效保位等功能，如BOOSTER、定位器，電氣轉換器等統稱為附屬裝置（由于筆者均為儀控專業人員，故下文相關論述均從儀控角度出發）。

1.2.1電-氣轉換器（圖1）

電-氣轉換器用一個將電流信號轉換成氣壓信號的轉換裝置。它根據調節器輸出的4-20mA電流信號，產生對應的氣壓信號（0.02～0.1MPa），輸出到執行機構產生相應的動作，以控制閥體開度、達到對調節流量的目的。

電-氣轉換器通常由電路、磁路、氣動平衡部分等組成。調節器輸出4～20mA 的電流信號進入測量線圈，根據電磁感應定律將產生電磁力，使得平衡杠桿平衡。電-氣轉換器從而實現把 4～20mA 的電流信號變成對應的0.02～0.1MPa 氣壓信號。

1.2.2閥門定位器

閥門定位器是一種將電氣信號轉化為壓力信號的裝置。按力矩平衡原理，它將閥桿位移信號作為輸入的反饋測量信號，以控制器輸出作為設定信號進行比較，當兩者有偏差時，改變其到執行機構的輸出信號，建立了閥桿位移與控制器輸出之間的對應關系。

氣動閥門定位器主要可分成位移平衡式、力（力矩）平衡式和智能式三大類。

（1）位移平衡式氣動閥門定位器（如圖2）： 工作原理：當調節器來的控制信號增大時，波紋管1就相應伸長，并推動拖板2以反饋凸輪6為支點作逆時針偏轉，于是擋板3就靠近噴嘴4，噴嘴背壓升高。

此背壓經放大器 5 放大后，輸出壓力迅速上升并送入氣動調節閥的膜頭 9，使閥桿 8 向下移動，帶動反饋桿 7 和反饋凸輪 6 繞支點 0順時針偏轉，反饋凸輪 6 的偏轉使拖板以波紋管 1 為支點作逆時針方向偏轉，于是擋板 3 離開噴嘴 4，使輸出壓力下降，即閥桿 8 向下移動引起的效果是負反饋作用。此時，一定的信號壓力就對應于一定的閥門位置。

福清核電大量使用的FISHER 3572型定位器就屬于上述類型。

（2）力（力矩）平衡式氣動閥門定位器（圖3）： 工作原理：它是按力矩平衡原理工作的，當通入波紋管 1 的信號壓力增加時，使主杠桿2繞支點15轉動，擋板13靠近噴嘴14，噴嘴背壓經功率放大器16放大后，通入到執行機構8的隔膜室，因其壓力增加而使閥桿向下移動，并帶動反饋桿9繞支點4轉動，反饋凸輪5也跟著作逆時針方向轉動，通過滾輪10使副杠桿6繞支點7轉動，并將反饋彈簧11拉伸，彈簧對主杠桿2的拉力與信號壓力作用在波紋管1上的力達到力矩平衡時儀表達到平衡狀態。此時，一定的信號壓力就對應于一定的閥門位置。

福清核電廠REA016VD、RRI155VN等閥門使用的Masoneilan7800定位器即為力矩平衡式。

（3）智能式定位器：智能式定位器直接接受調節器輸出的 4-20mA標準電流信號，經過定位器運算處理后，輸出和輸入信號成比例的氣壓信號，從而控制閥門的開度。對于智能式定位器，4-20mA 標準電流控制信號既是閥門的控制信號，又是定位器的工作電源。智能定位器種類繁多，在福清核電廠基本都應用于常規島部分，在此不作研究。

1.2.3空氣過濾減壓器

空氣過濾減壓閥用于凈化來自空氣壓縮系統的氣源，除去空氣中的灰塵、雜質，并將壓縮空氣系統來的氣源壓力調整到所需的壓力值。

1.2.4放大器

有些閥門要求開關時間比較短，而且這些閥門的氣動執行機構膜片尺寸很大，就需要在氣動執行機構和閥門定位器之間安裝一個Volume booster來改善閥門的動作情況，其作用就是增加氣動執行機構的進/放氣量 。

1.2.5手輪

手輪機構與氣動調節閥配套使用。氣源（信號）壓力故障、執行機構的隔膜、彈簧以及密封件損壞時，可采用手輪機構操作閥門，維持調節閥的調節功能。

2　福清現場氣動閥調試過程遇到的問題及解決方案

2.1典型案例一：中性點位置影響閥門開關

1ARE033VL完成閥門初次整定后，工藝試驗過程中多次出現閥門無法調節到位的情況。機械用手輪均能正常開關閥門，再排除閥門卡澀的基礎上，儀控專業多次整定電氣轉換器與定位器后（每次記錄的定位器在各個信號下的輸出值均有變化），依然多次出現閥門在使用過程中出現無法動作到位的情況。

分析過程：在多次調節閥門的過程中發現，電氣轉換器均為出現漂移現象，每次均是電氣轉換器重新調整且每次定位器在定位器輸出一定的情況下均需要調整進入到閥門膜腔壓力才能使閥門開、關到位。在現場多次跟蹤后儀控方面發現由于工藝在每次試驗過程中的掛鎖、解鎖閥門操作均會影響到閥門手輪位置。在和機械商討后認為閥門中性點位置影響閥門開關可能較大。

解決方法：儀控閥門校驗單中加入閥門手輪距離閥門本體基座位置條件，記錄數據，在閥門手輪位置一定的情況下調解閥門定位器。試驗過程中對閥門手輪位置進行調整，調整到與閥門定位器校驗時一致，后續未出現閥門無法動作到位的情況。

2.2典型案例二：放大器旁通調節螺絲影響閥門穩定性

1RCV030VP調試過程中，完成首次調整定電氣轉換器與定位器后，閥門能夠在自動信號的控制下正常工作。但在RCV系統試驗過程中，（階躍性）手動給出一定開度后現場觀察閥門，閥門能夠快速到達給定開度，但出現閥門有“喘”的現象。

分析過程：儀控初步懷疑為進氣壓力過大，導致每次進入膜腔的氣過多，在定位器完成位移平衡的過程中進氣過多導致無法平衡。在機械配合下現行由機械調整后，重新標定進氣壓力，發現進氣壓力與初次標定的情況基本一致。排除過濾減壓器進氣壓力過大后，進一步分析：在研究后依然將此現象的根本原因定位為閥門進氣過多，在多次研究閥門氣路圖后判定為放大器旁通調節過小導致閥門出現“喘”的現象。

解決方法：增加放大器旁通螺絲開度，減小最終進入閥門膜腔內的氣的流量。

在完成放大器旁通螺絲調節后重新標定閥門定位器，后續試驗閥門“喘”的現象再無出現。

2.3典型案例三：定位器反饋凸輪方向問題

1RRA013VP調試過程中，出現了定位器波紋管損壞的情況發生。領用備件更換后出現無法通過調節定噴嘴與噴嘴擋板的位置，使閥門在對應信號下到達對應全關（或全開）位置。

分析過程：閥門在調節過程有出現信號與之前相反的情況，即原給出4mA電流電氣轉換器輸出3PSI氣后閥門應處于全關位置，但在更換新的定位器后閥門更加接近全開位置，強行調節噴嘴與噴嘴擋板位置均無法使得閥門到達正確位置。

初步懷疑為定期器型號問題——備件領用錯誤，但在多次核實后認定型號備件型號為相同型號，但備件為通用型備件，即備件不為1RRA013VP的專用備件。

將已損壞壞的定位器與備件定位器對比后發現，兩定位器的凸輪方向相反，半圓盤正對的情況下原損壞定位器凸輪為上大下小，而備件定位器凸輪為上小下大。

解決方案：將備件定位器的凸輪拆下，倒轉90°后重新用彈簧固定。后續重新整定定位器，閥門能夠實現正常功能。

3　結論

調試階段發現氣動調節閥故障率較大，通過對故障分析、處理方法和經驗的總結，有效利用經驗反饋工具，及時共享交流，可以快速有效的解決調試故障，提高閥門的可靠性，最終達到縮短調試工期，加速調試進度的目的。

在后續機組調試過程中需要優化氣動調節閥校驗模板，加入更多的參數的記錄，例如，調節閥門定位器時閥門手輪距離閥座位置、閥門零、滿、50%點死區、等參數。并針對氣動閥門建立數據庫，讓每次校驗閥門的數據均能為下次閥門解體再校驗服務，為后續機組的調試維修提供更好的數據服務。

參考文獻：

［1］邵舸，佟立麗，曹學武等.輔助給水系統配置改進的概率安全評價［J］.科技導報，2012，30（28-29）:24-28.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.157