控制阀的选型、维修与校验

控制阀是电厂自动控制系统中一个重要环节，无论多么复杂的自动控制系统，最后都归结到对控制阀的控制，也就是说，控制阀是执行自控指令任务的一道总机关。因此，控制阀的性能如何，不仅直接关系机组运行的经济性，甚至影响自控系统乃至整台机组的安全运行。但令人遗憾的是，在实际使用中控制阀经常出现关不死、打不开、动作不灵敏、泄漏大、非线性严重、寿命短、价格贵等问题。据调查发现，这些问题中95%以上是属于选型不当造成的，而因计算错误造成的问题不到5%。实践证明，计算与选型相比，选型的难度更大，出现的问题更多，对此应该特别重视。下面结合笔者近年来掌握的情况和工作中碰到的问题，就控制阀的选型、维护及现场调校谈一些看法。

一、控制阀的选型

1、选型应考虑的主要因素

（1）最基本的条件是要满足生产过程的温度、压力、液位及流量的要求；

（2）阀的泄漏及密封性要求；

（3）阀的工作压差应小于许用压差；

（4）对阀使用寿命和可靠性的考虑；

（5）对阀动作速度、流量特性的考虑；

（6）对阀作用方式和流向的考虑；

（7）对执行机构形式、输出力矩、刚度以及弹簧范围的考虑；

（8）对材质及阀经济性的考虑（选型不当价格会相差3~4倍）。

2、选型的一般原则

3、选型应提供的工艺参数及系统要求

（1）工艺参数：温度、压力、正常流量时的压差及切断时的压差；

（2）流体特性：腐蚀性、粘度、温度变化对流体特性的影响；

（3）系统要求：泄漏量、可调比、动作速度与频率、线性及噪音。

4. 控制阀的分类及选择

控制阀按结构特征大致可分为如下9大类产品。

（2）直通双座控制阀：与直通单座控制阀相反，具有泄漏大、许用压差大的特点，故适用于泄漏要求不严、工作压差大的干净介质场合，选型时应注意该阀泄漏量大是否能满足过程控制要求。

（3）套筒阀：套筒阀分为单密封和双密封两种结构，前者类似于单座阀，适用于单座阀场合。后者类似于双座阀，适用于双座阀场合。套筒阀还具有稳定性好、装卸方便的特点，但价格比单、双座阀贵50~200%，还需要专门的缠绕密封垫，是仅次于单、双座阀应用较为广泛的阀。

（4）角型阀：节流型式相当于单座阀，但阀体流路简单，适用于泄漏要求小、压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合。

（5）三通阀：它具有3个通道，可代替两个直通单座阀、用于分流和合流及两相流、温度差不大于150℃的场合。当DN≤80时，合流阀可用于分流场合。

（6）隔膜阀：流路简单，隔膜具有一定的耐蚀性能，适用于不干净介质、弱腐蚀介质的两位切断场合。

（7）蝶阀：它相当于取一直管段来做阀体，且阀体又相当于阀座，故“自洁”性能好、体积小、重量轻。适用于不干净介质和大口径、大流量、大压差的场合。当DN>300时，通常都由蝶阀来完成。

（8）球阀：“O”形球阀全开时为无阻阀，“自洁”性能最佳，适用于特别不干净、含纤维介质的两位切断场合。“V”形球阀具有近似等百分比的调节特性，适用于不干净、含纤维介质、可调比较大的控制场合。球阀的价格较贵。

（9）偏心旋转阀：该阀介于蝶阀和球阀之间，“自洁”性能好、调节性能好、亦可切断，故适用于不干净介质、泄漏要求小的调节场合，但该阀价格较贵。

这9类产品中前6种为直行程控制阀，后3种为角行程控制阀。作为控制阀的应用者，必须弄清楚它们的特点、注意事项。各类变型产品、改进型产品都是在这9类产品上演变而来的，弄清这9大类产品就容易掌握其他产品的应用了。

5、正确选择的若干问题

（1）阀体材料选择

（2）阀内件材质选择

（2）高低温材料选择

当介质温度小于-60℃时选用铜或1Cr18Ni9Ti；温度在450~600℃时，选用钛、钼不锈钢；当介质温度大于600℃时，应选用高温高强度合金(如因可耐尔)。

6、填料及阀盖型式选择

（1）通常情况下，介质温度小于200℃时，选用“V”形四氟填料，普通型上阀盖；介质温度小于450℃时，选用“V”型四氟填料，但必须是散热阀盖。

（2）对直行程类阀，若带有定位器附件时，对介质温度不大于450℃的高温阀，仍可选用普通型阀盖，但必须选用石墨填料。

（3）介质温度大于400℃时，需选用散热型阀盖和石墨填料。

（4）为增加阀杆密封的可靠性，可选用双层填料结构。

7、定位器的选择

并不是选了定位器就一定好，不必要时，可以不选用定位器。如下情况应选用定位器：

（1）电动仪表控制气动阀，且为慢速响应系统时。

（2）需要提高薄膜执行机构输出力的场合。

（3）缓慢过程需要提高控制阀响应速度的场合，如控制温度、液位等参数。

（4）需要克服摩擦力，减小过大的回差造成控制品质差的场合，如低温或采用柔性石墨填料的控制阀。

（5）控制器比例带很宽，但又要求阀小信号有响应时，采用无弹簧执行机构控制的系统。 带定位器适用的阀，通常选用20~100kPa的弹簧。但为了提高输出力，可选用气源压力PS=250kPa。对气开阀，可选用60~180kPa的弹簧范围，以增加起点执行机构的输出力。对气闭阀可选用20~100kPa的弹簧，以增加关闭时执行机构输出力。

二 控制阀正确安装的若干问题

1、安装的一般性要求

（1）控制阀应垂直、正立安装在水平管道上，公称通径DN≥50的控制阀，其阀前后管道上最好有永久性支架。

（2）控制阀安装位置应方便操作维修，以便人员能进行维修和操作，必要时应设置平台。

（3）控制阀上、下部分应留有足够的空间，以便在维修时取下执行机构和阀内件以及阀的下法兰和堵头。

（4）当控制阀安装在有振动场合时，应考虑防振措施。

（5）未安装阀门定位器的控制阀，膜头上最好安装指示控制信号的小型压力表。

（6）控制阀应先检查校验，并在管道吹扫后安装。

（7）控制阀连接型式应符合制造厂产品说明书的规定。

2、对安全考虑

（1）阀门在操作的各个环节中(即安装、试验、操作和维修)，应首先注意人员和设备的安全性。

（2）阀切断后，阀门中的压力还可保持一段时间，应有降压的安全措施，如安装放空阀或排放阀。

（3）对液体介质，应安装一个能够限制流量的放空阀，以防过快打开放空阀时水击所造成的危害。

（4）对蒸汽管线，在接近控制阀的上下两端应当保温。

（5）压力波动严重的地方，应安装管线缓冲器。

3、对控制阀性能的考虑

（1）配管通径尽量与阀通径一致。

（2）控制阀入口直管段长度应尽可能长，至少不得小于10倍管道内径。

（3）控制阀出口直管段应有3~5倍管道内径。

（4）控制阀进出口取压点的位置为阀前2倍管道内径、阀后3倍管道内径处。

（5）必须按流动方向箭头安装控制阀，避免过大的安装应力。

4、对手动操作的考虑

（1）阀门的安装位置应便于操作人员操作，并应让操作人员能够看着指示器（如液位计）上显示的参数来操作。

（2）应考虑卸下控制阀手轮机构、定位器等附件的侧面空间。

（3）对大口径、高空安装的控制阀，要考虑到维护时操作人员有卸下连接螺栓的位置和操作人员的工作位置。

5、控制阀信号的配管和配线

（1）控制阀的配管和配线方案应满足控制系统的要求。

（2）控制阀配管宜采用Φ6×1紫铜管，大膜头控制阀和气动阀宜采用Φ8×1紫铜管。

三 控制阀主要性能的现场检测

控制阀的性能指标很多，除安装前核对产品的检定、测试证明书外，应对如下项目进行重点检测和调校。

（1）基本误差：将20~100kPa 信号平稳地增大或减小输入气室（或定位器）内，测量各点所对应的行程值，计算出“信号——行程”关系与理论值之间的各点误差，其最大值即为基本误差限。试验点应按信号范围的0%、25%、50%、75%、100% 5个点进行，测量仪表基本误差应小于被测试阀门基本误差限的四分之一。

（2）回差：实验方法同上。在同一输入信号上测得的正反行程的最大差值即回差。

（3）始终点偏差：实验方法同上。信号上限（始点）处的基本误差即为始点偏差；信号下限（终点）处的基本误差即为终点偏差。

（4）泄漏试验：通常试验介质为常温水，当阀的压差小于350kPa时，实验压力按350kPa做，当阀的工作压差大于350kPa时按允许压差做。实验介质应按规定流向进入阀内，阀出口可直接连通大气或连接出口通大气的低压头损失的测量装置，在确认阀和下游各连接管完全充满介质后，方可测取泄漏量。

（5）对主要阀门，还要做压力试验。

（6）对配套定位器的阀，在运输、安装过程中，很容易碰动定位器的反馈板和碰松气源接头。因此，在安装、投运前，均应现场调试。

四、控制阀的现场维护

控制阀由于直接与工艺介质接触，其性能直接影响到系统的质量和环境污染，所以对控制阀必须进行经常维护和定期检修，尤其对使用条件恶劣和重要场合更应重视维修工作。 控制阀的重点检查维护部位有：

（1）阀体内壁：对于使用在高压差和腐蚀性介质场合的控制阀， 阀体内壁、隔膜经常受到介质的冲击和腐蚀，应重点检查耐压、耐腐情况。

（2）阀座：固定阀座用的螺纹内表面易受腐蚀而使阀座松动，应重点检查此部位。对高压差下工作的阀还应检查阀座密封面是否被冲蚀、汽蚀。

（3）阀芯：受介质的冲刷、腐蚀最为严重，检修时要认真检查阀芯部分是否被腐蚀、磨损，特别是在高压差的情况下，阀芯因汽蚀现象磨损更为严重。

（4）检查膜片、“o”型圈和其他密封垫是否裂化或老化。

（5）密封填料：应注意聚四氟乙烯填料、密封润滑油脂是否老化，配合面是否被损坏，必要时应更换。

（6）附件的检查与维护必须保证附件能满足控制阀正常运行。

五、控制阀常见故障及现场处理

控制阀现场常见问题是关不死、打不开、回差大、泄漏大、振动、振荡等，对它们的处理分别为：

（1）阀芯关不死：对气闭阀解决办法是增大气源压力或调松弹簧预紧力（即降低气室外起点压力）。对气开阀的解决方法是增大弹簧预紧力，同时增大起源压力。

（2）推杆动作迟钝或不动作：检验膜片、滚动膜片、垫片是否老化、破裂引起漏气。

（3）回差大：推杆是否弯曲，填料压盖是否压得太紧，尤其是石墨填料、阀芯导向是否有伤。解决办法是换阀杆、换填料、增大导向间隙、换强力执行机构。

（4）阀的全行程不够：松开阀杆连接螺母，将阀杆向外旋或向内伸。使全行程偏差值超过允许值再将螺母拧紧。

（5）阀小开度稳定性差：现场首先检查是否流向装反了，或阀选得太大，解决办法是改为流开型安装，缩小阀芯尺寸。

（6）阀的动作不稳定：定位器故障、输出管线漏气、执行机构刚度太小、流体压力变化造成推力不足。解决办法是维修定位器和管线，改用刚度大的执行机构。

（7）泄漏量大：首先检查密封面是否有伤、阀座与阀杆连接螺纹是否松动、阀关闭时压差是否大于执行机构的输出力。解决办法是更换密封面、拧紧阀座、更换高输出力的执行机构。

（8）急剧振动：当所选阀频率与系统频率相同时，便会发生急剧振动，发生这种现象的概率约1%。解决办法是更换不同结构的阀。

（9）振荡现象：是由于阀处于小开度工作或流向为流闭型所致。解决办法是避免小开度工作，改流开型工作。

六、结束语

随着机组容量的增大及自动化程度的提高，作为自动控制系统中的最后一关，控制阀的重要性越来越重要。一台满意的控制阀，不仅能使自控系统稳定运行，减轻运行操作人员的劳动强度，而且能有效减少机组运行参数的偏差，提高机组的经济性和电能质量。但遗憾的是，不少电厂使用的控制阀往往存在这样那样的问题，其中有设计和制造质量问题，但更多的问题则涉及到使用及维护。

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