调节阀的使用与故障对策分析

陈建伟

[摘    要]随着工业气体行业以及上下游等相关制造产业经济的不断发展，对产业自动化运行水准的要求也逐渐提升。在这些化工产业自动化水准提升的同时，大型流程工业企业在发展当中所产生的各类自动化设备的使用、维修等环节都会遇到对于调节阀的相关故障的检测分析，对于调节阀的使用与相关故障检测分析，是每个企业在日常运行和长远发展当中的重要基础保障，只有对调节阀进行预判性的故障分析，才能够保障联合装置的安全运行和生产效益的提升。对此，就调节阀的使用进行探讨和研究，针对其使用故障的对策加以阐述。

[关键词]调节阀;故障;分析

[中图分类号]TH134 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–00–03

[Abstract]With the continuous development of industrial gas industry and upstream and downstream manufacturing industry economy， the requirements of industrial automation operation level are gradually improved. While the automation level of these chemical industries is improving， the use and maintenance of various types of automation equipment produced in the development of large-scale process industry enterprises will often encounter the detection and analysis of the relevant faults of the control valve. The detection and analysis of the use and related faults of the control valve is an important basic guarantee for each enterprise in its daily operation and long-term development， Only the predictive fault analysis of the control valve can effectively guarantee the safe operation of the combined plant and improve the production efficiency. In this regard， this paper will be based on the use of control valve for in-depth discussion and research， and for its use of fault countermeasures to be described in detail.

[Keywords]control valve; failure; analysis

1 调节阀的选型与安装

调节阀一般会按照能源形式划分为气动、电动、液动三种类型。气动调节阀通过压缩空气作为主要能源来源，其优势在与结构简单，动作平稳可靠、本质防爆、价格较为适合，而且维护起来也十分便利，正是因为这些优点，被广泛地应用在液化行业中。

以天然气初加工装置为例，随着各种调节阀装置在长时间和强负荷的运行下，调节阀难免就会在日常的使用中发生各种故障现象，比如泄漏、振动噪音过大、磨损腐蚀、堵塞等。这些问题的出现，使调节阀的使用时间与最终的应用寿命大幅缩短，工作的可靠性能不断降低，以至于难以保障装置的正常稳定运行。在选择调节阀时，需要对工艺介质的相关参数与调节阀的工作条件进行了解，其介质的组成包括：黏度、流量、密度、温度、进出口压力以及压差等。另外，还有确定调节阀的结构、额定流量系数、流量的特性、口径大小、工艺压差计算、材料与安装的各个方面内容。在选择与安装调节阀时还需要遵循以下几个关键的原则。

1.1 调节阀的主要选型

调节阀的结构需要满足工艺介质的温度、压力、流动性、调节范围、流向、严密性的基本要求。比如，在深冷装置A0201干燥器工艺的标准要求中，此单元调节阀需要具有很大的流量系数、调节的比例需要加大、压差的变化也会很大，并且其密封性也是主要的标准特点。当前，深冷装置使用的凸轮挠曲阀相对适合日常的运行。

1.2 调节阀的基本安装

调节阀的上游管道、容器需要更换或者大范围维修时，所采取的工艺管道吹扫，必须要提前拆除下游的调节阀，这是为了有效防止管道出现焊渣或者是铁锈的情况，导致调节阀出现堵塞，致使介质流动不畅。在调節阀的检修过程中，需要注重不用将填料加装的过于紧密，从而产生摩擦力过大，调节阀的输出运行产生不稳。

另外，在安装调节阀时，务必要注重调节阀的气开与气关，这是为了防止因为阀杆的长短不适，导致阀内渗漏的情况发生。而且，需要尽量将调节阀安装在系统的最低位置区域，这样能够相对提升调节阀入口以及出口的压力，可以尽量去选择一些具有耐磨性、抗冲性、材质方面较为坚硬的调节阀进行安装使用。

2 调节阀的使用与故障分析

2.1 调节阀使用中的卡堵故障

调节阀会经常出现内部卡堵的情况，这类情况在新投入运行的系统或者是大修投运使用的初期阶段出现。因为管道的内部焊渣、铁锈堆积在节流口、导向部位或者是下阀盖平孔内，都会产生卡堵现象，促使阀芯的曲面、导向面诱发拉伤或者是划痕，还有很多是笼式阀的套筒表面出现杂质的情况，进而导致整体性行程动作的不流畅。另外，在调节阀使用时定期检修环节填料的处理过紧，导致大幅度增强摩擦力，产生了小信号没有动作，而大信号的动作却过头。如果在日常使用中出现类似的情况，就需要采取一些应对策略，才能够解决调节阀卡堵的情况。

2.2 调节阀使用中的噪音故障

调节阀产生噪音的原因，就是在调节阀使用过程中控制高压差介质流而产生的，在一些化工企业的日常生产中，噪音可以称得上是主要的污染源头，其所指的一般来说都是阀内件所引发的噪音现象。

2.3 调节阀使用中的泄漏故障

在调节阀使用过程中，会遭受到温度、压力、渗透性极强的流动介质所影响。填料装入到填料函之后，经由压盖并增加轴向压力，因为填料具有塑性，进而产生了径向力，并和阀杆之间有了更为紧密的接触，以此达到密封的功能。一旦某些部位呈现出紧密度不均匀，有些部位松散，而另一些部位过于压紧就容易导致填料变形。调节阀在使用环节中，其阀杆与填料之间潜在着一种相对运动，此运动就被称为轴向运动。填料受力不均匀也会引起阀杆轴向运动的不连续，更易产生该部位的泄漏。

而调节阀在使用时，调节阀填料函也是产生泄漏情况比较多的位置。产生填料泄漏的根本原因就是由于界面泄漏的情况，其阀杆和填料之间的界面泄漏是因为填料纤维所产生的微小间隙而引发的向外泄漏，接触的压力不断减弱，还包括填料本身产生的老化原因所引发的泄漏故障。

2.4 调节阀使用中的振荡故障

调节阀在长期使用中由于其弹簧的强度不足，调节阀的输出信号不够稳定从而加剧转变，引发调节阀的振荡情况。当阀门的振动频率和上下游管道的固有频率相同或者近似的时候，就会引起整个管系的剧烈振动，这在大流量气体排放的工况下极易发生。如果选型不佳，那么调节阀整体工作在小开度中潜在着急剧的流速、流阻以及压力的变化，一旦超出了阀本身的刚度，其稳定性就会急剧降低，造成整体自动化运行的故障。

2.5 调节阀使用中的阀门定位器故障

一般调节阀中所应用的定位器都是普通机械式的平衡原理工作形式，应用的都是喷嘴挡板或压电阀技术，阀门定位器故障主要分为以下几种类型。

（1）由于机械反馈机构的工作原理，可动部件较多，极易受到温度和振动的影响，引起调节阀的大幅度波动。

（2）喷嘴挡板技术，因为喷嘴孔很小，在仪表气源不干净的时候，尤其在刚开车的时候，极易造成堵塞，这样定位器就无法正常的工作。而压电阀的高灵敏度有时反而会引起定位器的振荡。

（3）运用力学平衡原理，弹簧的弹性系数在较为恶劣环境中产生了明显的转变，造成调节阀的非线性情况，也使整体的控制质量降低。

3 调节阀的故障解决对策

3.1 调节阀卡堵

（1）清洗法。在调节阀使用中，可以定期对调节阀进行清洗，将调节阀拆开，將内部的堵塞渣物清洗掉。如果是密封面受到了一定的磨损还需要检修研磨，并将底塞打开，这样便于清洗平衡孔掉在下阀盖中的渣物。而且，要在投运前对管路进行冲洗，让调节阀保持全开，介质就会在流动一段时间之后，投入到正常的运行状态中。

（2）增大节流间隙。如果介质中的固体颗粒或者是管道中被冲刷掉的各种焊渣锈物等情况，无法通过节流口而造成堵塞或者卡堵的故障，就可以改变节流的间隙，改用节流间隙大的节流体，以节流面积有效为开窗、开口类型的阀芯、套筒进行调整，主要是因为节流面积中并不是以圆周进行分布的，故障就会较为简单地被排除。但是，如果是单、双座阀就可以将柱塞型阀芯改造成V字形的阀芯，这样就能够有效解决调节阀卡堵的现象，并保障正常的运行。

3.2 调节阀的噪音处理

在对调节阀噪音故障处理时，一般都会针对两个方面进行

分析：

（1）气体噪音。阀芯与其他组件都会存在固有的振动频率，面对这样的情况可以通过一体化的阀芯阀杆结构来改变阀芯的原有特性。气体介质大压降往往是产生噪音的主要工况，釆用多级笼式内件或多级降噪板可以获得较好的效果。

（2）液体气蚀。液体介质在调节阀内进行流动时，压降超过其饱和蒸汽压，空化现象就发生，气泡破裂会产生速度极快的冲击，不仅损坏阀内件，而且造成强烈的喘流，从而产生气蚀噪音，这是液体噪音的根源所在，也是阀门受损坏最为严重的情况之一。消除与减少气蚀能够降低此类噪音，而在实际的解决对策中，主要是应用多级迷宫式的阀内件，促使介质在流道内逐步减压以避免气泡破裂现象的发生，通过阀内弯曲和凹凸的流道系统进行衰减，会不断降低液体的流速与漩涡的运行大小，以达到根本性的解决。

因此，这两种情况在设计阶段就必须要将所有可能的工况都要考虑到，才能确保投运后不发生。

3.3 调节阀泄漏的解决方法

（1）增加密封油脂法。对油脂不敏感的介绍质，可以使用过带密封脂的填料，可以增强阀杆的密封性功能同时还可以提升阀门运动的顺畅性。

（2）增加填料法。为了能够有效提高填料对于阀杆的密封性能，可以应用增加填料的方式。一般而言是选择双层、多层的混合填料形式。更优的方法是釆用弹簧加载型填料，可以实现实时动态补偿。

（3）替换石墨填料法。四氟填料可以满足绝大多数工况，主要是因为调节阀的工作温度一般都处于–20℃～200℃，如果阀门的工作温度呈现周期性的变化或者长期工作在比较接近四氟填料的温度上限，会促使其老化程度加快，寿命明显缩减。柔性石墨填料能够有效克服并摒除这些缺点，其超宽的温度范围，特有的自润滑作用，而且使用寿命也会相应增加。有些企业甚至会全部将四氟填料调整为石墨填料，不过使用石墨填料具有较大的回差，在初期应用时需要慎重考虑。

3.4 调节阀振荡故障处理

大部分情况是因为弹簧的刚度不足，输出信号在全行程范围内增益不稳定而引发调节阀振荡故障;也有是与管系发生共振导致阀门的反馈机构不能持续稳定地输出行程位置，致使定位器产生信号振荡;或者材料选用不恰当，当环境温度剧变时引起定位器反馈杆故障。振荡的原因可以是多方面的，要以具体问题展开具体化的分析。对于单纯性振荡的情况下，可增加刚度来消除。而管道、基座的剧烈振动引起的阀门不稳定，应消除管道的振动诸如增加支撑点等。选阀时，如果频率和系统的频率能够保持一致，那么就要更换不同结构的阀。另外，工作在小开度所引起的振荡往往是设计选型不佳而引起的，这时候就需要再次选型流动能力值较小或者是应用分程控制、子母阀来应对调节阀在工作运行中的小开度情现象。

4 高效率的阀门诊断系统

根据VDR的相关数据统计，将近60%的阀门故障可以提前预判。建立在大量的各种类型调节阀的运行和故障数据之上而研发的阀门诊断系统，可以实时监控阀门的运行状态，对上述可能出现的调节阀的故障提供预判性的处理对策，进行针对性的检修，减少维修时间，大幅降低因调节阀的意外故障而导致的重大损失。

5 结束语

综上所述，调节阀作为现代化工自动化的重要设备组成部分，在连续工艺自动化生产的环节中有着不可忽视的重要地位。因此，必须要针对调节阀的使用与故障进行预判性的分析与检测，利用基于大数据分析的诊断系统对调节阀的故障进行预测，全面保障调节阀的可靠运行。

参考文献

[1] 钱锦远，仇畅，金志江.流量特性在线可调式调节阀[J].阀门，2021（2）：57-59.