复杂控制气路调节阀的控制改造

    在自动化较高的化工控制系统中，调节阀作为自动调节系统的终端执行装置，接受控制信号，实现对化工流程的连续调节，运行期间出现的故障直接关系着生产装置的安全运行。据现场实际统计大约70%的故障来源于调节阀。

    1 概述

    某合成氨装置中，一段炉是转化工段的核心，引起一段炉停运的任何联锁动作均将导致其后续工艺系统的停车，其中一段炉炉膛负压的控制是关键。空气压缩机燃气透平出口燃烧乏气，一部分作为一段炉燃烧空气，由AV－03010控制进一段炉燃烧空气的氧含量，保证一段炉内燃气燃烧充分；另一部分至一段炉对流段利用余热，由PV－03048A/B辅助控制炉膛负压；还有一部分由HV－02001控制进行放空。这些阀门控制的气道口径大，采用了相同的多翻板连杆推动机构，需要的动力较大，气动执行机构及控制气路较复杂。为精确控制，PV－03048采用A阀（小阀）、B阀（大阀）分别控制，根据工况需要开启其中一个或两个。这些阀门参与联锁TRIP03.5控制，保证一段炉系统在正常的负压下安全运行。当燃气透平跳车或一段炉膛压力升高大于100Pa时，TRIP03.5动作：切断一段炉燃烧空气AV－03010和对流段乏气排放阀PV－03048A/B，同时打开乏气放空阀HV－02001，并向TRIPB发出一个跳车信号。这些阀门屡次在开车或行程校验时出现失控不动作现象，危害炉膛负压的控制。

    2 存在问题

    PV－03048A/B的作用是稳定调节从燃气轮机排出的高温乏气去一段炉对流段，辅助控制炉膛负压。在大修中做行程校验和开车时PV－03048A/B阀不动作，该阀是气缸式调节阀，气路非常复杂，初步检查发现电磁阀线圈磁性不够，导致电磁阀输出气量小，气控阀不切换，阀门不动作。更换电磁阀后仍不行，无法控制炉膛负压，负压联锁开关就会连锁引起跳车。AV－03010在大修后开车不动作，检查电磁阀有电，开阀侧气路不通，阀门调节失灵，无法正常开启一段炉加热系统。

    3 原因分析

    3.1 控制介绍

    以PV－03048B阀控制为例，原控制气路图见图1。

图1 原控制气路图

    控制图中I、II、III、IV分别是四个气控阀。PLT是控制气口，R是放空口，P、A是通气口。其中气控阀II、III、IV是FC事故关型，PLT有气时气控阀P—A通，PLT无气时P—A不通，A—R通；气控阀Ⅰ是FO事故开型，PLT有气时P—A不通，A—R通，PLT无气时P—A通。

    正常运行时，电磁阀带电通气，控制气经电磁阀后连至各气控阀PLT口之气路送至四个气控阀PLT端，阀Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ打开，阀I关闭。I/P转换器接受主控4～20mA信号，转换后输出至气动定位器，两路输出C1、C2，C1经气控阀Ⅳ气路至调节阀气缸开阀侧；C2经气控阀II、III关调节阀气路至调节阀气缸关阀侧。上止逆阀保证关阀气不能去气控阀I放空。这样随主控4～20mA信号开、关调节阀门。

    需要强调的是气控阀I的线路，它的作用是在电磁阀失电或失去气源的事故状态下，强制去关闭调节阀PV－03048B，实现调节阀的事故关功能。这时阀I打开，当有气源时，气源经下止逆阀、阀I、上止逆阀、关阀气路去关调节阀；无气源时，平时储存在气罐内的气源，经阀I、上止逆阀、关阀气路去关调节阀。下止逆阀保证气罐内的气源不致流失。同时，气控阀III的作用是在电磁阀失电、失去气源的事故状态下关闭并保证事故关阀气不致由此放空，因为气控阀III的P、A气口是反接的，PLT失气后P—A关闭，A—R导通，P口是接在事故关阀气侧，保证了事故关阀气不能放空。

    3.2 PV－03048B不能动作原因分析

    （1）经观察该阀门有时动作缓慢。检查发现阀门气缸有串气现象，更换了双气缸的活塞密封环，有时可以动作，即使能动作但全关后再启动非常困难。

    （2）由于阀门是多翻板连杆机构，启动不顺，怀疑是否是阀门运行动作阻力大。检查各个联轴节及轴承，发现这些地方由于阀门运行环境温度高，干涩活动阻力大。加注耐高温润滑脂，手动开关灵活了。

    （3）再次停车后开车，又出现该阀不动作。检查发现，不论给多少信号，关阀侧始终有气，阀门全关。断开定位器C2侧输出，关阀侧仍有气。怀疑气控阀I故障不切换。换了阀I后，现象依旧，说明不是阀I故障。

    （4）分析认为，气控阀不切换的原因是控制气压不足，控制气压低的原因可能有：①测量电磁阀供电电压，不带负载为20VDC左右，带负载时为14VDC左右，电磁阀功率3W，可能带负载能力不足使电磁阀不能完全开启；②VP－41气动定位器是耗气型定位器，其中控制C1、C2两路输出的平衡滑阀阀芯长期滑动磨损，漏气量增大，已使阀门定位不准确，必定使整个回路耗气量增大，控制气压降低，气控阀不能切换；③一旦停车PLC也会进行相应的检查或其他原因，阀门的电磁阀往往会断电，气控阀复位，恢复送电时由于上述原因会造成电磁阀开启不足、定位器分压太大，气控阀控制气压低，气控阀不能切换。

    4 控制气路改造

    同样以PV－03048B为例，改造后的气路控制图见图2。

图2 改造后的气路控制图

    综合故障原因，除更换气动定位器、定期给各联轴节轴承加注耐高温润滑脂外，另引一路气源直接给电磁阀供气，并将电磁阀更换成大通量、低功耗阀，提高控制气压力，经过试验四个气控阀均能正常切换，问题得到圆满解决。

    5 结语

    大修将PV－03048B、PV－03048A、AV－03010进行了控制气路改造，改造后开车控制气路均切换控制正常，阀门动作自如。经过近一年的生产运行实践，这三台阀门工作正常，至今没有出现过一次故障。这种改造简单易行、成本低、实用性强，为合成装置其他控制阀故障排除摸索出一条新路。