調(diào)節(jié)閥波動(dòng)的回路原因分析處理

在化工生產(chǎn)中，自動(dòng)控制的應(yīng)用非常廣泛。自動(dòng)控制可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高控制精度，降低產(chǎn)品成本，典型的自動(dòng)控制原理如圖1所示。檢測(cè)單元把工藝系統(tǒng)中檢測(cè)到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字信號(hào)后傳送到集成運(yùn)算單元，集成運(yùn)算單元將接收到的信號(hào)和控制指令（給定信號(hào)）進(jìn)行對(duì)比運(yùn)算，再把運(yùn)算結(jié)果送到執(zhí)行單元，執(zhí)行單元根據(jù)信號(hào)自動(dòng)對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行控制/調(diào)節(jié)。在目前的實(shí)際應(yīng)用中，大部分的執(zhí)行單元都是以調(diào)節(jié)閥作為終端元件，所以幾乎所有回路中的故障終都將反映到調(diào)節(jié)閥上，而在眾多的故障現(xiàn)象中，調(diào)節(jié)閥波動(dòng)比較常見，但不好處理。鑒于調(diào)節(jié)閥是終端執(zhí)行元件，因此，對(duì)調(diào)節(jié)閥波動(dòng)必須結(jié)合整個(gè)控制回路進(jìn)行分析，查找出導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥波動(dòng)的真正原因，才能從根本上消除調(diào)節(jié)閥波動(dòng)故障。表1是2003年系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)。
2、原因分析及處理
一個(gè)典型的自動(dòng)控制系統(tǒng)回路。一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)涉及很多個(gè)獨(dú)立的單元?？偟膩碚f，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥波動(dòng)的原因有很多，有的是調(diào)節(jié)閥自身的波動(dòng)，另外就是傳送到調(diào)節(jié)閥的信號(hào)波動(dòng)引起調(diào)節(jié)閥波動(dòng)，信號(hào)波動(dòng)的原因從每一個(gè)單元來說，幾乎都有可能產(chǎn)生。
2、1檢測(cè)單元出現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)波動(dòng)
檢測(cè)單元是從工藝系統(tǒng)取得檢測(cè)數(shù)據(jù)的儀表單元，檢測(cè)儀表分兩種：直接式測(cè)量，比如溫度探頭、浮力液位計(jì)等；另一種是間接式測(cè)量，比如光學(xué)測(cè)溫儀、雷達(dá)料位計(jì)等。從我們使用和處理的情況看，檢測(cè)單元檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動(dòng)的大多是直接式測(cè)量?jī)x表。出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)的原因主要有兩個(gè)：一是系統(tǒng)本身的波動(dòng)導(dǎo)致的，比如合成氨系統(tǒng)的合成氣壓縮機(jī)100C2密封油高位槽100V35的液位變送器LT507，因?yàn)楦呶徊鄣囊何辉谠O(shè)定后，潤(rùn)滑油泵送來的潤(rùn)滑油進(jìn)入高位槽后，通過管線進(jìn)入壓縮機(jī)缸體后再回到油箱，因?yàn)榛赜土炕竟潭?，高位槽的液位主要由LV507控制，當(dāng)液位過高時(shí)，LV507關(guān)小，液位低時(shí)，LV507打開，所以，在LV507的不斷調(diào)節(jié)中，高位槽的液位是不斷變化的，LT507檢測(cè)到的數(shù)據(jù)自然就是波動(dòng)的，LT507的數(shù)據(jù)波動(dòng)反過來給LV507一個(gè)波動(dòng)信號(hào)，LV507就在不停的波動(dòng)。但是這種波動(dòng)并非故障，而是一種正常的調(diào)節(jié)狀態(tài)，更換了靈敏度更高的液位變送器，調(diào)節(jié)就比較平穩(wěn)，波動(dòng)明顯減小。另一種情況是檢測(cè)儀表自身的故障，比如浮力式浮筒液位計(jì)，其原理是一個(gè)在外套筒內(nèi)的浮筒沒于介質(zhì)中，根據(jù)介質(zhì)的液位高低不同，浮筒所受的浮力也不同，輸出變化的扭矩產(chǎn)生不同的輸出信號(hào)。當(dāng)介質(zhì)中含有微粒雜質(zhì)比較多的時(shí)候，因?yàn)楦⊥才c外套筒間的間隙很小，如果介質(zhì)中的雜質(zhì)進(jìn)入到里面，就有可能將浮筒卡住，在浮筒的浮力尚可克服卡澀摩擦力時(shí)，浮筒液位計(jì)的輸出信號(hào)就容易出現(xiàn)波動(dòng)，傳送到調(diào)節(jié)閥的信號(hào)也是波動(dòng)的，造成調(diào)節(jié)閥波動(dòng)。這種情況的處理是避免介質(zhì)中的雜質(zhì)進(jìn)入到浮筒與套筒中間的間隙，比如加濾網(wǎng)等。
2、2集成運(yùn)算單元故障引起輸出信號(hào)波動(dòng)
對(duì)于集成運(yùn)算單元，在大型的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，主要采用DCS集散控制，所有的信號(hào)采集、集成運(yùn)算、信號(hào)輸出都是在DCS系統(tǒng)中完成的，終的系統(tǒng)運(yùn)算如果細(xì)化來看，信號(hào)采集、信號(hào)輸出主要是DCS的卡件在起作用。實(shí)際的儀表回路如圖2所示。變送器把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過DCS系統(tǒng)對(duì)的卡件進(jìn)行集成送給CPU運(yùn)算，然后將結(jié)果通過卡件輸出給執(zhí)行單元，執(zhí)行單元根據(jù)接收到的信號(hào)對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)/控制。
執(zhí)行單元主要是接收集成運(yùn)算系統(tǒng)輸出的信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)，或直接以電流信號(hào)來推動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，達(dá)到控制/調(diào)節(jié)的目的。在執(zhí)行單元，一般分三個(gè)環(huán)節(jié)：電氣轉(zhuǎn)換器、定位器、執(zhí)行器。在電氣轉(zhuǎn)換器環(huán)節(jié)中，容易引起波動(dòng)的原因主要有噴嘴/擋板太臟和接線不牢兩種。在儀表空氣不干凈，如儀表空氣含油、含微塵等，在噴嘴/擋板處會(huì)逐漸積聚，時(shí)間長(zhǎng)了，積聚的污物太多時(shí)，就會(huì)影響噴嘴的排氣，導(dǎo)致電氣轉(zhuǎn)換器輸出波動(dòng)。出現(xiàn)這種情況，只需要及時(shí)清潔噴嘴/擋板就可以解決。第二種是接線不牢，從主控送出的數(shù)字/模擬信號(hào)，通過電氣轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為可以被定位器或執(zhí)行器接受的20－100Kpa標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，當(dāng)電氣轉(zhuǎn)換器接線端子接觸不好或沒有接牢靠時(shí)，即使有輕微的振動(dòng)，都有可能造成電氣轉(zhuǎn)換器輸出波動(dòng)，從而引起調(diào)節(jié)閥波動(dòng)。比如我廠尿素系統(tǒng)一臺(tái)冷凝液控制閥AV09701，工藝反映波動(dòng)較大，經(jīng)檢查是信號(hào)波動(dòng)，懷疑是電氣轉(zhuǎn)換器故障，打開電氣轉(zhuǎn)換器，各部件都正常，后發(fā)現(xiàn)接線端子壓線螺釘松動(dòng)，導(dǎo)致輸出信號(hào)波動(dòng)，緊固壓線螺釘后故障消除。所以，對(duì)于接線不牢引起的故障，解決的辦法就是緊固接線，保證各接點(diǎn)牢固。
對(duì)于定位器，引起波動(dòng)的主要是結(jié)構(gòu)的原因。定位器的主要作用就是提高定位精度、加快響應(yīng)速度，如果定位器出現(xiàn)故障，就可能引發(fā)很多問題。具體就波動(dòng)而言，有以下幾種可能的原因。一是和電氣轉(zhuǎn)換器一樣，因?yàn)閮x表空氣不干凈，噴嘴/擋板結(jié)構(gòu)的會(huì)因?yàn)閲娮?擋板太臟引起定位器輸出波動(dòng)，對(duì)于用滑閥控制的，滑閥的“O”形密封環(huán)老化、磨損，也會(huì)引起輸出波動(dòng)從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥波動(dòng)。因此，對(duì)于噴嘴/擋板太臟的，同樣只需要清潔噴嘴/擋板就可以了，而對(duì)于滑閥“O”形密封環(huán)老化、磨損的，就必須更換“O”形密封環(huán)。另外，定位器反饋松動(dòng)也可能引起定位器輸出波動(dòng)，比如鍋爐給水閥100FV106，因?yàn)榉答佂馆喚o固螺釘松動(dòng)，造成反饋松動(dòng)，引起調(diào)節(jié)閥大幅波動(dòng)。當(dāng)定位器反饋松動(dòng)后，調(diào)節(jié)閥閥位的變化不能對(duì)定位器形成負(fù)反饋，信號(hào)和輸出不對(duì)應(yīng)，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作滯后，而信號(hào)的要求與調(diào)節(jié)閥滯后沖突，引起調(diào)節(jié)閥波動(dòng)。所以，對(duì)于反饋松動(dòng)的，需要將松動(dòng)的部位緊固。還有一種情況在查找故障原因時(shí)很容易被忽視，即定位器排氣通道被堵塞，當(dāng)定位器動(dòng)作時(shí)，其放大器或滑閥可能需要排氣，如果定位器的排氣通道不暢通，就會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)的時(shí)候產(chǎn)生波動(dòng)。比如LV150，工藝反映波動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)檢查各部件正常，且沒有波動(dòng)現(xiàn)象，后主控動(dòng)作該閥時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)，定位器排氣聲幾乎聽不到，檢查排氣通道，發(fā)現(xiàn)通道在防腐的時(shí)候被油漆堵住了，定位器排氣相當(dāng)?shù)穆?，清理排氣通道后故障消失?br />在執(zhí)行器部分，除了上面的信號(hào)波動(dòng)原因，其本身波動(dòng)的原因也是有兩種。常見的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室密封不良，出現(xiàn)漏氣、串氣引起波動(dòng)。對(duì)于薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果膜片損壞，當(dāng)氣室有氣壓的時(shí)候，薄膜就會(huì)漏氣，定位器則需要不停調(diào)整輸出以的向氣室內(nèi)補(bǔ)充儀表空氣，這時(shí)候就可能出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥波動(dòng)。對(duì)于氣缸活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果活塞不能密封，氣室串氣，定位器也需要不停的調(diào)整輸出，同樣容易出現(xiàn)波動(dòng)。所以，對(duì)漏氣、串氣的，需要更換相關(guān)部件消除漏氣、串氣。另外一種原因是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的有效輸出力不夠，在一定的工況下，不能克服閥芯的不平衡力和填料的摩擦力，調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)波動(dòng)，這種故障一般可以增加氣源壓力或彈簧預(yù)緊力、也可以通過適當(dāng)松動(dòng)填料以減小摩擦力來消除。
2、4中間環(huán)節(jié)引起調(diào)節(jié)閥波動(dòng)
從整個(gè)回路來看，除了各個(gè)主要環(huán)節(jié)引起調(diào)節(jié)閥波動(dòng)外，中間有的環(huán)節(jié)也有引起調(diào)節(jié)閥波動(dòng)的可能。各個(gè)單元之間的連接都是通過屏蔽信號(hào)電纜或接線來連接的，如果中間某一個(gè)地方接線不牢固，就有可能引起信號(hào)波動(dòng)。
因此，在各個(gè)主要環(huán)節(jié)中間的連接都不可以忽視，在整個(gè)儀表控制回路中，任何一點(diǎn)的連接出現(xiàn)問題都會(huì)引起調(diào)節(jié)閥不能正常運(yùn)行。特別是各個(gè)接線端子，一定要保證連接牢固可靠。