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气动薄膜调节阀作用形式改造

1 气动薄膜调节阀简介

气动薄膜调节阀由执行机构和阀体两部分组成,其结构形式和工作原理如图1所示。执行机构主要由气室、膜片、推力盘、弹簧、推杆、调节螺母等组成。执行机构是调节阀的推动装置,根据压力信号的大小产生相应的推力,通过推杆带动阀杆产生相应的位移,从而带动调节阀的阀芯动作,改变阀的开度。气动执行机构有正作用和反作用两种形式。当信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用式执行机构;信号压力增加时推杆向上动作的叫反作用式执行机构。

图1 气动调节阀

阀体部分主要由阀门位置尺、阀杆、阀芯、阀座、填充字母、阀体、阀盖和阀体等组成,阀体与介质直接接触,阀芯的作用改变了阀体的切断面积,达到调节功能。气动薄膜调节阀以其结构简单、运行可靠、运行稳定、输出推力大、本质防爆、价格低廉、维修方便等优点,在化工、石油、冶金等行业得到了广泛的应用。它接收调节系统发送的控制信号,根据信号要求准确地工作,改变调节参数,并将调整参数控制在所需范围内,从而实现生产过程的自动化。在生产现场,调节阀直接控制过程介质,特别是高温、高压、强腐蚀、有毒、有害、易燃、易爆、渗透、易结晶、高粘度等介质,如果选用不当或使用不当,往往会给生产过程的自动化带来困难,导致调节质量下降,甚至造成严重的生产事故。因此,正确选择、安装和维护控制阀是非常重要的。

阀体部分主要由阀门位置尺、阀杆、阀芯、阀座、填充字母、阀体、阀盖和阀体等组成,阀体与介质直接接触,阀芯的作用改变了阀体的切断面积,达到调节功能。气动薄膜调节阀以其结构简单、运行可靠、运行稳定、输出推力大、本质防爆、价格低廉、维修方便等优点,在化工、石油、冶金等行业得到了广泛的应用。它接收调节系统发送的控制信号,根据信号要求准确地工作,改变调节参数,并将调整参数控制在所需范围内,从而实现生产过程的自动化。

合理选择调节阀的作用形式、阀体和阀内件的结构形式和材料是提高调节阀调节质量、延长调节阀使用寿命的关键。因此,控制阀的选择一般应考虑以下几个方面:

1)根据工艺条件,选择合适的控制阀结构和类型;

2)根据工艺对象的特点,选择合适的流量特性;

3)根据工艺参数,选择合适的调节阀口径;

4)根据阀杆的不平衡力,选择推力充足的执行器;

5)根据工艺要求,选择合适的调节阀辅助装置。

2 技术改造项目概述

某公司重碱车间碳化工段原始设计15台碳化塔,一期填平补齐项目增加3台碳化塔,配套三段气(清洗气、中段气、下段气)流量调节阀共计9台。调节阀选型为气开阀,其所控制气体介质由压缩机送入碳化塔。因为气动调节阀选型原因,导致调节阀在故障状态时会对生产造成极大的不安全隐患,威胁到生产安全、设备安全,甚至于人身安全。通过对气动调节阀实施技术改造,保障了生产安全,减少了调节阀故障,降低了仪表设备故障率。对稳定生产、降低成本、提高效益起到了积极的作用。

2.1 设备状况简介

气动调节阀为套筒阀,配反作用气动薄膜执行机构,调节阀整体作用形式为气开。其具体设备数据如表1。

表1 碳化塔三段气气动调节阀设备数据

2.2 调节阀运行分析

气动调节阀执行机构作用形式为反作用,调节阀整体作用形式为气开,其执行机构结构如图2(b)、工作原理如图3(b)所示。气压信号由膜室下腔接入,当调节阀失去控制信号或气源压力时,阀芯在执行机构弹簧的作用下处于关闭状态。在实际运行当中,若调节阀控制信号中断或仪表压缩空气故障,将会使调节阀处于关闭状态不能打开,导致压缩机出口憋压以致超压跳车发生事故。从保护生产的原则来看,调节阀属于选型不当。因为这种仪表设备选型缺陷,存在着影响产量、设备安全、稳定生产的不安全隐患。

经过长时间的连续运行,油、水、灰等不洁净气体经过长时间冲刷,调节阀阀体的阀芯和阀座出现不同程度的结垢和结疤,导致调节阀阀芯的不灵活作用,使缺陷更加突出,对生产产生不利影响。

针对调节阀选型存在的缺陷,从总体上消除了现有的气动调节阀,根据工艺条件的要求重新选择了气力调节阀,选择了气闭式气动调节阀,并对气动调节阀进行了整体更新。气动调节阀价格昂贵,如果总更换量大,施工工作量大,需要系统停止才能进行。在此阶段,气动调节阀的价值约为3万元。如果购买并更换新调节阀,总成本约为270000元,不符合企业节能降耗的原则。

因此,尝试对调节阀进行技术改造,改变气动调节阀的作用形式,从而达到消除调节阀装置缺陷,提高系统装置运行稳定性,保证生产安全的目的。

3 技术改造内容及效果

因为气动调节阀执行机构作用形式的改造存在着一定的不确定性和不可控性,所以,该技术改造项目需根据生产系统运行状况,结合调节阀的结构、原理进行充分论证,先对一台调节阀进行技术改造,然后投入运行,观察其运行状况。经运行证明,调节阀动作稳定,改造效果良好。事实证明本技术改造方案安全可行,然后陆续对其余8台气动调节阀实施改造。

1)碳化塔工作分为“制碱”和“清洗”两种状态,“制碱”状态下使用中段气和下段气,停用清洗气,“清洗”状态时则相反。根据碳化塔的运行状况,清洗气调节阀可在碳化塔“制碱”状态时进行施工,中段气和下段气调节阀则在碳化塔“清洗”状态下进行施工。调节阀改造的检修工作不会对生产造成任何影响。

2)改造气动调节阀执行机构作用形式。改造前执行机构如图2(b)所示,其作用形式为反作用,弹簧在推力盘上部,气压信号由下部进入,膜片受压后压缩弹簧向上运动,带动执行机构推杆和阀杆向上运动。实施改造作业,作业时需严格遵守《仪表设备检修操作规程》,将气动调节阀执行机构与阀芯脱开,消除调节阀执行机构内弹簧的预紧力,然后解体执行机构。拆开上膜盖,按顺序取出弹簧、推力盘、膜片等部件,提起执行机构推杆,将调节阀膜头内膜片和预紧力弹簧反向,依次装入弹簧、推力盘、膜片,紧固好膜片压紧螺母。此时,改造后执行机构如图2(a)所示,弹簧在推力盘下部,气压信号由上部进入,膜片接受气压信号后压缩弹簧向下运动,带动执行机构推杆和阀杆向下运动。连接好执行机构推杆及各紧固件螺栓。此时,调节阀执行机构作用形式由反作用改造为正作用。

图2 气动调节阀执行机构

3)将气动调节阀阀芯提起,使阀芯由关闭位置提起至全开位置,将执行机构推杆与阀杆重新装配连接,紧固各连接件螺栓。如图3(a)所示,此时,气压信号由膜头上部接入,调节阀接受控制信号,膜片向下运动带动阀芯向下关闭阀门,使气动调节阀整体作用形式由气开式变为气闭式。若控制信号中断或气压信号失去,则在弹簧的作用下调节阀阀芯会向上恢复至全开状态。

图3 气动调节阀工作原理

4)装配阀门定位器及相关附件,调节阀接入气源,按检修规程调校,使气动调节阀按规范要求正常工作。多次反复调整测试调节阀行程,保证打得开、关的严,行程到位,4-20mA.DC控制信号调节顺畅。现场调试完毕后,经操作系统联校,确认DCS系统操控准确、正常。

5)辅助措施,在年度大修期间对碳化三段气流量调节阀内部结构进行了检修清理,对阀芯、阀体、套筒等部件进行了除垢、清理,进一步保障了调节阀的稳定运行,提高了整体工作性能。

6)技术改造项目完成后经过实际运行验证,改造论证充分、目的明确、效果良好。

①调节阀改造后其作用形式由气开变为气闭,若调节阀控制信号中断或仪表压缩空气突发故障,调节阀则会处于全开状态,保障了工艺介质的顺利流通,不会产生压缩机出口憋压以致超压跳车发生事故。有效保障了生产安全和设备安全。

②设备改造项目仅通过施工对调节阀执行机构进行了结构性改造,未消耗设备材料和资金费用,节约了设备更新换代资金费用。调节阀共9台大约直接节约资金27万元。

③设备技术改造工作均在备用状态下实施,没有对生产造成任何不良影响。因为消除了影响生产安全的不安全隐患,保障了压缩机的安全运行,提高了生产安全性,其对生产安全、节能增效、降低消耗等方面带来的间接经济效益和社会效益更为显著。

4 总结

经过近9个月的运行实践,证明该技术改造工程效果良好,经得起实际试验。改造后,气动调节阀运行稳定,有效消除了威胁生产的隐患,提高了调节阀的使用寿命,减少了调节阀的故障,降低了仪表的故障率,有效地避免了调节阀故障对生产造成的严重影响。在稳定生产、降低成本、提高效率等方面发挥了积极作用。该项目直接为公司节省了约270000元,其稳定生产所带来的经济效益和社会效益更长远。

本文讨论了气动薄膜作动器对正效应的反应转变,事实证明了这种转变是成功的。反过来,将积极的执行机构转变为一种反应也是同样可行的。这样可以大大提高气动调节阀在生产中的应用效率。当工艺条件或使用环境发生变化,或气动调节阀由于选择失败等原因不能满足控制要求时,可通过修改其执行器的作用形式来改变调节阀的工作形式,以平稳地适应生产控制的要求。

气动调节阀是自动控制系统中不可缺少的执行装置,在工业企业中得到了广泛的应用。无论控制系统多么先进,最终都要由调节阀来控制和调整材料和参数。因此,本技术改造方案对气动薄膜调节阀的实际应用具有广泛的指导意义。它将为安全生产和节能增效带来巨大的经济效益和社会效益。

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