关于调节阀的在线检修

关于尿素装置调节阀的在线检修核心提示：

摘要：通过我集团公司水溶液全循环法和二氧化碳气提法尿素装置中合成塔压力调节阀和气提塔的在线维护，总结出一套行之有效的方法，确保使开车状态下，对合成塔压力调节阀阀门定位器等设备故障的维修或更换对工艺控制的影响达到最小，从而避免生产的大幅度波动及减量或停车，为尿素生产的长周期稳定运行打下良好基础。

关键字：压力调节阀定位器电气阀门

我集团公司水溶液全循环法尿素装置中合成塔压力调节系统是最重要的自调系统。气提法尿素中合成塔液位和气提塔液位调节法也是合成塔生产的重要环节。（1）尿液易结晶且不设旁路阀；（2）阀前后压差高，近18MPa（水溶液全循环法），14 MPa（二氧化碳气提法）；（3）介质流速高，波动影响大；（4）在线维护风险大，阀门可能大幅度开关，会造成合成塔超压或中压系统超压（水溶液全循环法），低压循环系统超压和系统停车（二氧化碳气提法），引起大范围的工艺波动甚至引发事故。笔者将就P4阀、合成塔出口和气提塔出口阀的日常生产维护中常见的故障及解决方法做一总结。

1 阀门开度不到位。

气源压力低，导致膜头压力不够，阀门开度不到位，这时应查看各接头及气源管线是否有漏气现象，并对有漏气处的气源接头进行紧固处理。

2 膜头漏气

这时可将调节阀打到手轮控制，保持手轮控制阀位，然后拆下到膜头的气源管，同时迅速用手堵住管口，再慢慢将手轮打到自由状态，检查阀门输出行程是否变化，若膜头漏气，则会看到阀门缓慢关闭，另外也可以看输出气源压力，拆下到膜头的气源管，堵住气源输出，如果压力比以前高许多，判定膜头漏气，此时则应将阀门打到手轮状态，更换膜片。

3 阀门不动或动作迟缓

此时，操作人员可以从DCS操作画面上看到合成塔压力超压或液位是否正常，调节阀位输出较正常时偏差许多，甚至到全开度位置。这是由于调节阀卡住，阀门不动或动作迟缓导致调节系统测量值远远超过设定值，在比例积分微分（PID）调节作用下，输出达到积分饱和。这一般是由两种原因造成的：（1）尿液结晶；（2）阀芯偏磨，阀芯与阀座摩擦。尿液结晶在传统的ZMBS-220K阀门上较为常见，我集团公司使用的多为南坪的合成塔调节阀（水溶液全循环法）一般发生在填料函处，从而造成阀杆运动不灵活，致使P4阀无法正常运行。处理尿液结晶的一般方法，即蒸汽吹除填料函处，促使结晶的尿液融化，使阀门恢复正常。但如果尿液结晶频繁，反复用蒸汽吹除填料函处，最终将导致“V”形聚四氟乙烯填料老化，造成阀杆永久性卡涩或填料密封性能变差，影响到正常生产。另外，由于P4阀前后压差大，流速快，阀芯的导向不稳定，使阀芯和阀座摩擦，影响调节品质。现在，部分尿素生产企业，通过不断地摸索，对阀芯及阀杆部分作了加工，使结晶问题有所改善。针对P4阀阀芯偏磨阀卡问题，对P4阀结构进行了改进，如重庆南坪的HTP型套筒式P4阀做了如下改进：将导向套增长，并将导向套的下部分开孔做成了笼式，同时，将其与阀座导向连接，使阀芯的导向更加稳定可靠，保证了阀芯与阀座的同轴度，避免了阀芯与阀座的磨损，延长了使用周期。

4 电气阀门定位器调节滞后

定位器反馈凸轮或反馈杆松动导致阀门行程波动大，调节滞后。定位器问题是P4阀无法正常运行的另一个原因，在开车状态下，修复调校阀门，存在很大风险。通过几年的生产实践，笔者总结出了一套检修调校阀门定位器的操作方法。

4.1 电气阀门定位器的检修调校过程

4.1.1 联系化工人员用手轮控制P4阀的开度、合成液位调节阀、汽提液位阀的开度，维持系统稳定。

4.1.2 摘除定位器和膜头之间的输出接头（因手轮机构仅能限制一个特定方向的行程，不能同时限制两个方向的行程），以免检修定位器时输出增大，造成阀开度增大，使手轮无法正常控制，造成系统波动。

4.1.3 修复或更换定位器。确保电器部分完好，量程参照阀门行程应作相应调整。然后将零点调整螺钉调至最低，即保证接好电器部分后，定位器无输出。

4.1.4 通知总控室将阀门输出信号调至目前阀门开度对应的信号，然后接好定位器与膜头之间的输出接头及接线部分。此时慢慢调整定位器调零旋钮，使输出压力逐渐升高，同时，另一只手握住手轮向阀门开度方向微微用力，直至手轮有轻松感（即手轮已脱离，膜头压力已代替了手轮），停止调整调零旋钮，这时即可通知总控室实现微机操作，然后将手轮旋至自由位置。最后一步之所以这么做是有道理可循的。

我们曾尝试在摘除定位器输出接头后，通过堵住输出接头，根据定位器输出压力表压力来确定阀门动作位置，结果当然行不通。定位器一个显著特点：送一个开度信号，若阀门不到位，定位器输出将继续增大，直至推动阀门或输出压力至气源压力，反之亦然。其实，也就是通过反馈机构的作用，以达到力的平衡，最终保证阀门开度与总控室操作阀位信号一一对应。同理，阀门不动的情况下，送一个开度增大（或减小）的信号，定位器输出将增至气源压力（或减至无输出压力），除非随着信号变化使反馈杆移至相应开度，这显然难以操作。正确的方法是：根据当前阀门开度送相应信号，通过将调零旋钮从最小逐渐增至膜头的推力，最终代替手轮，使反馈信号与输入信号达到平衡，从而实现从手轮操作向自动操作的无扰动切换。

4.2 电气阀门定位器的在线更换

4.2.1 通知操作工将调节系统打到手动状态，并将P4阀打到手轮控制。

4.2.2 根据目前阀门开度，估计此时反馈杆的角度，装好定位器。如为同型号的定位器，可参考原来的定位器安装位置进行安装。应注意阀为反作用气开阀，反馈凸轮方向一定要检查好，确保构成负反馈，否则定位器无法正常工作。

4.2.3 将定位器机械连接部分接好后，接入4～20mA的直流（DC）输入信号。

4.2.4 根据目前手轮控制开度，估计对应输入信号大小，在DCS监控画面上给出相应阀位信号。

4.2.5 接好定位器与调节阀连接的气源接头，最后接上定位器输入气源，按照上述提到的调校方法进行调校。

综上所述，重要调节阀在正常生产过程中发生故障，需要维修时，只要方法得当，可进行在线维修，避免阀位波动对系统造成影响。

调节阀的选型、维修与校验

调节阀的选型、维修与校验

弘凌泵阀有限公司

作者：弘凌泵阀文章来源：本站原创点击数：11 更新时间：2008/11/21

1 调节阀的选型

1.1 选型应考虑的主要因素

（1）要满足生产过程的温度、压力、液位及流量要求；

（2）阀的泄漏及密封性要求；

（3）阀的工作压差<需用压差；

（4）对提高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）对执行机构型式、输出力矩、刚度及弹簧范围的考虑；

（8）对材质及阀经济性的考虑（选型不当价格会相差3~4 倍）。

1.2 选型的一般原则

在满足过程控制要求的前提下，所选的阀应尽量简单、可靠、价廉、寿命长、维修方便和备件来源及时可靠。要尽力避免单纯追求好的结构、好的材质、多带附件，而忽略了对可靠性、经济性的考虑。从可靠性观点来看，结构越简单，其可靠性就越高；材质选择过高，将造成不必要的价格投入。

1.3 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。

1.4 调节阀的分类及选择

调节阀按结构特征大致可分为如下9大类：

（1）直通单座调节阀：该阀应用最广，具有泄漏小、许用压差小、流路复杂、结构简单的特点，故适用于泄漏要求严、工作压差小的干净介质场合，但小规格阀（DN<20mm）也可用于压差较大的场合。

（2）直通双座调节阀：与直通单座调节阀相反，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2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、双座阀高50%~200%，还需专门的缠绕密封垫，是仅次于单、双座阀应用的较为广泛的阀。

（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：具有3个通道，可代替2个直通单座阀用于分流和合流及2相流温度差≤150℃的场合。当DN≤80mm时，合流阀可用于分流场合。

（6）隔膜阀：流路简单，隔膜具有一定耐蚀性能，适用于较污浊介质、弱腐蚀介质的2位切断场合。（7）蝶阀：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。适用于较污浊介质和大口径、大流量、压差的场合。当DN>300mm时，通常都有蝶阀来完成。

（8）球阀：“O”形球阀全开时为无阻调节阀，“自洁”性能最佳，适用于特别污浊、含纤维介质的2位切断场合。“V”形球阀具有近似等百分比的调节特性，适用于较污浊、含纤维介质可调比较大的调节场合，球阀价格较贵。

（9）偏心旋转阀：该阀介于蝶阀和球阀之间，“自洁”、调节性能好，亦可切断，故适用于较污浊介质、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种为直行程调节阀，后3种为角行程调节阀。作为用户，必须弄清其特点。

1.5 正确选择的若干问题

1.5.1 阀体材料选择

（1）阀体耐压等级、使用温度、耐腐蚀性能等方面应不低于工艺连接管道要求，并优先选用定型产品。（2）水蒸气及含水较多的湿气体介质、环境温度低于-20℃时，不宜选用铸铁阀。

1.5.2 阀内件材质选择

（1）非腐蚀性介质一般选用1Cr18Ni9Ti或其它不锈钢。

（2）对汽蚀、冲蚀较为严重、介质温度与压差构成的直角坐标中，其温度为300℃，压差为1.5MPa 2点连线以外的区域时，应选用耐磨材料，如钴基合金或表面堆焊史太莱合金等。

（3）对硬密封切断阀，为提高密封面可靠性，应选用耐磨合金。当密封要求十分严密时，应选用软密封，如四氟、橡胶。

1.5.3 高低温材料选择

当介质温度<-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>600℃时应选用高温高强度合金（如因可耐尔）。

1.6 填料及阀盖型式选择

（1）通常情况下，介质温度<200℃时，选用“V”形四氟填料，普通型上阀盖；介质温度<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≤450℃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>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。

1.7 定位器的选择

以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）缓慢过程需要提高调节阀响应速度的场合，如温度、液位及分析等参数。

（4）需要克服摩擦力，减小过大的回差造成调节品质差的场合，如低温或采用柔性石墨填料的调节阀。（5）调节器比例带很宽，但又要求阀小信号有响应时，采用无弹簧执行机构调节的系统。

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，以增加起点执行机构输出力。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。

2 调节阀正确安装的若干问题

2.1 安装的一般性要求

（1）调节阀应垂直、正立安装在水平管道上，公称通经Dg≥50的调节阀，其阀前后管道上最好有永久性支架。

（2）调节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）调节阀上、下部分应留有足够空间，以便维修时取下执行机构和阀内件及阀的下法兰和堵头。（4）当调节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调节阀，膜头上最好安装指示控制信号的小型压力表。

（6）调节阀应先检查校验，并在管道吹扫后安装。

2.2 对安全问题的考虑

（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1个能限制流量的放空阀，以防过快打开放空阀时水击所造成的危害。

（4）对蒸汽管线，在接近调节阀的上下2端应保温。

（5）压力波动严重的地方，应安装管线缓冲器。

2.3 对调节阀性能的考虑

（1）配管通径尽量与阀通径一致。

（2）调节阀入口直管段长度至少不得小于10倍管道通经。

（3）调节阀出口直管段应有3~5倍管道通经。

（4）调节阀进出口取压点位置为阀前2倍管道通经、阀后3倍管道通径处。

（5）必须按流动方向箭头安装调节阀，避免过大的安装应力。

2.4 对手动操作的考虑

（1）阀门安装位置应便于操作，并使操作人员能看到指示器（如液位计）上显示的参数。

（2）应考虑卸下调节阀手轮机构、定位器等附件的侧面空间。

（3）对大口径、高空安装的调节阀，要考虑到维护时操作人员的工作位置。

2.5 调节阀信号的配管和配线

（1）调节阀的配管和配线方案应满足调节系统的要求。

（2）调节阀配管宜采用D6×1mm 紫铜管；大膜头调节阀和气动阀宜采用D8×1mm 紫铜管。

3 调节阀主要性能的现场检测

调节阀的性能指标很多，以下项目应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。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限于被测试阀门基本误差限的1/4。（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。对主要阀门，还要做强压试验。

（5）对配套定位器的阀，在安装、投运前，均应现场调试。

4 调节阀的现场维护

调节阀由于直接与工艺介质接触，其性能直接影响到系统质量和环境污染，所以对调节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。其重点检查维护部位：

（1）对于使用在高压差和腐蚀性介质场合的调节阀，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）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，检修时要认真检查是否被腐蚀、磨损，特别是在高压差情况下阀芯因汽蚀现象磨损更为严重。

（4）检查膜片、“0”型圈和其它密封垫是否裂化或老化。

（5）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。

5 调节阀常见故障及现场处理

调节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，其处理方法分别为：

（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并紧。

（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，解决办法是改流开安装、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、并紧阀座、更换高输出力的执行机构。

（8）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。