氣動薄膜調節閥作用形式改造分析

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(青海發投堿業有限公司，青海 德令哈　817099)

1　氣動薄膜調節閥簡介

氣動薄膜調節閥由執行機構和閥體兩部分組成，其結構形式和工作原理如圖1所示。執行機構主要由氣室、膜片、推力盤、彈簧、推桿、調節螺母等組成。執行機構是調節閥的推動裝置，根據壓力信號的大小產生相應的推力，通過推桿帶動閥桿產生相應的位移，從而帶動調節閥的閥芯動作，改變閥的開度。氣動執行機構有正作用和反作用兩種形式。當信號壓力增加時推桿向下動作的叫正作用式執行機構；信號壓力增加時推桿向上動作的叫反作用式執行機構。

圖1　氣動調節閥

閥體部分主要由閥位標尺、閥桿、閥芯、閥座、填料函、閥體、閥蓋和支架等組成。閥體直接與介質接觸，由閥芯的動作來改變截流面積，達到調節作用。

氣動薄膜調節閥因其具有結構簡單、動作可靠、平穩、輸出推力大、本質防爆、價格低廉、維修方便等優點，被廣泛地應用在化工、石油、冶金等行業中。它接受調節系統發出的控制信號，按信號要求精準動作，改變調節參數，把被調參數控制在所要求的范圍內，從而達到生產過程自動化。

在生產現場，調節閥直接控制工藝介質，尤其是高溫、高壓、強腐蝕、有毒、有害、易燃、易爆、易滲透、易結晶、高粘度等介質情況下，若選擇或使用不當，往往會對生產過程自動化帶來困難，導致調節質量下降，甚至造成嚴重的生產事故。因此，對調節閥的正確選用、安裝和維護等環節十分重要。

合理選擇調節閥的作用形式，閥體、閥內件的結構形式和材質，是提高調節品質和延長調節閥使用壽命的關鍵。為此，調節閥的選型一般要考慮以下幾個方面：

1)根據工藝條件，選擇合適的調節閥結構和類型；

2)根據工藝對象特征，選擇合適的流量特性；

3)根據工藝參數，選擇合適的調節閥口徑；

4)根據閥桿所受不平衡力的大小，選擇足夠推力的執行機構；

5)根據工藝過程的要求，選擇合適的調節閥輔助裝置。

2　技術改造項目概述

青海發投堿業有限公司重堿車間碳化工段原始設計15臺碳化塔，一期填平補齊項目增加3臺碳化塔，配套三段氣(清洗氣、中段氣、下段氣)流量調節閥共計9臺。調節閥選型為氣開閥，其所控制氣體介質由壓縮機送入碳化塔。因為氣動調節閥選型原因，導致調節閥在故障狀態時會對生產造成極大的不安全隱患，威脅到生產安全、設備安全，甚至于人身安全。通過對氣動調節閥實施技術改造，保障了生產安全，減少了調節閥故障，降低了儀表設備故障率。對穩定生產、降低成本、提高效益起到了積極的作用。

2.1　設備狀況簡介

氣動調節閥為套筒閥，配反作用氣動薄膜執行機構，調節閥整體作用形式為氣開。其具體設備數據如表1。

表1　碳化塔三段氣氣動調節閥設備數據

2.2　調節閥運行分析

氣動調節閥執行機構作用形式為反作用，調節閥整體作用形式為氣開，其執行機構結構如圖2(b)、工作原理如圖3(b)所示。氣壓信號由膜室下腔接入，當調節閥失去控制信號或氣源壓力時，閥芯在執行機構彈簧的作用下處于關閉狀態。在實際運行當中，若調節閥控制信號中斷或儀表壓縮空氣故障，將會使調節閥處于關閉狀態不能打開，導致壓縮機出口憋壓以致超壓跳車發生事故。從保護生產的原則來看，調節閥屬于選型不當。因為這種儀表設備選型缺陷，存在著影響產量、設備安全、穩定生產的不安全隱患。

經過長期連續運行，不潔凈氣體帶油、帶水、帶灰長期沖刷，在調節閥閥體內部閥芯和閥座均有不同程度結垢、結疤，導致調節閥閥芯動作不靈活，使得該缺陷表現更加突出，對生產造成不利影響。

針對這種調節閥選型缺陷的解決思路，一般情況下是淘汰現有氣動調節閥，根據工藝條件要求重新選型，選擇氣閉式氣動調節閥，對氣動調節閥進行整體更新換代。氣動調節閥價格昂貴，若整體更換消耗大，施工工作量大，需要系統停車才能進行。現階段氣動調節閥單臺價值約為3萬元，若采購新調節閥進行更換需資金總計約27萬元，不符合企業節能降耗的原則。

所以，嘗試對調節閥進行技術改造，改變氣動調節閥作用形式，進而達到消除調節閥裝置缺陷，提高系統裝置運行穩定性、保障生產安全的目的。

3　技術改造內容及效果

因為氣動調節閥執行機構作用形式的改造存在著一定的不確定性和不可控性，所以，該技術改造項目需根據生產系統運行狀況，結合調節閥的結構、原理進行充分論證，先對一臺調節閥進行技術改造，然后投入運行，觀察其運行狀況。經運行證明，調節閥動作穩定，改造效果良好。事實證明本技術改造方案安全可行，然后陸續對其余8臺氣動調節閥實施改造。

1)碳化塔工作分為“制堿”和“清洗”兩種狀態，“制堿”狀態下使用中段氣和下段氣，停用清洗氣，“清洗”狀態時則相反。根據碳化塔的運行狀況，清洗氣調節閥可在碳化塔“制堿”狀態時進行施工，中段氣和下段氣調節閥則在碳化塔“清洗”狀態下進行施工。調節閥改造的檢修工作不會對生產造成任何影響。

2)改造氣動調節閥執行機構作用形式。改造前執行機構如圖2(b)所示，其作用形式為反作用，彈簧在推力盤上部，氣壓信號由下部進入，膜片受壓后壓縮彈簧向上運動，帶動執行機構推桿和閥桿向上運動。實施改造作業，作業時需嚴格遵守《儀表設備檢修操作規程》，將氣動調節閥執行機構與閥芯脫開，消除調節閥執行機構內彈簧的預緊力，然后解體執行機構。拆開上膜蓋，按順序取出彈簧、推力盤、膜片等部件，提起執行機構推桿，將調節閥膜頭內膜片和預緊力彈簧反向，依次裝入彈簧、推力盤、膜片，緊固好膜片壓緊螺母。此時，改造后執行機構如圖2(a)所示，彈簧在推力盤下部，氣壓信號由上部進入，膜片接受氣壓信號后壓縮彈簧向下運動，帶動執行機構推桿和閥桿向下運動。連接好執行機構推桿及各緊固件螺栓。此時，調節閥執行機構作用形式由反作用改造為正作用。

圖2　氣動調節閥執行機構

3)將氣動調節閥閥芯提起，使閥芯由關閉位置提起至全開位置，將執行機構推桿與閥桿重新裝配連接，緊固各連接件螺栓。如圖3(a)所示，此時，氣壓信號由膜頭上部接入，調節閥接受控制信號，膜片向下運動帶動閥芯向下關閉閥門，使氣動調節閥整體作用形式由氣開式變為氣閉式。若控制信號中斷或氣壓信號失去，則在彈簧的作用下調節閥閥芯會向上恢復至全開狀態。

圖3　氣動調節閥工作原理

4)裝配閥門定位器及相關附件，調節閥接入氣源，按檢修規程調校，使氣動調節閥按規范要求正常工作。多次反復調整測試調節閥行程，保證打得開、關的嚴，行程到位，4-20mA.DC控制信號調節順暢。現場調試完畢后，經操作系統聯校，確認DCS系統操控準確、正常。

5)輔助措施，在年度大修期間對碳化三段氣流量調節閥內部結構進行了檢修清理，對閥芯、閥體、套筒等部件進行了除垢、清理，進一步保障了調節閥的穩定運行，提高了整體工作性能。

6)技術改造項目完成后經過實際運行驗證，改造論證充分、目的明確、效果良好。

①調節閥改造后其作用形式由氣開變為氣閉，若調節閥控制信號中斷或儀表壓縮空氣突發故障，調節閥則會處于全開狀態，保障了工藝介質的順利流通，不會產生壓縮機出口憋壓以致超壓跳車發生事故。有效保障了生產安全和設備安全。

②設備改造項目僅通過施工對調節閥執行機構進行了結構性改造，未消耗設備材料和資金費用，節約了設備更新換代資金費用。調節閥共9臺大約直接節約資金27萬元。

③設備技術改造工作均在備用狀態下實施，沒有對生產造成任何不良影響。因為消除了影響生產安全的不安全隱患，保障了壓縮機的安全運行，提高了生產安全性，其對生產安全、節能增效、降低消耗等方面帶來的間接經濟效益和社會效益更為顯著。

4　結　論

經過近9個月的運行實踐證明，本次技術改造項目效果良好，經得起實踐檢驗。改造后氣動調節閥運行穩定，有效消除了威脅生產的不安全隱患，提高了調節閥的使用壽命，減少了調節閥故障，降低了儀表故障率，有效避免了因調節閥的故障給生產帶來的嚴重影響。對企業穩定生產，降低成本，提高效益起到了積極的促進作用。本項目為公司直接節約資金約27萬元，其穩定生產所帶來的經濟效益和社會效益更加長遠。

本文僅對氣動薄膜執行機構反作用改造為正作用進行了論述，事實證明這種改造是成功的。反過來，正作用執行機構改造為反作用一樣可行。如此可大大提高氣動調節閥在生產中的應用效率。當工藝條件或使用環境發生改變，或者因為選型失誤等原因造成氣動調節閥不能適應控制要求時，可通過改造其執行機構作用形式來改變調節閥工作形式，以順利適應生產控制要求。

因為氣動調節閥是自動控制系統中必不可少的執行器件，在工業企業中的應用十分廣泛，無論多么先進的控制系統，其最終都要由調節閥來實現對物料、參數的控制調節，所以，本技術改造項目對氣動薄膜調節閥的實際應用有著廣泛的指導意義，它對企業的安全生產和節能增效都將帶來巨大的經濟效益和社會效益。

[1]樂家謙.儀表工手冊[M].第2版.北京：化學工業出版社，2003

[2]樂家謙.化工儀表維修工[M].第1版.北京：化學工業出版社，2004

[3]侯奎源.化工自動化基礎[M].北京：化學工業出版社，1997