控制阀的故障分析与维护

作者：奥卡威过程控制（武汉）有限公司

欢迎访问e展厅 展厅 8 阀门展厅 球阀, 蝶阀, 闸阀, 电动阀, ... 一. 控制阀的故障分析 控制阀在正常运行过程中出现各种故障，它们可来自执行机构、调节机构或连接的附件装置。故障分析用于对故障的定位和处理方案的确定。 执行机构的故障分析 ■ 执行机构的气密性造成的故障 执行机构的气密性造成的故障表现为响应时间增大，阀杆动作呆滞。分析如下。 1.气动薄膜执行机构的膜片未压紧。膜片未压紧或受力不均匀造成输入的气信号外漏，使执行机构对信号变化的响应变得呆滞，响应时间增大。如果安装了阀门定位器，则其影响会减小。故障处理方法是用肥皂水涂刷检查，并消除泄漏点。 2.气动活塞执行机构的活塞密封环磨损。造成控制阀不能快速响应，阀杆动作不灵敏。故障处理方法是更换密封环，并检查汽缸内壁有否磨损。 3.气动薄膜执行机构的膜片破损。表现为阀杆动作不灵敏，可听到气体的泄漏声。故障处理方法是更换膜片，并应检查限位装置或托盘是否有毛刺等。 4.连接管线漏气。造成阀杆动作不灵敏，响应时间增大。故障处理方法是用肥皂水涂刷连接管线，检查泄漏点，并更换或焊接。 ■ 不平衡力造成的故障 不平衡力造成的故障表现为控制阀动作不稳定，关不严等。故障分析如下。 1.流向不当。控制阀安装不当，造成实际流体流向与控制阀标记流向不一致，使不平衡力变化。例如，流关控制阀被安装为流开。故障处理方法是重新安装。 2.执行机构不匹配。造成推力或推力矩不足，使控制阀动作不到位。故障处理方法是更换执行机构。 ■ 填料造成的故障 因填料原因造成的故障表现为外泄漏量增大、摩擦力增大及阀杆的跳动。分析如下。 1. 填料材质不合适。由于填料材质不合适造成的故障主要是外泄漏量增大及摩擦力增大例如，在高温应用场合，采用聚四氟乙烯填料。故障处理方法是更换填料。 2.填料结构设计不当．o填料腔内，填料和有关附件的位置安装不合适，填料高度不合适故障处理方法是按产品说明书要求安装填料和有关附件。 3.填料安装不合适。例如，石墨填料采用螺旋式安装造成填料压紧力不均匀，中心没有对准等。故障处理方法是按层安装，使压紧力均匀。 4.填料有杂物。填料内的杂物造成阀杆划迹。故障处理方法是对填料进行清洁，除去杂物 5. 上阀盖安装不当。上阀盖安装不当使填料受力不均匀。故障处理方法是重新安装上阀盖的垫圈，并对上阀盖固紧螺栓平均地用对角方式压紧。 ■ 电动执行机构的故障 电动执行机构的故障除了常见的线路短路或断路外，还有伺服放大器和电动机等故障。常见故障分析如下。 1.各接插件松动或接线断路或短路。造成接触不良，并增大或降低有关线路阻抗。故障处理方法是检查和拨动连接导线，重新插拔和插入各接插件。 2.减速器机械传动部件。检查运转是否正常，齿轮啮合是否良好，故障处理方法是更换或修补残缺的齿轮，添加润滑剂。 3.电源。检查保险丝是否熔断，伺服放大器位置反馈有无冒烟和特殊气味，如变压器外壳绝缘层及电阻烧焦发出糊味。故障处理方法是更换损坏的元器件。 调节机构的故障分析 ■ 流量特性不匹配造成的故障 控制阀的流量特性用于补偿被控对象的不同特性。如果选配的流量特性不合适，会使控制系统的控制品质变差。例如，在小流量和大流量时，控制系统的灵敏度不同。 故障分析如下 1.被控对象具有饱和非线性特性(例如，温度控制系统)小流量时，控制系统能够正常运行，但大流量时控制系统呆滞。或小流量时控制系统极灵敏，甚至出现振荡和不稳定，但在大流量时，控制系统能够正常运行。故障原因是选用了线性或快开流量特性控制阀。故障处理方法是更换控制阀的阀内件或控制阀，或安装阀f刁定位器，使控制阀满足等百分比或抛物线流量特性要求。 2.被控对象具有线性特性(例如，流量随动控制系统)o小流量时控制系统运行正常，大流量时控制系统出现振荡或不稳定现象。或小流量时控制系统呆滞，大流量时控制系统能够正常运行。故障原因是选用了等百分比或抛物线流量特性控制阀。故障处理方法是更换控制阀的阀内件或控制阀，或安装阀门定位器，使控制阀满足线性流量特性要求。 3.控制阀额定流量系数选择不当。选用的额定流量系数过大或过小，使控制阀可调节的最小或最大流量变大或变小，不能满足工艺生产过程的操作要求。控制阀工作在小开度或大开度位置，控制品质变差。故障处理方法是重新核算控制阀流量系数，安装符合要求的控制阀。例如，直接根据工艺管道直径选配控制阀造成额定流量系数过大，由于生产规模扩大造成额定流量系数过小等。 ■ 流路设计和安装不当造成的故障 因控制阀流路设计或安装不当造成故障表现为噪声增大，污物容易积聚在阀体内部，使控制阀关闭不严，泄漏量增大或卡死等。故障分析如下。 1.双座阀泄漏量增大。双座阀未采用一体化设计，造成温度变化时阀内件膨胀系数不同而使泄漏量增大。故障处理方法是选用一体化双座阀，或选用具有平衡功能的套筒阀。 2.三通阀用于合流时，由于合流的两股流体温度不同造成泄漏量增大。故障处理方法是将流体的合流改为分流控制，安装三通阀在换热器前，从而保证流体温度一致。 3.流向不当造成噪声增大。例如，流开控制阀用于流关场合，造成小流量时的噪声增大。故障处理方法是检查流向，重新安装。 4.上、下游切断阀与旁路阀安装不当。造成污物、冷凝液或不凝性气体不能排放。故障处理方法是排污阀安装在控制阀组的最低处，放空阀安装在控制阀组的最高处。 5.导向轴套安装不当。造成中心未对准，使摩擦增大，阀杆卡死。故障处理方法是重新安装导向轴套。 ■ 泄漏量造成的故障 内泄漏造成可调比下降，严重时使控制系统不能满足工艺操作和控制要求。外泄漏造成环境污染，使成本提高。故障分析如下。 1.因空化和汽蚀造成泄漏量增大。由于空化、闪蒸和汽蚀造成阀芯和阀座损坏，使控制阀的泄漏量增大时表现为气体或液体动力学噪声的增大。故障处理方法是检查阀内件，更换或研磨阀芯、阀座、阀芯堆焊硬质合金，降低控制阀两端压降，消除噪声声源，采用低噪声控制阀等。 2.因被控流体含有杂物造成泄漏量增大。在开车阶段常常因管道吹扫时未将控制阀拆下的不规范操作造成杂物进入控制阀，或在运行过程中，被控流体夹带的杂物积聚在阀体内部，这些杂物造成阀芯与阀座密封面损伤，使泄漏量增大。故障处理方法是研磨阀芯和阀座，在管道吹扫时拆下控制阀，对含颗粒的被控流体，可在控制阀上游安装过滤装置，将控制阀组安装在较高位置，并定期进行排污。 3.执行机构与调节机构连接不合适。故障处理方法是重新安装，进行泄漏量测试。 4.填料安装不当。由于填料安装不当，造成摩擦力增大或使阀杆变形。故障处理方法是重新安装填料，对变形的阀杆整形。 5.法兰安装不当。造成受力不均引起外泄漏，故障处理方法是重新安装连接法兰和垫片，并均匀用力压紧连接法兰。 6.流体流动对阀芯和阀座的磨损。故障处理方法是对阀芯和阀座进行研磨。 7 .填料安装不当造成摩擦增大，控制阀关不严造成外泄漏量增大。故障处理方法是重新安装填料，减小摩擦。 8.流向不当造成泄漏量增大。流向选择不当使不平衡力增大，从而使泄漏量增大。故障处理方法是核对设计图纸，重新安装。 ■ 阀芯脱落造成的故障 阀芯脱落前，控制阀会呈现较大机械噪声。故障发生后，控制系统不能正常进行调节，被控变量出现突然的上升或下降。故障分析如下。 1.控制阀流路设计不合理，造成阀芯振荡和受到剪切力，在长期运行过程中，使阀芯与阀杆的连接销钉断裂，从而使阀芯脱落。故障处理方法是检查控制阀流路，更换销钉。 2.阀芯连接销钉安装不牢，造成阀芯脱落。故障处理方法是重新安装销钉，并紧固。 ■ 阀门定位器的故障 阀门定位器的故障使串级副环的特性变差。由于阀门定位器处于串级控制系统的副环，因此，有一定的适应能力。阀门定位器的故障表现为控制系统不稳定、卡死等。 阀门定位器凸轮不合适造成的故障 阀门定位器凸轮不合适造成的故障现象与控制阀流量特性不合适造成的故障现象类似，它使控制系统在不同工作点处出现不稳定或呆滞现象。故障处理方法是根据被控对象特性和控制阀流量特性选择合适的阀门定位器凸轮，安装凸轮后需进行调试。 阀门定位器放大器造成的故障 阀门定位器放大器的故障有节流孔堵塞、放大器增益过大等。前者使输出变化缓慢，后者使控制系统出现共振现象。因此，故障处理方法是检查和疏通放大器节流孔，当放大器增益过大时，可减小压紧钢珠的簧片弹力或更换放大器等。 阀门定位器检测杆不匹配造成的故障 阀门定位器检测杆不匹配造成死区增大，不能正确及时反映阀位的反馈信号。因此，控制系统的控制品质变差。故障处理方法是检查和重新安装反馈检测杆。 ■ 气动系统常见故障 气动控制阀的气源质量不良是最常见的气动系统故障。 水分造成的影响和故障分析 水分是压缩机吸人湿空气后，在冷却时形成的。水分使气动装置的元件生锈、影响气动元件动作。水分造成的影响如下。 1.管道。造成管道内部生锈；管道腐蚀，造成空气漏损，容器破裂；管道底部滞留水分造成空气流量不足，压力损失增大。 2.元器件。管道生锈，加速过滤器网眼堵塞，使过滤器不能工作；管内锈屑进入阀门内部，引起动作不良，空气泄漏；锈屑使元器件咬合，不能顺利运转；直接影响气动元器件的零部件，引起转换不良，空气泄漏和动作不稳定；水滴侵入阀体内部，造成动作不良；水滴进入元器件内部，使不能顺利运转；水滴冲洗润滑油，使润滑不良，阀门动作失灵，执行元件运转不稳定；阀内滞留水滴造成流量不足，压力损失增大；发生水击现象引起元器件损坏。 3.环境。从排气口向外放出的泄放水，污染环境。水分造成的故障可采用的故障处理方法是除水，即压缩机出口温度下降到使所含水分析出水滴，并排除。为此，在压缩机后应设置和安装冷却器和分离器，在压缩机人口安装空气过滤器。水平管道有一定斜度，在低端安装排水阀。出口安装干燥器。 可采用的除水措施如下。 a．吸附除水法：用吸附能力强的材料吸附水分，例如用硅胶、铝胶和分子筛等 b，压力除湿法：提高压力，使体积缩小，温度降低，从而析出水滴。 c．机械除水：用机械阻挡、旋风分离等除水。 d．冷冻除水：用制冷设备使空气冷却到露点以下，使水气凝结成水析出。 油分造成的影响和故障分析 压缩机润滑油呈现油雾状混入压缩空气，并经受热随压缩空气一起送出，是压缩空气含油的原因。油分的影响如下。 1.密封圈变形。密封圈收缩，空气泄漏阀动作失灵，执行元件输出力不足；密封圈泡油发胀，摩擦力增大，阀不能动作或执行元件输出力不足；密封圈硬化，摩擦面磨损，空气 泄漏量增大；摩擦增大，阀门和执行元件动作不良。 2.环境。工业原料化学药品直接接触空气的场所使原料化学药品性质变化；工业炉等直接接触火焰场所引起火灾危险；使用空气的计量仪器因喷嘴的堵塞而失灵；要求极度忌油环境，由于阀门和执行元件密封部分的泄漏油造成环境污染，油分的清除方法是采用除油滤清器。例如，用离心式滤清器除油雾粒子，用活性炭吸附或用多孔滤芯除油。 粉尘造成的影响和故障分析 压缩机吸人有粉尘的空气而流人气动装置，造成气动元件摩擦，损坏和增大摩擦力。粉尘造成的影响如下。 1.控制元件。控制元件摩擦并磨损和卡死，动作失灵和不能换向；影响调压的稳定。 2.执行元件。执行元件摩擦并磨损和卡死，动作失灵；降低输出力。 3.放大器等具有节流件的气动元器件。使喷嘴挡板的节流孔堵塞，因油污而失灵，粉尘的排除方法是在压缩机吸气口安装空气滤清器，进入气动装置前再用空气过滤器过滤，定期对过滤器进行清洗或更换。 二. 控制阀的维护 控制阀正常运行后要进行维护和保养。控制阀作为自动化控制系统的一部分，其维护应与自动化仪表和其他设备同时进行。 控制阀的维护与一般仪表的维护类似，可分为被动性维护、预防性维护和预见性维护。被动性维护是当控制阀等设备出现故障时才进行维护的一种维护方法。由于设备发生故障才维护因此，常常造成生产过程停车，严重时甚至出现设备损坏或人员伤亡等。被动性维护是生产过程所不希望的维护，预防性维护是根据过去的运行经验，按时间进行维护的一种维护方法。例如，常用的定期维护就是预防性维护，它根据不同设备的运行情况制定相应的维护时间表，在设备还没有出现故障时就进行维护。由于故障没有发生就进行维护，因此，可大大降低故障发生概率。但这种维护方法并没有将当前使用的该控制阀实际情况进行分析，常常对还可以使用一定时间的控制阀进行拆装和检查，浪费了时间和资源。预见性维护从当前使用的控制阀数据分析出发，预见该控制阀的状态，从而使控制阀得到最大限度的利用。 控制阀的日常维护 ■ 控制阀维护人员的技能要求 控制阀维护人员与仪表维护人员的技能要求类似。维护人员应具备下列条件： 1.熟知控制阀的维护规程和控制阀产品说明书的技术要求。 2.熟悉控制阀结构、工作原理及拆装的技术要求。 3.了解相应的控制阀在工艺生产过程中的作用，熟悉工艺生产过程对控制阀的要求o 4.熟练掌握控制阀维护所需仪器仪表的使用方法。 ■ 控制阀日常维护工作内容 控制阀日常维护工作内容分为巡回检查和定期维护两部分，巡回检查工作内容如下。 1.向当班工艺操作人员了解控制阀的运行情况。 2.查看控制阀和有关附件的供给能源(气源、液压油或电源) 3.检查液压油系统运行情况。 4.检查控制阀的各静、动密封点有无泄漏。 5.检查控制阀连接管线和接头有无松动或腐蚀。 6.检查控制阀有无异常声口向和较大振动，检查供给情况。 7.检查控制阀的动作是否灵活，在控制信号变化时是否及时变化 8.侦听阀芯、阀座有无异常振动或杂音。 9.发现问题及时联系处理。 10.做好巡回检查的记录，并归档。 定期维护工作内容如下： 1.定期对控制阀外部进行清洁工作。 2.定期对控制阀填料函和其他密封部件进行调整，必要时应更换密封部件，保持静动密封点的密封性。 3.定期对需润滑的部件添加润滑油。 4.定期对气源或液压过滤系统进行排污和清洁工作。 5.定期检查各连接点的连接情况，腐蚀情况，必要时应更换连接件。 ■ 控制阀的定期校验 控制阀预见性维护工作尚未开展的单位，应对控制阀进行定期校验。定期校验工作是预防性维护工作。 根据不同工艺生产过程，控制阀的定期校验应有不同的校验周期。可结合制造商提供的资料确定各控制阀定期校验的周期。通常可在工艺生产过程进行大修的同时进行。一些控制阀应用在高压、高压降或腐蚀性较强的场合时，检验周期要缩短。 检验的内容主要是控制阀静态性能测试，必要时可增加相应的测试项目，例如控制阀流量特性的测试等。定期校验需要有关测试设备和仪器，还需要有更换的部件，因此，通常可委托制造厂商完成。 ■ 控制阀的维修 控制阀维修分应急维修、定期维修和预见性维修。应急维修是控制阀出现故障，不能满足工艺操作要求时的维修。定期维修通常包括日常维修和与工艺停车大修同时进行的维修。预见性维修是根据预见性维护的分析结果，有针对性地对有关控制阀部件的维修。应急维修是控制阀发生故障后的维修，定期维修和预见性维修是控制阀发生故障前的维修。 ■ 日常维修的主要内容 控制阀和附件日常维修的主要内容如下。 1.气动执行机构膜片的更换。气动薄膜执行机构的膜片在运行过程中受到伸缩，因此，容易疲劳损坏。更换时应采用同规格的橡胶膜片，固紧时应使膜片受力均匀，防止泄漏和压坏膜片。 2.研磨。阀芯与阀座之间在运行一定时间后造成泄漏，汽缸的活塞与缸体之间也会造成内部泄漏，这时应进行研磨。可进行手工研磨、机械磨削、镀层处理和镶套等方法，研磨用的金刚砂粒度应合适，研磨力应均匀和合适。经研磨后，应进行抛光，并满足所需光洁度和精度要求，满足阀芯与阀座的对中要求等，在总装后需进行密封性测试。 3.填料函更换。填料函更换时应采用同类型的填料函，更换时应小心将填料勾出，正确拆除填料，防止对阀杆造成损伤。新填料函的安装应按照说明书要求，切口应错位，防止阀杆的螺纹对填料的刮伤，填料的压紧力应均匀和合适，防止造成应力和增大摩擦力。 4.传动部件的更换。控制阀和附件中的传动部件如果部分磨损可进行部件更换、修复等。在更换和修复后应保证传动灵活，传动间隙尽量小。 5.气动放大器的清洗。因仪用压缩空气内的污物造成气动放大器的节流孔堵塞时应对节流孔进行清洗，可采用合适的钢丝进行疏通和清洗。回装时，放大器膜片应受力均匀，防止造成堵塞或泄漏。可通过调节钢珠的压紧力调整放大器增益，防止共振。 控制阀的定期维修 通常，控制阀的日常维修由仪表维修人员进行，与大修同时进行的定期维修由制造技术人员进行。 ■ 控制阀的日常维修 控制阀日常维修工作包括下列内容。 1.消除应力。由于安装或组合不当造成各种应力。例如，高温介质产生热应力，安装时紧．固力不平衡造成应力等。应力的不平衡作用在控制阀上，使控制阀阀杆、导向件变形，不能正确与阀座对中造成泄漏，变差增大等。因此，在日常维修中应进行消除应力的维修工作。 2.清除铁锈和污物。经常检查控制阀连接管道内有无铁锈、焊渣、污物等，发现后应及时清除。因为这些污物会造成控制阀阀芯和阀座的磨损，影响控制阀的正常运行。通常，可在控制阀前加装过滤网等过滤装置，并定期清洗。 3.检查控制阀支撑。控制阀支撑使控制阀的各部件处于不受重力等影响的位置。如果支撑不当会造成控制阀阀杆与阀座不能对中，使变差增大，密封性能下降。因此，应检查控制阀支撑是否合适。 4.清除气源、液压油等供应能源的污物。气源、液压源是控制阀运行的能量来源。仪用压缩空气、液压油中所含的杂质会堵塞节流孔和管道，造成故障。因此，定期检查气源、液压油，定期对过滤装置进行排污十分重要。 5.齿轮传动装置的检查。对手轮机构、电动执行器和液动执行器的齿轮传动装置应定期检查，添加润滑剂，防止咬卡现象发生。应检查制动和限位装置是否灵活好用。 6.填料函检查。应检查填料的磨损情况和压紧力，定期更换填料函，保证填料能够在起到密封的同时，减少其摩擦力的影口向。对无油润滑的填料函不应添加润滑油。 7.安全运行的检查。对在爆炸性危险场所使用的控制阀和有关附件应检查其安全运行情况例如，密封盖是否拧紧，安全栅的运行情况，电源供应情况等，保证控制阀及有关附件能够安全运行。 8.运输和保管。控制阀在运输和保管期间，应用专用支架固定，防止松动；安装在控制阀上的有关附件，如阀门定位器、手轮机构等应牢固，应防止与控制阀连接的反馈杆等部件受到外力损伤；各连接接口应用塑料膜封套，防止外物侵入；控制阀的连接口可用配套法兰和盲板密封，也可采用黏性纸密封，防止外物侵入。运输时应加装牢固的木箱，并采取防风沙、雨水和粉尘等恶劣运输环境条件的影响。运输和保管的环境条件应满足产品说明书要求。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (12/23/2013)