隨著我國有色行業(yè)的迅猛發(fā)展，氣動薄膜調(diào)節(jié)閥由于結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用可靠、防火防爆等特點，廣泛應(yīng)用于氧化鋁的生產(chǎn)過程。而作為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要一環(huán)，它的工作狀態(tài)的好壞將直接影響自動控制過程，本文以自己的工作實踐為基礎(chǔ)，詳細敘述氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的工作原理、選型過程、安裝及維修。
氣動薄膜調(diào)節(jié)閥
氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。氣動執(zhí)行機構(gòu)包括：氣動薄膜、氣動活塞、氣動長行程三種執(zhí)行機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)為：閥、閘板、調(diào)節(jié)閥等，有直、角行程 2 種。
工作原理：當 0.2~1kg/cm2 時的信號壓力輸人薄膜氣室中，產(chǎn)生推力使推桿部件移動、彈簧被壓縮產(chǎn)生的反作用力與信號壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力相平衡。推桿的移動即是氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)的行程。正作用式：當薄膜氣室的信號壓力為零時，推桿部件位于下方，當薄膜氣室內(nèi)輸人信號壓力時，使推桿部件向下移動;反作用式：當薄膜氣室的信號壓力為零時，推桿部件位于上方，當薄膜氣室內(nèi)輸人信號壓力時，使推桿部件向上移動。
流量特性是指閥位開度和流量大小的關(guān)系，直接影響調(diào)節(jié)質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與被調(diào)參數(shù)和設(shè)備對象，工藝流程有關(guān)。
1、理想流量特性調(diào)節(jié)閥兩端壓差不變時相對流量與相對開度(行程)的關(guān)系：Q/Qmax=f×l/L式中，Q 為某一開度時，調(diào)節(jié)閥的流量及閥桿行程;f 為閥芯系數(shù);Qmax、L 為調(diào)節(jié)閥全開時的zui大流量及閥桿全行程。理想流量特性取決于閥芯的尺寸，不同的閥芯曲面得到不同的理想流量特性。
2、工作流量特性分析調(diào)節(jié)閥前后端壓差變化情況下得到的流量特性。分為直線特性、對數(shù)特點、拋物線特性等。拋物線特性介于直線和對數(shù)之間。經(jīng)計算、分析，直線特性調(diào)節(jié)閥工作在小開度時調(diào)節(jié)性強，相對流量變化率過于激烈，不易控制，小干擾大克服容易過頭，引起系統(tǒng)振蕩，而在大開度時，相對變化率下，調(diào)節(jié)性能弱，太遲鈍，大的干擾不能很快克服;對數(shù)特性是指單位開度變化所引起的相對流量變化值與此點相對流量成正比.經(jīng)計算、分析，對數(shù)閥在小開度時放大倍數(shù)小，緩和平衡，利于操作控制，而在大開度時放大倍數(shù)大，工作能靈敏有效，是zui常用的閥門。
3、 流量特性選擇規(guī)則工業(yè)生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥如直線、對數(shù)、快開特性，一般選取直線、對數(shù)特性即可滿足工藝調(diào)節(jié)要求，快開特性適應(yīng)于二位調(diào)節(jié)，對于比較難控制和要求較嚴的對象，從以下幾個方面考慮：
a、用調(diào)節(jié)閥的非線性去補償過程的非線性，使系統(tǒng)總的增益變化較小，穩(wěn)定;
b、工藝管道情況，考慮工藝管道阻力情況;
c、適應(yīng)系統(tǒng)的負荷波動;
d、考慮調(diào)節(jié)閥的工作條件和使用壽命;
e、調(diào)節(jié)閥工作特性改善。
3 流量能力 C 值的計算方法和調(diào)節(jié)閥口徑的確定
C 值的定義：我國規(guī)定在調(diào)節(jié)閥前后壓差為 1kPa、液體重度為 1kPa3 的情況下，以每小時通過調(diào)節(jié)閥門的流體 m3數(shù)值，表示流通能力 C 值的大小(以氧化鋁料漿為例。)
調(diào)節(jié)閥壓差：S=ΔP/(∑ΔPF+ΔP)
式中，ΔP 為調(diào)節(jié)閥差壓;∑ΔPF 為zui大流量時管路阻力降。
C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2
式中，Q、G 為工藝所提供的體積或重量流量;ΔP 為閥門前后壓差;r 為重度。
C 值的選取和公稱通徑 Dg 及閥座直徑 dg 的確定，由工藝提供的zui大流量和對應(yīng)的zui小壓差。計算出 Cmax，便可選取合適的閥。
4 氣動薄膜調(diào)節(jié)閥應(yīng)用實例
沉降工段負責將高壓溶出的料漿通過洗滌、沉降槽的作用下，將赤泥沉淀、分離出來。在料漿輸送過程中，需要大量的氣動調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量。根據(jù)現(xiàn)場的工藝環(huán)境或計算，氣動閥采用了美國 FISHER-ROSEMOUNT 公司生產(chǎn)的氣動調(diào)節(jié)閥，由閥門定位器和調(diào)節(jié)閥組成。閥門定位器采用了位移式氣動閥門定位器，其負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。見圖 1。
圖 1 沉降料漿閉環(huán)系統(tǒng)
圖中 A 為波紋管的有效面積;C 為測量組件的剛度;K 為三級功率放大器的放大倍數(shù);KL 為輸人信號傳動杠桿比;KF 為反饋信號傳動杠桿比;KV/(TVs+1) 是氣動調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)，是一個一階周期環(huán)節(jié)，KV 為調(diào)節(jié)的放大系數(shù)，與執(zhí)行機構(gòu)的薄膜有效面積和彈簧剛度及調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān);TV 為調(diào)節(jié)閥的時間常數(shù)，也與氣室大小等因素有關(guān)。
上述負反饋系統(tǒng)中，閥桿輸出位移 Y 與輸人的調(diào)節(jié)器壓力領(lǐng)信號 P 之間的傳遞函數(shù)：
W(s)=Y/P≈AEKL/CKF
AE、KL、C、KF 一定時，Y 與 P 之間成一一對應(yīng)的比例關(guān)系。也就是說，通過電一氣閥門定位器的電氣轉(zhuǎn)換，定位器接受來自調(diào)節(jié)器或控制系統(tǒng)的電流信號(4~20mA)，這個信號改變執(zhí)行機構(gòu)氣室的壓力 P，使閥門的位置達到給定值 Y，從而達到調(diào)節(jié)的目的。
4.1 調(diào)節(jié)閥反向動作和流量特性在應(yīng)用過程中，由于生產(chǎn)需要將一臺氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥改成氣開式調(diào)節(jié)器，在以前就需將閥芯反裝，或采用反作用式執(zhí)行機構(gòu)。在現(xiàn)場改裝比較麻煩，而且需有一定的備品才行。采用閥門定位器后，正作用定位器的輸人信號從 20~100kPa 變化時，它的輸出信號從 20~100kPa 變?yōu)?100~20kPa 即可。具體結(jié)構(gòu)中，用到一個凸輪和兩個噴嘴。左噴嘴用以實現(xiàn)正作用，右噴嘴實現(xiàn)反作用。左、右噴嘴與放大器的氣路用背壓切換板來溝通。調(diào)節(jié)閥的流量特性可以通過改變反饋凸輪的幾何形狀來改變。改變反饋凸輪的幾何形狀能夠改變調(diào)節(jié)閥的反饋量，使定位器的輸出特性發(fā)生變化，從而修正了流量特性。
4.2 手動機構(gòu)的配置當氣源信號或電信號出現(xiàn)故障時，或者當執(zhí)行機構(gòu)的主要元件(膜片、彈黃等)損壞時，就需把自動操作改為手動操作，需轉(zhuǎn)動手輪維持調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能;另一方面，這種機構(gòu)也可作為調(diào)節(jié)閥行程的限位器，當信號壓力為零時，調(diào)節(jié)閥不是全開就是全關(guān)，如果工藝過程要求調(diào)節(jié)閥有少量的流量，可利用手輪來達到目的。手輪機構(gòu)有頂裝式和側(cè)裝式，頂裝式只能為單方向限制行程，如果在選型或安裝時，選用側(cè)裝式可以根據(jù)工藝的要求安在左或右側(cè)實現(xiàn)限位?？傊?，手動機構(gòu)可提高調(diào)節(jié)閥運行的可靠性，特別是調(diào)節(jié)閥臺增設(shè)旁路，使用口徑較大的調(diào)節(jié)閥時，使用手輪機構(gòu)從投資費用或占地面積都很合算。所以自動操作完成正常和執(zhí)行機構(gòu)無故障時，由于不使用手動機構(gòu)，為此經(jīng)常要加油防銹。
(1)氣動調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在便于維護、修理的地方。
(2)當選定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑與工藝管徑不同時應(yīng)加裝異接頭進行連接。
(3)安裝在有振源的場合，應(yīng)增加防振措施。
(4)安裝時，必須使閥體上或法蘭上的箭頭方向指向介質(zhì)方向。
(5)安裝前，需要認真清洗管道內(nèi)焊渣和其它雜物，在安裝后，應(yīng)將閥芯處于zui大開度，并對管道和閥再一次清洗，以防雜物卡住和損傷節(jié)流件。
氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的正確選型、安裝、使用、維修，不僅能夠提高過程控制的可靠性，而且能夠快速解決閥的故障，增加閥的使用壽命對企業(yè)的節(jié)能降耗有著可觀的經(jīng)濟效益。
單座氣動薄膜調(diào)節(jié)閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動作靈敏、壓降損失小、閥容量大、流量特性精確、維護方便等優(yōu)點，可用于苛刻的工作條件。單座氣動薄膜調(diào)節(jié)閥是由多彈簧氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)和低流阻精小型單座調(diào)節(jié)閥閥體組成，配用的多彈簧執(zhí)行機構(gòu)高度低、重量輕、裝備簡便。
單座氣動薄膜調(diào)節(jié)閥常見故障如下：
一、氣源系統(tǒng)故障
1、儀表風(fēng)線堵塞。由于球閥在儀表分支風(fēng)線末端有節(jié)流作用，風(fēng)線中贓物在此處易堆積堵塞。致使儀表風(fēng)壓過低，調(diào)節(jié)閥不能全開全關(guān)，甚至調(diào)節(jié)閥不動作。
2、空氣過濾減壓閥故障?？諝膺^濾減壓閥長時間使用贓物太多，減壓閥漏風(fēng)，減壓閥設(shè)定輸出壓力過底，使輸出的儀表風(fēng)壓小于規(guī)定的壓力。致使調(diào)節(jié)閥動作遲緩，不能全開全關(guān)甚至不動作。
3、銅管連接故障。銅管老化漏風(fēng)，接頭連接處松動或贓物堵死銅管使儀表信號風(fēng)壓低致使調(diào)節(jié)閥不動作，不能全開全關(guān)，手動狀態(tài)閥位不穩(wěn)定產(chǎn)生調(diào)節(jié)振蕩。
4、儀表風(fēng)系統(tǒng)故障?？諌赫井惓?，裝置凈化風(fēng)罐異常，切水不及時使風(fēng)線結(jié)冰，儀表風(fēng)線漏風(fēng)或被贓物堵死，造成裝置儀表風(fēng)壓過低甚至無風(fēng)。
5、儀表風(fēng)支線閥門未開，造成調(diào)節(jié)閥不動作。常發(fā)生于裝置大修，改造后開車期間。
二、電源系統(tǒng)故障
1、電源線接線端子處松動，短路，脫落，極性接反故障。由于現(xiàn)場振動，接線不牢造成接線松動或灰塵太多造成接觸不良使控制室到達現(xiàn)場的信號時有時無，致使調(diào)節(jié)閥動作混亂產(chǎn)生調(diào)節(jié)振蕩。由于接線失誤，設(shè)備進水或受潮等原因使電源線接線處短路從而使調(diào)節(jié)閥接受到的信號比調(diào)節(jié)器的信號便低，造成調(diào)節(jié)閥不能全開全關(guān)。脫落及極性接反調(diào)節(jié)閥不動作。極性接反常發(fā)生于安裝新表，從新接線，裝置大修等情況。
2、電源線中間接頭或中間受傷處故障。電源線受環(huán)境的振動、外力的拉扯，絕緣膠帶失效絕緣性能下降及接頭進水高溫烘烤等原因使電源線接頭松動或似斷非斷，電源線之間短路或?qū)Φ囟搪?，接線頭或電源線斷裂。致使調(diào)節(jié)閥動作不連續(xù)，不能全開全關(guān)，不動作。在維修過程中電源線中間接頭接反，造成調(diào)節(jié)閥不動作。
3、調(diào)節(jié)閥不受調(diào)節(jié)器控制故障。在裝置大修，改造后開車過程中電源線接錯或控制室內(nèi)組態(tài)有錯誤造成調(diào)節(jié)閥不受調(diào)節(jié)器控制。
三、電氣轉(zhuǎn)換器故障
1、零點、量程不準。由于安裝調(diào)試不準或現(xiàn)場振動、溫度變化等原因使轉(zhuǎn)換器輸出信號的零點、量程不準。致使調(diào)節(jié)閥不能全開全關(guān)，泄露量大，限量等現(xiàn)象。在對轉(zhuǎn)換器現(xiàn)場調(diào)校中首先應(yīng)保證轉(zhuǎn)換器信號小表指示準確。平常應(yīng)對信號小表進行維護。
2、節(jié)流孔堵塞。儀表風(fēng)贓物堵塞節(jié)流小孔。致使調(diào)節(jié)閥不動作。
3、輸出不線性。由于轉(zhuǎn)換器中的線圈、部件老化或受現(xiàn)場振動、環(huán)境溫度的影響，使轉(zhuǎn)換器的輸出不線性，致使在對其進行零點、量程調(diào)節(jié)過程中不能達到要求值，調(diào)節(jié)閥動作不線性，不能全開全關(guān)。
四、閥門定位器故障
<一>、電氣閥門定位器
1、零點、量程不準。由于定位器安裝過程中調(diào)試不準或現(xiàn)場振動、溫度變化及調(diào)節(jié)閥閥桿行程改變，反饋桿位置的改變等原因使調(diào)節(jié)閥最小開度和最大開度與控制室的信號不一致。致使閥門定位器輸出的信號不能使調(diào)節(jié)閥全開全關(guān)，造成泄露量大，限量等現(xiàn)象。在對定位器現(xiàn)場調(diào)校中首先應(yīng)保證調(diào)節(jié)閥動作良好，反饋系統(tǒng)安裝牢固動作良好，然后通過標準信號來進行調(diào)整。使調(diào)節(jié)閥的行程與控制信號一致。
2、節(jié)流孔堵塞。贓物堵塞節(jié)流孔。使定位器無輸出信號，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥不動作。
3、噴嘴、擋板間有贓物。受現(xiàn)場環(huán)境的影響，定位器使用一段時間后會附著一層灰塵，影響噴嘴擋板的背壓，從而影響定位器的輸出。造成調(diào)節(jié)閥狀態(tài)不穩(wěn)，產(chǎn)生震蕩。
4、密封不好。長期使用的定位器各種緊固螺母、密封墊片易發(fā)生松動、老化現(xiàn)象，造成定位器漏風(fēng)。使調(diào)節(jié)閥不能全開全關(guān)，閥位不穩(wěn)，產(chǎn)生調(diào)節(jié)振蕩。
氣動薄膜調(diào)節(jié)閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動作靈敏、流體通道呈～流線型、壓降損失少、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于精確控制氣體、液體、蒸汽等介質(zhì)，工藝參數(shù)如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。 氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的特點有以下9點如下： 1、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)的輸入輸出特性呈現(xiàn)線性關(guān)系，既輸出位移量與輸入信號壓力之間成線性關(guān)系。輸出的位移稱行程，由行程顯示板顯示。一些反作用執(zhí)行機構(gòu)還在膜盒上部安裝閥位顯示器，用于顯示閥位。國產(chǎn)氣動薄膜調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)的行程有10mm、16mm、25mm、40mm、60mm和100mm等六種規(guī)格。 2、執(zhí)行機構(gòu)的膜片有效面積與推力成正比，有效面積越大，執(zhí)行機構(gòu)的推力也越大。 3、正、反作用執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)基本相同，由上膜蓋、下膜蓋、薄膜膜片、推桿、彈簧、調(diào)節(jié)件、支架和行程顯板等組成。 4、正、反作用執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是反作用執(zhí)行機構(gòu)的輸入信號在膜盒下部，引出的推桿也在下部，由于薄膜片的良好密封，因此，在閥桿引出處不需要進行密封。 5、可通過調(diào)節(jié)件的調(diào)整，改變彈簧初始力，從而改變執(zhí)行機構(gòu)的推力。 6、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥可添加自鎖裝置，實現(xiàn)控制閥的自鎖和保位。 7、可添加閥門定位器，實現(xiàn)閥位檢測和反饋，提高控制性能。 8、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥可添加位移轉(zhuǎn)換裝置，使直線位移轉(zhuǎn)換為角位移，用于旋轉(zhuǎn)閥體。 9、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥可添加手輪機構(gòu)，在自動控制失效時采用手輪進行降級操作，提高系統(tǒng)可靠性。 氣動薄膜調(diào)節(jié)閥在運行使用中，會有各種工藝介質(zhì)流經(jīng)自動閥，其中有工藝原料的塊狀物質(zhì)、蒸汽沖刷來的泥沙、石塊、鐵屑、鐵皮，還有儀表安裝和技改中焊接、氣割掉入管道的焊渣等。這些異物和阻流物質(zhì)，對自動閥的正常工作和精度影響較大，久而久之，會形成堵塞、卡死。 現(xiàn)場一般采取如下措施： 1、卡塞 (1)清洗法。這種方法適合用在工藝停車檢修時。需要拆卸調(diào)節(jié)閥清理，去除污垢和異物。值得注意的是，拆卸時，一定要把壓縮空氣關(guān)閉，以免造成不必要的傷害。儀表的密封墊和密封圈可以也同時更換。 (2)利用沖刷法。這種方法在現(xiàn)場使用的較多。當調(diào)節(jié)閥堵塞時，通常是先詢問工藝主任或OCC人員，是否可以反復(fù)開關(guān)自動閥，利用現(xiàn)有的工藝介質(zhì)的流動壓力來達到?jīng)_洗的目的。如現(xiàn)有的介質(zhì)和工況不適合，也可以在條件滿足的情況下，用外來的蒸汽或者有一定壓力的水進行沖洗。沖洗時，注意閥門的開度控制在適當位置。 (3)裝設(shè)過濾器過濾。在工藝管道上裝設(shè)過濾器也是儀表自動閥維護的常用措施。尤其是工藝上十分重要和口徑較小的調(diào)節(jié)閥多用此方法，可以確保自動閥的開度正常，工況穩(wěn)定。 2、內(nèi)漏 調(diào)節(jié)閥的閥座內(nèi)進入較小的鐵渣和硬物，長期停留不能排出時，其閥墊、密封圈和閥芯都會受到不同程度的破壞，影響調(diào)節(jié)閥的滲漏能力。特別是對反應(yīng)釜制氫工藝的高壓管線的自動閥，一點點的破壞甚至劃痕都會造成內(nèi)漏，影響安全生產(chǎn)。 (1)研磨。選擇相應(yīng)的粗砂和細砂對自動閥的閥墊和閥芯進行研磨，提高閥墊和閥芯的接觸密封面的光滑度和嚙合度。若調(diào)節(jié)閥使用在高壓系統(tǒng)，則需對調(diào)節(jié)閥進行打壓試驗后，再正常使用。 (2)增強執(zhí)行機構(gòu)密封。通過此方法可以保證調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉嚴實，密封可靠。通常采用移動彈簧的工作范圍、選用大動力源的執(zhí)行機構(gòu)和選取小剛度的彈簧來實現(xiàn)。 3、外漏 調(diào)節(jié)閥的填料不按期更換，自動閥鎖緊裝置的螺絲因振動而松動，包括剛檢修過后的調(diào)節(jié)閥底座螺絲沒校緊或用力不均勻都會造成調(diào)節(jié)閥的外漏?？梢圆捎萌缦罗k法： (1)更換新填料來增強閥桿的密封，也可以選取密封油脂對閥桿進行密封。 (2)可以適當使用高密封性的金屬纏繞墊或者四氟填料，尤其蒸汽調(diào)節(jié)閥，必須選用金屬加石墨的纏繞墊。 (3)采用透鏡墊來密封上、下蓋，若閥座和閥體的密封是平面密封，建議選用透鏡墊密封，效果顯著。 4、調(diào)節(jié)閥控制不穩(wěn) 導(dǎo)致控制不穩(wěn)的原因很多，如選型設(shè)計不合理，閥門口徑選的過小或過大;OCC工藝操作人員使用不當，儀表和工藝參數(shù)設(shè)置不合理;組態(tài)失誤而沒有進行調(diào)試;工藝介質(zhì)壓力增大、流量不穩(wěn)定等;有時候是這幾種因素共同作用導(dǎo)致的結(jié)果。 經(jīng)常采取以下具體方法： (1)選擇合適的閥門口徑。若考慮到經(jīng)濟性和時間，也可以考慮選用合適的變徑來增大或縮小調(diào)節(jié)閥與工藝管道的連接管徑。 (2)對PID值進行合理的設(shè)置，并經(jīng)過實際的調(diào)試運行合格后，投入使用。 (3)加強調(diào)節(jié)閥運動機構(gòu)的剛度，以緩解調(diào)節(jié)閥的振動。 (4)調(diào)整調(diào)節(jié)閥的結(jié)果類型，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。
3.氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的九大特點
氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的九大特點
4.氣動薄膜調(diào)節(jié)閥現(xiàn)場故障采取措施
氣動薄膜調(diào)節(jié)閥現(xiàn)場故障采取措施
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