閥門控制及故障保護方案(內培).ppt

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1、閥門控制及故障保護方案電儀部朱先德控制閥在過程控制系統的重要作用控制閥(controlvalve)用于調節操縱變量的流量，因此，亦稱調節閥。從控制系統整體看，一個控制系統控制得好不好，都要通過控制閥來實現。由于下列原因，控制閥變得十分重要。控制閥是節流裝置，屬于動部件，與檢測元件和變送器、控制器比較，在控制過程中，控制閥需要不斷改變節流件的流通面積，使操縱變量變化，以適應負荷變化或操作條件的改變。因此，對控制閥閥組件的密封、耐壓、腐蝕等提出更高要求。例如，密封會使控制閥摩擦力增加，控制閥死區加大，造成控制系統控制品質變差等。控制閥的活動部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、“漏”的主要原因，它不僅

2、造成資源或物料的浪費，也污染環境，引發事故。控制閥在過程控制系統的重要作用控制閥的閥內件與過程介質直接接觸，和檢測元件與過程介質接觸的不同之處如下：控制閥閥組件的接觸介質可能與檢測元件的接觸介質不同，對控制閥的耐腐蝕性、強度、剛度、材料等有更高要求。檢測元件可采用隔離液等方法與過程介質隔離，但控制閥通常與過程介質直接接觸，很難采用隔離的方法與過程介質隔離。控制閥在過程控制系統的重要作用控制閥的節流使能量在閥內件內部被消耗，因此，降低能耗，降低控制閥的壓力損失，和保證較好的控制品質之間要合理選擇和兼顧。控制閥對流體進行節流的同時也造成噪聲。例如，當閥出口壓力低于液體的蒸汽壓力時，造成閃蒸；當閥下

3、游壓力高于液體蒸汽壓力時，造成汽蝕。控制閥造成的噪聲和控制閥流路的設計、操作壓力、被控介質特性等有關，因此，降低噪聲，降低壓力損失等對控制閥提出更高要求。控制閥的適應性強。它被安裝在各種不同的生產過程，生產過程的低溫、高溫、高壓、大流量、微小流量等操作條件需要控制閥具有各種不同的功能，控制閥應能夠適應不同應用的要求。控制閥的構成調節閥的組成：調節閥是由執行機構和閥體部件兩部分組成，即：調節閥執行機構+閥體部件執行機構執行機構是將控制器輸出信號轉換為控制閥閥桿直線位移或閥軸角位移的裝置。執行機構提供推動力或推動力矩，用于克服不平衡力、閥壓緊力和摩擦力等，使位移量與輸入信號成比例變化。控制閥的構成

4、氣動薄膜執行機構氣動薄膜執行機構是最常用的執行機構。氣動薄膜執行機構的結構簡單，動作可靠，維護方便，成本低廉，得到廣泛應用。它分為正作用和反作用兩種執行方式。正作用執行機構在輸入信號增加時，推桿的位移向外；反作用執行機構在輸入信號增加時，推桿的位移向內。控制閥的構成氣動活塞執行機構氣動活塞執行機構采用活塞作為執行驅動元件，具有推力大、響應速度快的優點。適用于高壓差、高靜壓和要求有大推力的應用場合。與薄膜執行機構類似，活塞執行機構分正作用和反作用兩種類型。輸入信號增加時，活塞桿外移的類型稱為正作用式執行機構；輸入信號增加時，活塞桿內縮的類型稱為反作用式執行機構。控制閥的構成手動執行機構僅在自動操

5、作存在困難時才操作。例如，自動控制的輸入信號故障或執行機構膜頭漏氣等，有時在工藝生產過程的開、停車階段，由于控制系統還未切人自動操作，這時也需要用手動執行機構對控制閥進行操作。手動執行機構的主要用途如下。與自動執行機構配合，用于自動控制失效時的降級操作氣動q341f.com/' target='_blank'>球閥返回不動作，提高控制系統可靠性。作為控制閥的限位裝置，限制閥的開度，防止事故發生。例如，造紙漿料制備過程中有些閥要求正常時有一定開度，用于排放粗渣。節省控制閥的旁路閥。在不重要的控制系統中，當管路直徑較大時，可采用手動執行機構替代旁路閥的功能，降低投資成本，縮小安裝空間。用于開、停車時對過程的手動操作。控制閥的構成手動執行機構由手輪、傳動裝置和連接裝置等組

6、成。按安裝位置可分為頂裝式和側裝式兩類。頂裝式手動執行機構的手輪安裝在自動執行機構的頂部，通過螺桿傳動裝置，與自動執行機構的推桿(或膜頭板)連接。正常運行時，手輪退出，用緊固螺母鎖定，可作為閥位最高位的限制裝置。當需手動操作時，松開緊固螺母，轉動手輪，使之與自動執行機構的推桿連接，從而可移動推桿，改變閥門開度。正作用和反作用的自動執行機構與手動執行機構的連接方式相同，但正作用執行機構需要考慮手動執行機構傳動桿的密封。側裝式手動執行機構的手輪安裝在自動執行機構的側面，可采用蝸輪蝸桿傳動方式，也可采用杠桿傳動方式。手動執行機構的選（使）用選用頂裝或側裝式手輪執行機構時，應從方便操作考慮。當控制閥安

7、裝位置較低，或閥側沒有空間時，可選用頂裝式手輪執行機構，其他場合可選用側裝式手輪執行機構。為防止手輪被誤操作而轉動，可設置安全鎖緊裝置，例如，銷軸固定手輪進行限位，或用小鎖緊輪頂緊手輪軸等。為提供閥門位置的信息，手輪執行機構設置了刻度顯示裝置，用于提供閥門位置的顯示等信息。為方便進行手動操作和自動操作的切換，通常設置離合和切換裝置。當手動位置時，手輪與自動執行機構的閥桿連接；當自動位置時，手輪與自動執行機構的閥桿脫鉤，不影響自動執行機構的動作。控制閥的結構閥體：閥體組件是調節閥的調節部分，它與介質直接接觸，在執行機構的推動下，改變閥芯與閥座之間的流通面積，從而達到調節流量的目的。閥體組件是由閥

8、體、上閥蓋組件、下閥蓋和閥內件組成的。上閥蓋組件包括上閥蓋和填料函。閥內件是指與流體接觸并可拆卸的，起到改變節流面積和截流件導向等作用的零件的總稱，例如閥芯、閥座、閥桿、套筒、導向套等，都可以叫閥內件。一般來說，閥是通用的，既可以和氣動執行機構匹配，也可以與電動執行機構或其他執行機構匹配使用。控制閥的結構閥體的類型（大約有10種分法，僅介紹常用幾種）按結構分類，分為直通單座閥、直通雙座閥、三通閥、角形閥、隔膜閥、套筒閥、球閥、偏心旋轉閥、閘閥和蝶閥等。按流量特性分類，分為線性閥、等百分比閥和快開閥等。按閥芯的形式分類，分為直行程和角行程閥芯等。按上閥蓋的形式分類，分為普通型、散熱或吸熱型、波紋

9、管密封型、長頸型等。通用分類法這種分類方法既按原理、作用又按結構劃分，是目前國際、國內最常用的分類方法。一般分閘閥、截止閥、節流閥、儀表閥、柱塞閥、隔膜閥、旋塞閥、球閥、蝶閥、止回閥、減壓閥安全閥、疏水閥、調節閥、底閥、過濾器、排污閥等。控制閥的結構控制閥結構特點控制閥有各種不同類型，它們的適用場合不同，因此，應根據工藝生產過程的要求合理選擇控制閥類型。控制閥分氣開和氣關兩類。氣開控制閥在故障狀態時關閉，氣關控制閥在故障狀態時打開。可采用一些輔助設備組成保位閥或使控制閥自鎖，即故障時控制閥保持故障前的閥門開度。氣開和氣關的方式可通過正、反作用的執行機構類型和正體、反體閥的組合實現，在使用閥門定

10、位器時，也可通過閥門定位器實現。閥內件的材料隨溫度變化，因此，應考慮不同溫度下熱膨脹造成的影響，也要考慮在高溫下耐壓等級的變化等，應考慮材料的耐腐蝕性、抗疲勞性等性能。控制閥應用中存在的問題（1）控制閥的品種多，規格多，參數多。控制閥為適應不同工業生產過程的控制要求，例如溫度、壓力、介質特性等，有近千種不同規格、不同類型的產品，使控制閥的選型不方便、安裝應用不方便、維護不方便、管理不方便。控制閥的可靠性差。控制閥在出廠時的特性與運行一段時間后的特性有很大差異，例如，泄漏量增加、噪聲增大、閥門復現性變差等，給長期穩定運行帶來困難。控制閥笨重，給控制閥的運輸、安裝、維護帶來不便。通常，控制閥重量比

11、一般的儀表重量要重幾倍到上百倍，例如，一臺DN200的控制閥重達700kg，運輸、安裝和維護都需要動用一些機械設備才能完成，給控制閥的應用帶來不便。控制閥應用中存在的問題（2）控制閥噪聲過大。工業應用中，控制閥噪聲已成為工業設備的主要噪聲源，因此，降低控制閥噪聲成為當前重要的研究課題，并得到各國政府的重視。控制閥的流量特性與工業過程被控對象特性不匹配，造成控制系統品質變差。控制閥的理想流量特性已在產品出廠時確定，但工業過程被控對象特性各不相同，力口上壓降比變化，使控制閥工作流量特性不能與被控對象特性匹配，并使控制系統控制品質變差。控制閥是耗能設備，在能源越來越緊缺的當前，更應采用節能技術，降低

12、控制閥的能耗，提高能源的利用率。調節閥過程控制及故障保護方案控制閥在過程控制系統的重要作用是人所共知的，正常工作時需要系統提供氣（電）源、信號源，其氣（電）源、信號源的正確提供是控制閥正常工作的最基礎的保證。由于控制閥工作的重要性要求，因此，要求過程控制系統要保證氣（電）源、信號源能夠正確、連續的提供給控制閥。而實際情況是：過程控制系統無法100毫無差錯地保證上述氣（電）源、信號源（簡稱三源）正確、連續的提供，因此，在控制閥上要采取相應的保護措施，即控制閥的三斷（斷氣源、電源、信號源）保護措施三斷保護方案主要有以下幾種：一般情況下采取三斷保護措施的控制閥大多需要有位置反饋裝置，輸出反饋信號，配

13、有手輪機構，實現故障時的手動操作。根據三斷保護的不同要求，列舉不同的保護方案，并對不同的保護方案進行分析；三斷保護方案主要有以下幾種：智能電-氣閥門定位器方案（控制閥配用智能電-氣閥門定位器）模擬電氣閥門定位器方案（控制閥配用模擬電氣閥門定位器）電-氣轉換器氣動閥門定位器方案（控制閥配用電氣轉換器氣動閥門定位器）模擬氣動閥門定位器方案（控制閥配用模擬氣動閥門定位器）智能電動控制閥方案。過程控制及故障保護方案過程控制及故障保護方案一智能電氣閥門定位器方案（控制閥配用智能電氣閥門定位器），其具體方案見圖1主要由氣動控制閥、智能電氣閥門定位器、失電（信號）比較器、單電控電磁換向閥、氣動保位閥等組成。

14、其工作原理如下：1、斷氣源：當控制系統氣源故障（失氣）時，氣動保位閥自動關閉將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內，輸出信號壓力與控制閥彈簧產生的反力相平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應設定在略低于氣源的最小值時啟動。2、斷電源：當控制系統電源故障（失電）時，失電（信號）比較器控制單電控電磁換向閥的輸出電壓消失，單電控電磁換向閥失電，單電控電磁換向閥內的滑閥在復位彈簧的作用下滑動，電磁閥換向，將氣動保位閥的膜室壓力排空，氣動保位閥關閉，將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內，輸出信號壓力與控制閥彈簧產生的反力相平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障位置。過程控制及故障保

15、護方案一3、斷信號：當控制系統信號故障（失信號）時，失電（信號）比較器檢測到后，斷掉單電控電磁換向閥的電壓信號，單電控電磁換向閥失電，單電控電磁換向閥內的滑閥在復位彈簧的作用下滑動，電磁閥換向，將氣動保位閥的膜室壓力排空，氣動保位閥關閉，將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內，輸出信號壓力與控制閥彈簧產生的反力相平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障位置。位置反饋信號由智能電氣閥門定位器給出，無需配用閥位信號返回器。一般情況下，智能電氣閥門定位器本身自帶或附加位置反饋模塊即可實現位置反饋。本方案的優點：所用附件相對較少（無需閥位信號返回器），占用空間較小。安裝、調試比較方便、簡單、快捷。“三

16、斷”保護啟動時，系統反應較快，動作迅速；缺點：電磁閥長期帶電，影響使用壽命。整體造價較高，對所配用的附件可靠性要求較高。過程控制及故障保護方案一過程控制及故障保護方案二模擬電氣閥門定位器方案（控制閥配用模擬電氣閥門定位器），其具體方案見圖2過程控制及故障保護方案二主要由氣動控制閥、模擬電氣閥門定位器、失電（信號）比較器、單電控電磁換向閥、氣動保位閥、閥位信號返回器等組成。其工作原理與智能電氣閥門定位器方案相同。位置反饋信號由閥位信號返回器給出。本方案的優點：“三斷”保護啟動時，系統反應較快，動作迅速。整體造價比方案（一）低。本方案的缺點：電磁閥長期帶電，影響使用壽命。配用附件較多，安裝、調試比

17、方案（一）復雜一些，閥位反饋需另配閥位信號返回器，在配用手輪的情況下，比較復雜。電氣轉換器氣動閥門定位器方案（控制閥配用電-氣轉換器氣動閥門定位器），其具體方案見圖3過程控制及故障保護方案三主要由氣動控制閥、模擬氣動閥門定位器、電氣轉換器、氣動保位閥、閥位信號返回器等組成。其工作原理如下：1、斷氣源：當控制系統氣源故障（失氣）時，用于控制氣源丟失的氣動保位閥自動關閉，將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內，輸出信號壓力與控制閥彈簧產生的反力相平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應設定在略低于氣源的最小值時啟動。2、斷信號：當控制系統信號故障（失信號）時，電氣轉換器的輸出信號壓

18、力同步丟失，用于控制信號丟失的氣動保位閥自動關閉，將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內，輸出信號壓力與控制閥彈簧產生的反力相平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應設定在略低于輸入信號的最小值時啟動。由于本方案沒有電源，故無斷電源保護。位置反饋信號由閥位信號返回器給出。本方案的優點：無需電源保護，只實現兩斷保護即可，可用于防爆要求嚴格的場合。缺點：斷信號保護時，有極短時的滯后，配用附件較多，安裝、調試復雜一些，閥位反饋需另配閥位信號返回器，在配用手輪的情況下，比較復雜。過程控制及故障保護方案三模擬氣動閥門定位器方案（控制閥配用模擬氣動閥門定位器），其具體方案見圖4過程控制及故

19、障保護方案四主要由氣動控制閥、模擬氣動閥門定位器、氣動保位閥、閥位信號返回器等組成。其工作原理如下：1、斷氣源：當控制系統氣源故障（失氣）時，用于控制氣源丟失的氣動保位閥自動關閉，將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內，輸出信號壓力與控制閥彈簧產生的反力相平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應設定在略低于氣源的最小值時啟動。2、斷信號：當控制系統信號故障（失信號）時，用于控制信號丟失的氣動保位閥自動關閉，將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內，輸出信號壓力與控制閥彈簧產生的反力相平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應設定在略低于輸入信號的最小值時啟動。斷信號

20、保護時，有一定的滯后，滯后的時間與氣動信號管線的長短有關。由于本方案沒有電源，故無斷電源保護。位置反饋信號由閥位信號返回器給出。本方案的優點：配用附件較少，方便安裝、調試。整體造價較低，可用于防爆要求特別高的場合；本方案的缺點：斷信號保護時，有一定的滯后，滯后的時間信號管線的長短有關。閥位反饋需另配閥位信號返回器，在配用手輪的情況下，比較復雜。只適用于氣動信號場合。過程控制及故障保護方案四雙輸出智能閥門定位器方案氣源故障（失氣）時，雙作用閥門實現全開或全閉的保護方案。見圖5過程控制及故障保護方案五主要由控制閥、氣控換向閥、定位器、自鎖閥、單向閥、減壓閥、儲氣罐等組成。其工作原理如下：當控制系統

21、氣源故障（失氣）時，自鎖閥（其作用方式與保位閥相反）自動打開，將氣控換向閥的控制氣源撤消，氣控換向閥的滑閥在彈簧的作用下復位，兩個氣控換向閥中的其中一個排氣，另一個進氣，單向閥關閉，氣源由儲氣罐中儲存的氣源向閥門供氣，從而實現閥門的全關或全開。全關或全開的轉換可通過調整氣控換向閥的連接方式實現。如果要實現閥門保位，加裝氣動保位閥并改變管路連接，用自鎖閥直接控制保位閥，取消氣控換向閥、單向閥、儲氣罐即可。過程控制及故障保護方案五使用維護使用維護的目的，在于延長閥門壽命和保證啟閉可靠。閥桿螺紋，經常與閥桿螺母摩擦，要涂一點黃干油、二硫化鉬或石墨粉，起潤滑作用。不經常啟閉的閥門，也要定期轉動手輪，對

22、閥桿螺紋添加潤滑劑，以防咬住。室外閥門，要對閥桿加保護套，以防雨、雪、塵土銹污。如閥門系機械待動，要按時對變速箱添加潤滑油。要經常檢查并保持閥門另部件完整性。如手輪的固定螺母脫落，要配齊、不能湊合使用，否則會磨園閥桿上部的四方，逐漸失去配合可靠性，乃至不能開動。不要依靠閥門支持其它重物，不要在閥門上站立。閥桿，特別是螺紋部分，要經常擦拭，對已經被塵土弄臟的潤滑劑要換成新的，因為塵土中含有硬雜物，容易磨損螺紋和閥桿表面氣動球閥返回不動作，影響使用壽命。閥門的使用維護與操作閥門的操作手動閥門是使用最廣的閥門，它的手輪或手柄，是按照普通的人力來設計的，考慮了密封面的強度和必要的關閉力。因此不能用長杠桿或長板手來板動。

23、有些人習慣于使用板手，應嚴格注意，不要用力過大過猛，否則容易損壞密封面，或板斷手輪、手柄。啟閉閥門，用力應該平穩，某些沖擊啟閉的高壓閥門各部件已經考慮了這種沖擊力與一般閥門不能等同。對于蒸氣閥門，開啟前，應預先加熱，并排除凝結水，開啟時，應盡量徐緩，以免發生水擊現象。當閥門全開后，應將手輪倒轉少許，使螺紋之間嚴緊，以免松動損傷。對于明桿閥門，要記住全開和全閉時的閥桿位置，避免全開時撞擊上死點。并便于檢查全閉時是否正常。假如閥辦脫落，或閥芯密封之間嵌入較大雜物，全閉時的閥桿位置就要變化。管路初用時，內部臟物較多，可將閥門微啟，利用介質的高速流動，將其沖走，然后輕輕關閉（不能快閉、猛閉，以防殘留雜

24、質夾傷密封面），再次開啟，如此重復多次，沖凈臟物，再投入正常工作。常開閥門，密封面上可能粘有臟物，關閉時也要用上述方法將其沖刷干凈，然后正式關嚴。某些介質，在閥門關閉后冷卻，使閥件收縮，操作人員就應于適當時間再關閉一次，讓密封面不留細縫，否則，介質從細縫高速流過，很容易沖蝕密封面。操作時，如發現操作過于費勁，應分析原因。若填料太緊，可適當放松，如閥桿歪斜，應通知人員修理。有的閥門，在關閉狀態時，關閉件受熱膨脹，造成開啟困難；如必須在此時開啟，可將閥蓋螺紋擰松半圈至一圈，消除閥桿應力，然后扳動手輪。閥門的使用維護與操作注意事項200以上的高溫閥門，由于安裝時處于常溫，而正常使用后，溫度升高，螺栓受熱膨脹，間隙加大，所以必須再次擰緊，叫做“熱緊”，操作人員要注意這一工作，否則容易發生泄露。天氣寒冷時，水閥長期閉停，應將閥后積水排除。汽閥停汽后，也要排除凝結水。閥底有如絲堵，可將它打開排水。非金屬閥門，有的硬脆，有的強度較低，操作時，開閉力不能太大，尤其不能使猛勁。還要注意避免物件磕碰。新閥門使用時，填料不要壓得太緊，以不漏為度，以免閥桿受壓太大，加快磨損，而又啟閉費勁。閥門的使用維護與操作謝謝光臨2010.11.15

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