氣動調節閥的儀控調試

王丹 蔣泰鏗

【摘 要】作為現代工業控制系統的終端控制元件，調節閥對核電站的安全性和經濟性發揮著重要作用，而以壓縮空氣為動力源的氣動調節閥在福清核電機組中有廣泛的應用且在調試階段問題較多。本文闡述氣動調節閥工作原理及其在控制回路中的重要作用，介紹閥門電氣轉換器、定位器等主要控制附件的功能，結合自身調試經歷，從儀控角度對氣動調節閥的單體調試和系統調試過程中的調試重點進行分析、總結，分享調試經驗，對解決氣動調節閥的調試故障、提高調試質量具有實際意義，也是后續機組氣動調節閥調試的重要參考依據。

【關鍵字】氣動調節閥;儀控;調試;故障處理

中圖分類號： TH138.52文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）07-0072-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.028

【Abstract】As a terminal control element of modern industrial control system， control valves play an important role for nuclear power plants safety and economy. Pneumatic control valves are widely used in Fuqing NPP， and there are many problems during the commissioning phase. This thesis describes the operating principles of pneumatic control valves and the important role in the control loop， introducing the functions of electrical converter，positioner and other major control accessories. With commission experiences， the thesis analyzes and summarizes the key points of commissioning and some common faults ，sharing commissioning experience. The thesis has practical implications for solving the commission failures and improving the commissioning quality，and also an important reference for the follow-up units.

【Key words】Pneumatic control valve; I&C; Commission; Trouble-shooting

0 前言

核電站系統回路中介質流動是由泵和閥門控制的，流量主要由閥門來控制，而調節閥可以連續和比較精確的調節流量。氣動調節閥以潔凈壓縮空氣為動力，接收標準信號，驅動閥體運動，通過改變閥芯與閥座間的流通面積，從而達到調節流量的作用。它的遠程操作和控制的實現，使得運行人員在主控室就能準確的知道閥門的實際位置，根據機組的狀態需要來控制閥門，以滿足現場的需要，所以人們常把調節閥比喻為生產過程自動化的“手足”。

一個控制系統的質量受到控制系統各組成部件的影響，主要取決于控制系統組成部件中最薄弱環節的影響。調節閥是節流裝置，屬于動部件，與檢測元件和變送器、控制器比較，在控制過程中，調節閥需要不斷改變節流件的流通面積，以適應負荷變化或操作條件的改變，而且很難采用隔離的方法與過程介質隔離。調節閥的活動部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、“漏”的主要原因，它不僅造成資源或物料的浪費，也污染環境，引發事故。所以，從控制系統整體看，一個控制系統控制得好不好，都要通過調節閥來實現[1]。

1 控制附件的組成及功能

氣動調節閥常見的控制附件和功能：

（1）減壓閥：降低控制氣源壓力，以適宜執行機構的工作壓力;（2）過濾器：濾去壓縮空氣中的水和其他雜質，保證進入電/氣轉換器、定位器以及執行機構的壓縮空氣的清潔。許多產品是減壓閥和過濾器一體化設計;電氣轉換器（E/P）：將控制系統來的4～20mA電流信號轉換成0.02～0.1MPa（3～15psi）的氣壓控制信號;（3）定位器：是閥位控制的核心部件，對調節閥的閥位進行精確控制;閥位變送器：通過連桿與閥桿的位移同步產生轉角移動，轉換成4～20mA電信號，線性地反映閥門的開度;（4）行程開關：通常安裝在閥門的全開和全關位置，用以發出閥門全開和全關的信號送到控制系統;

為了實現某些特殊的控制功能，一些執行機構上還配備了其他的控制部件，如實現聯鎖功能的電磁閥，實現保位功能的鎖氣器，加快動作速度的放大器。

2 氣動調節閥的調試重點

氣動調節閥安裝后，在生產過程啟動前應進行調節閥的現場調試，調試正常才能投入使用，同時及時發現存在的故障，有利于盡快解決。氣動調節閥現場調試主要包括以下幾個方面：

2.1 調試前確認

檢查手輪機構能否正確轉動和動作，檢查完畢后將手輪機構處于“中性點”位置，否則閥門不能自動調節。

確認閥門開度指示牌位置正確、安裝牢靠，否則請機械調整合格。

檢查供氣管線上的手動隔離閥是否已打開，供氣氣源壓力是否正常。

2.2 單體調試

2.2.1 管線檢查

（1）檢查氣源管線回路安裝是否正確，管線管徑是否正確

根據設計、廠家圖紙，檢查儀表附件選擇及連接是否滿足要求，檢查供氣管線管徑是否選擇正確。

（2）氣路緊固件是否松動，控制回路是否有漏氣

在調試期間，由于各儀表附件緊固件松動、漏氣導致閥門不能正常運行的現象非常普遍。可通過聽聲、噴檢漏液等方式確認是否泄露及漏點，通常采取緊固方式處理，特別注意不能在卡套式緊固件處纏生料帶。

2.2.2 控制附件調校

氣動調節閥控制附件較多，需嚴格控制各附件的輸入、輸出，以確保閥門能正常運行，如過濾減壓閥的設定壓力是否合適、電氣轉換器輸入電信號為4～20mA，對應輸出信號應為3～15psi，定位器、行程反饋器、放大器等功能測試則需要對調節閥進行整體性調校驗證。

標準信號發生器將輸入信號平穩地按增大和減小方向輸入電氣轉換/定位器，測量各點對應的閥門開度（行程）是否滿足控制要求。主要分為5個關鍵調校點：0%、25%、50%、75%、100%開度進行驗證，使行程反饋器反饋值與現場閥門開度一致。由于無法確定調節閥的實際行程值，始點和終點兩個關鍵點必須調準，不然會因閥門關閉不嚴導致內漏發生或調節精度不夠。調節閥全行程運行過程中應偵聽調節閥閥芯和閥座是否有機械振動和異常雜音。

做好信號電纜絕緣包扎。閥門拆除EP接線時不要碰到EP外殼，從而導致接地，電磁閥拆除接線時不要接地和短路。將EP線和電磁閥線用絕緣膠帶包扎好并固定在不影響檢修的位置。拆除的設備及現場設備開口注意封堵，通常用有色塑料布對開口點進行包扎。拆除的較小零部件應裝入塑料封口袋中，并做好標記。

如發生信號電纜接地等異常情況，因DCS卡件有過電流保護功能，此時DCS一層顯示BAD點，DCS二層畫面會出現洋紅色，這時需要由DCS維護人員將氣動調節閥控制信號所在DCS通道的卡件拆下，重新復位即可消除故障。

2.2.3 動作性能檢查

一些控制系統對調節閥的開關時間有要求時，應檢查調節閥的開關時間。在全開位給關閉信號，到觸發全關信號的時間，為關閥時間;在全關位給開啟信號，到觸發全開信號的時間，為開閥時間。

行程檢查：從閥門全開到全關，或全關到全開的行程，觀察閥桿和執行機構推桿是否發生卡澀或其他故障。

2.3 系統調試

2.3.1 負反饋調試

控制系統能夠正常工作最終需要實現一個完整的閉環負反饋回路控制回路[2]，因此，理論上應將控制器、檢測變送器和調節閥（包括閥門定位器）和被控對象一起考慮，并設置控制器的正、反作用。而從工程實際應用來分析，其中主要有如下三個因素：

（1）過程特性（Kp）：如疏水水位調節和給水水位調節

（2）執行器特性（Kv）：如氣開型和氣關型調節閥

（3）調節器特性（Kc）：如正作用調節器和反作用調節器。

測量變送器環節均為正，可不考慮。要組成負反饋，要求閉合回路上所有環節（包括調節器的運算部分在內）的增益的乘積為正數，如下圖1。

調節器動作特性和執行器動作特性如何正確區分？當發現現場的需求與設備的實際動作相反時，是否可任意選擇一個修改就可以？

參照前面理論描述似乎是可以的，但是實際現場應用的DCS方案中是不允許的。在福清核電DCS控制方案中這兩個參數是有嚴格區別的，調節器的動作特性只與過程特性有關，補水閥的水位調節器必須設置為反作用，疏水閥的水位調節器必須設置為正作用，無論這些閥門是氣開型或者氣關型。PID模式參數中INCOPT為調節作用選擇：“0”=反作用，“1”=正作用[3]。

設置好調節器正、反作用方式后，可在調節器測量端模擬輸入信號，使其增加或減小，觀測調節器輸出變化是否符合作用方式的要求，并檢查調節閥的動作方向是否正確，是否能夠使被調變量向減小方向變化。

福清核電DCS中調節器參數設置值均默認為0，即為反作用，儀控人員在調試過程中要根據實際需要進行更改，確保參數設置符合設計要求。

DCS中執行器特性設置為：閥門的氣開型零滿點對應4～20mA信號，而氣關型零滿點對應20～4mA信號[3];DCS側該參數位于輸出模塊AOUTR中，ATC參數設置為1，即為氣關閥，ATC=0，即為氣開閥，配置為氣關時滿開度DCS將輸出4mA。

所以單從參數設置上這兩個是完全獨立的參數，正確配置這兩個參數對于用戶來說非常方便，無論是哪種執行器，在畫面上看到的100%或操作的100%都能得以正確執行，無需關注底層的差別。

2.3.2 模擬和邏輯控制驗證

一般來講，所有的調節閥均有模擬和邏輯控制功能，例如，氣開型調節閥在失氣的時候為關位置，在得氣的時候就要工作在調節狀態。邏輯控制實現調節閥的超馳開或者關功能;模擬控制實現調節閥依據過程需求實現中間開度。通常，調節閥均可以實現一個方向的邏輯控制，邏輯控制是優先于模擬控制的，只有閥門處于模擬控制狀態下調節器輸出才有實際效果。

3 結論

核電機組調試是驗證其前期設計、施工、安裝等階段可靠性、確保核電機組安全投運的關鍵環節，調試人員在調試過程中要嚴格按照生效調試規程進行實施;福清核電調試階段發現氣動調節閥故障率較大，通過對氣動調節閥儀控調試重點進行分析、總結，有效利用經驗反饋工具，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。

【參考文獻】

[1]吳國熙.調節閥的使用與維修，北京：化學工業出版社，2008：4-8.

[2]周春暉.過程控制工程手冊，北京：化學工業出版社，1984：30-38.

[3]查方興.IAs系統及應用，上海福克斯波羅有限公司，2007：64-68.

[4]牛玉蘭.氣動調節閥在核電廠中的應用及常見問題分析，科技資訊，2012年第2期.