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專題專欄
煤化工項目非垂直安裝調節閥問題的探討
作者:CCIIN 來源:煤化工信息網 瀏覽次數:620次 更新時間:2019-07-03

1 概述

      目前蘭州石化公司化肥廠生產過程自動化程度很高,各個裝置都使用了大量的自動調節閥,用以完成過程自動控制和實現安全聯鎖保護功能。在生產過程中發現,大多數調節閥的使用情況良好,但有部分調節閥經常出現故障。經過大量統計分析工作,找出了一定的規律,即非垂直安裝的調節閥故障率較高。

2 調節閥出現故障的原因

      該廠各裝置上的調節閥,大多是呈垂直方式安裝的。垂直方式安裝的調節閥,其執行機構一般不會造成支撐傾斜,不可能發生機械形變,只要閥桿與執行機構輸出軸對中無較大的偏差,一般使用情況都比較良好。也有不少調節閥是水平或傾斜安裝在管道、設備上的(非垂直安裝),而且沒有另加平衡支撐(有的調節閥即便是加了支撐,也會發生故障,甚至個別加支撐的調節閥的故障率也是比較高的),加之使用條件、環境、介質相對苛刻一些,在生產實踐中發現,同等的使用條件和環境中,它們發生故障的頻率比垂直安裝的高,因此對這些調節閥的形式和出現的故障類型進行了歸納,做了比較詳實的對比分析比較,找出故障產生的原因和解決的辦法,為今后的調節閥使用、維護、檢修提供有益的參考。

2.1 選型安裝的故障因素

      無論水平或側邊安裝,執行機構無論電動還是氣動的,這些閥,其質量都很大。從驅動端到調節端的距離很長,調節端直接安裝固定在管道或設備上,其質量和力臂所產生的力矩很大,足以使調節閥自身的支撐發生較大的側向形變(向下傾斜)。這個由側裝產生的重力矩,使調節閥的幾何尺寸發生形變,造成調節閥在使用運行過程中常常出現故障。這樣安裝的調節閥故障率比垂直安裝的高,但同時也發現了故障的基本規律。

2.2 物料性質的故障因素

      a)高溫(蒸汽介質)環境中,大多會出現填料泄漏故障,內件易損壞(閥芯閥座磨損失配、閥芯脫落),內部泄漏量大,不易控制,調節品質差,與工藝連接的法蘭端面很容易泄露等故障。圖1,圖2分別為普通調節閥和高溫型調節閥結構。從圖中可以看出,由于加了一截散熱器的距離,使用溫度越高散熱器就越長,因此,高溫型調節閥執行機構重心點距安裝軸線的距離,比普通型調節閥要長的多,非垂直安裝調節閥產生的力矩也要大得多。如:動力C鍋爐裝置的幾臺減溫減壓調節閥,合成氨裝置的調節閥等。


圖1 普通調節閥結構(正作用型)



圖2 高溫型調節閥結構(正作用型)

      b)低溫(小于-100℃)深冷使用環境中,出現較多的也是填料泄漏故障。此類調節閥有較長的隔熱絕冷長頸,所處的環境溫差大,大多安裝使用在空分、液氮洗單元裝置上,它們基本上都有兩個支撐點,如圖3所示。管道和冷箱箱壁都是固定點,一端固定在管道、設備上,另一個就固定在保溫冷箱的邊壁上,閥體和長頸部分基本是固定死的,只有執行機構是側懸在冷箱壁之外的,如果執行機構太重并發生形變,受力點就在填料處,則填料處最易受力單邊磨損。空分、液氮洗(深冷)單元除箱頂安裝的調節閥以外,基本上都屬側裝和水平安裝。如:合成氨液氮洗裝置的調節閥,空分裝置的調節閥。


圖3 冷箱安裝長頸式調節閥示意(正作用方式)

      c)高壓常溫的使用環境下,調節閥的閥體要比低壓、常壓普通調節閥的尺寸大,執行機構要求產生較大的推力,用以克服使用中產生較大的不平衡力,因此執行機構也在尺寸上比普通型的更大、更重、更長。水平或側向安裝產生的機械形變肯定更大,損壞情況更嚴重。因此,大多會出現執行機構輸出軸密封環磨損,如:FV21022等調節閥,尿素合成塔壓力控制調節閥等。

      除以上三種情況較嚴重外,也另有特殊情況的現象,如:長、質量大執行機構使用在常壓、常溫環境中易損壞填料和閥內部機件。尿素裝置的熔融尿液三通調節閥。

3 對閥產生的影響

      a)內部機件損壞其表現形式:內漏大、行程摩擦大、滯后時間長,調解品質差。具體故障是閥芯閥座磨損并失配、閥芯閥座密封環偏磨嚴重、個別機件脫落,最嚴重的可造成閥芯、閥座斷裂等。外部機件損壞的表現形式大多是外漏大、自動動作不靈活、現場硬手動阻力大不容易操作等。具體故障是填料漏、閥桿磨損、執行膜頭輸出軸密封件磨損、泄露等。

      b)從工藝角度分析:溫度對調節閥的使用的直接影響并不大,溫度變化使調節閥產生的機械尺寸形變,相對于側向安裝重力產生的機械尺寸形變要小的多。只是在生產過程中,投用和切除使溫度發生急劇變化時,在一定時間范圍里,可能產生較小的影響,穩定生產狀態時情況要好得多。

      c)從調節閥的結構形式的角度分析:使用在不同溫度場合的調節閥,大都配制的是帶有散熱器的或是帶有長頸溫度差隔離(深冷的距離尺寸更長,在安裝上這些調節閥一般都有兩個支撐點,一個在管道或設備上,另一個在保冷箱壁上)的產品,它們比普通調節閥至少多了一段散熱或隔離距離,閥桿填料所處的位置不是直接的工藝溫度,溫度條件能向環境溫度方向改善一點,填料不至于過早老化,使用周期延長。其共同特點是閥體連接執行機構的引出端距離很長,非垂直安裝力臂很長,執行機構重力產生的力矩很大。因此,這類調節閥垂直安裝基本無問題,但側面、水平安裝大都出現過泄露、內件損壞、調節動作不靈敏等情況,此類問題現場不采取支撐措施很難解決,檢修中填料壓得不緊很容易出現泄漏故障,壓得過緊則調節閥動作不靈敏,甚至會出現反推力導致不動作的現象,每次加、換填料工作,就顯得難度很大,不容易掌握。

      d)從調節閥執行方式上分析:直行程的調節閥在垂直安裝方式上,只要求連接時零點對中良好就不可能產生填料偏磨現象。而直行程側裝的調節閥不僅要求零點對中,還要求全行程對中也要良好,否則,就極易產生填料偏磨現象,長期偏磨會造成局部填料磨損嚴重而產生泄露故障。

      非垂直安裝的角行程調節閥(如圖4所示)如果連接對中失配,也會出現偏磨現象,但一般磨損較緩慢,損壞程度也較輕。一般只對上密封填料磨損,對下密封填料磨損較輕,總體上出現填料泄漏的情況并不多見。因此,直行程調節閥使用過程中出現填料泄漏問題的情況要更甚于角行程的調節閥。


圖4 角行程調節閥示意(單驅動方式)

4 改進措施

      從分析結果得知,重力力矩WF過大是造成各種故障的惟一原因。為了更好地使用、維護、檢修好這些非垂直安裝的調節閥,應采取與之相適應的方式方法來彌補安裝缺陷,主要解決辦法是加支撐。支撐的方式有兩種,采用剛性和柔性支撐,具體可根據現場情況決定。

      a)已加支撐的調節閥要找中軸,調整好機械軸線。盡量在使用條件下,使之達到一個滿意的對稱度,并加固好支撐錨點。

      b)另需加支撐的調節閥應選好支撐點,要牢固穩定,有可能產生機械形變的位置,也可采用彈性(柔性)支撐方法,無法低位支撐的亦可用懸吊支撐法。無論采用哪種方法,其目的使閥芯、閥座、閥桿、執行機構輸出軸呈一條直線,不產生徑向力。

      c)對無法加裝支撐的調節閥。其一可采取減小執行機構質量,縮短連接距離,檢修時做好二次找正、中間找正等工作方法來解決。其二處在自動調節系統上的調節閥,要盡量減小調節幅度和頻次。具體辦法:依據工藝調節指標可允許的條件內,盡量加大調節系統的比例度(減小系統的即時放大倍數)、積分時間參數(減小系統的動作速率),盡可能的不采用微分功能或減小微分時間參數(減少或消除調節閥的階躍動作方式),以降低調節系統的動作靈敏度,相對減少填料和閥桿之間的摩擦次數與行程。其三能加油潤滑的一定要按時加注,避免密封填料提前老化失效,增長調節閥的使用周期以達到生產安全穩定運行。

5 結束語

      對出現過問題的非垂直安裝調節閥,根據實際情況進行處理,大大延長了調節閥的使用壽命,提高了調節品質,實現工藝生產長期穩定運行的目的。


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