調節閥波動的回路原因分析處理

在化工生產中，自動控制的應用非常廣泛。自動控制可以減輕工人的勞動強度，提高控制精度，降低產品成本，典型的自動控制原理如圖1所示。檢測單元把工藝系統中檢測到的數據轉換為模擬或數字信號后傳送到集成運算單元，集成運算單元將接收到的信號和控制指令（給定信號）進行對比運算，再把運算結果送到執行單元，執行單元根據信號自動對工藝系統進行控制/調節。在目前的實際應用中，大部分的執行單元都是以調節閥作為終端元件，所以幾乎所有回路中的故障終都將反映到調節閥上，而在眾多的故障現象中，調節閥波動比較常見，但不好處理。鑒于調節閥是終端執行元件，因此，對調節閥波動必須結合整個控制回路進行分析，查找出導致調節閥波動的真正原因，才能從根本上消除調節閥波動故障。表1是2003年系統中調節閥波動的統計。
2、原因分析及處理
一個典型的自動控制系統回路。一個完整的自動控制系統涉及很多個獨立的單元。總的來說，導致調節閥波動的原因有很多，有的是調節閥自身的波動，另外就是傳送到調節閥的信號波動引起調節閥波動，信號波動的原因從每一個單元來說，幾乎都有可能產生。
2、1檢測單元出現輸出數據信號波動
檢測單元是從工藝系統取得檢測數據的儀表單元，檢測儀表分兩種：直接式測量，比如溫度探頭、浮力液位計等；另一種是間接式測量，比如光學測溫儀、雷達料位計等。從我們使用和處理的情況看，檢測單元檢測數據出現波動的大多是直接式測量儀表。出現數據波動的原因主要有兩個：一是系統本身的波動導致的，比如合成氨系統的合成氣壓縮機100C2密封油高位槽100V35的液位變送器LT507，因為高位槽的液位在設定后，潤滑油泵送來的潤滑油進入高位槽后，通過管線進入壓縮機缸體后再回到油箱，因為回油量基本固定，高位槽的液位主要由LV507控制，當液位過高時，LV507關小，液位低時，LV507打開，所以，在LV507的不斷調節中，高位槽的液位是不斷變化的，LT507檢測到的數據自然就是波動的，LT507的數據波動反過來給LV507一個波動信號，LV507就在不停的波動。但是這種波動并非故障，而是一種正常的調節狀態，更換了靈敏度更高的液位變送器，調節就比較平穩，波動明顯減小。另一種情況是檢測儀表自身的故障，比如浮力式浮筒液位計，其原理是一個在外套筒內的浮筒沒于介質中，根據介質的液位高低不同，浮筒所受的浮力也不同，輸出變化的扭矩產生不同的輸出信號。當介質中含有微粒雜質比較多的時候，因為浮筒與外套筒間的間隙很小，如果介質中的雜質進入到里面，就有可能將浮筒卡住，在浮筒的浮力尚可克服卡澀摩擦力時，浮筒液位計的輸出信號就容易出現波動，傳送到調節閥的信號也是波動的，造成調節閥波動。這種情況的處理是避免介質中的雜質進入到浮筒與套筒中間的間隙，比如加濾網等。
2、2集成運算單元故障引起輸出信號波動
對于集成運算單元，在大型的自動化控制系統中，主要采用DCS集散控制，所有的信號采集、集成運算、信號輸出都是在DCS系統中完成的，終的系統運算如果細化來看，信號采集、信號輸出主要是DCS的卡件在起作用。實際的儀表回路如圖2所示。變送器把檢測到的數據通過DCS系統對的卡件進行集成送給CPU運算，然后將結果通過卡件輸出給執行單元，執行單元根據接收到的信號對工藝系統進行調節/控制。
執行單元主要是接收集成運算系統輸出的信號，然后轉換為氣壓信號，或直接以電流信號來推動調節閥動作，達到控制/調節的目的。在執行單元，一般分三個環節：電氣轉換器、定位器、執行器。在電氣轉換器環節中，容易引起波動的原因主要有噴嘴/擋板太臟和接線不牢兩種。在儀表空氣不干凈，如儀表空氣含油、含微塵等，在噴嘴/擋板處會逐漸積聚，時間長了，積聚的污物太多時，就會影響噴嘴的排氣，導致電氣轉換器輸出波動。出現這種情況，只需要及時清潔噴嘴/擋板就可以解決。第二種是接線不牢，從主控送出的數字/模擬信號，通過電氣轉換器轉換為可以被定位器或執行器接受的20－100Kpa標準信號，當電氣轉換器接線端子接觸不好或沒有接牢靠時，即使有輕微的振動，都有可能造成電氣轉換器輸出波動，從而引起調節閥波動。比如我廠尿素系統一臺冷凝液控制閥AV09701，工藝反映波動較大，經檢查是信號波動，懷疑是電氣轉換器故障，打開電氣轉換器，各部件都正常，后發現接線端子壓線螺釘松動，導致輸出信號波動，緊固壓線螺釘后故障消除。所以，對于接線不牢引起的故障，解決的辦法就是緊固接線，保證各接點牢固。
對于定位器，引起波動的主要是結構的原因。定位器的主要作用就是提高定位精度、加快響應速度，如果定位器出現故障，就可能引發很多問題。具體就波動而言，有以下幾種可能的原因。一是和電氣轉換器一樣，因為儀表空氣不干凈，噴嘴/擋板結構的會因為噴嘴/擋板太臟引起定位器輸出波動，對于用滑閥控制的，滑閥的“O”形密封環老化、磨損，也會引起輸出波動從而導致調節閥波動。因此，對于噴嘴/擋板太臟的，同樣只需要清潔噴嘴/擋板就可以了，而對于滑閥“O”形密封環老化、磨損的，就必須更換“O”形密封環。另外，定位器反饋松動也可能引起定位器輸出波動，比如鍋爐給水閥100FV106，因為反饋凸輪緊固螺釘松動，造成反饋松動，引起調節閥大幅波動。當定位器反饋松動后，調節閥閥位的變化不能對定位器形成負反饋，信號和輸出不對應，調節閥動作滯后，而信號的要求與調節閥滯后沖突，引起調節閥波動。所以，對于反饋松動的，需要將松動的部位緊固。還有一種情況在查找故障原因時很容易被忽視，即定位器排氣通道被堵塞，當定位器動作時，其放大器或滑閥可能需要排氣，如果定位器的排氣通道不暢通，就會出現調節閥在調節的時候產生波動。比如LV150，工藝反映波動，現場檢查各部件正常，且沒有波動現象，后主控動作該閥時出現波動，定位器排氣聲幾乎聽不到，檢查排氣通道，發現通道在防腐的時候被油漆堵住了，定位器排氣相當的慢，清理排氣通道后故障消失。
在執行器部分，除了上面的信號波動原因，其本身波動的原因也是有兩種。常見的是執行機構氣室密封不良，出現漏氣、串氣引起波動。對于薄膜式執行機構，如果膜片損壞，當氣室有氣壓的時候，薄膜就會漏氣，定位器則需要不停調整輸出以的向氣室內補充儀表空氣，這時候就可能出現調節閥波動。對于氣缸活塞式執行機構，如果活塞不能密封，氣室串氣，定位器也需要不停的調整輸出，同樣容易出現波動。所以，對漏氣、串氣的，需要更換相關部件消除漏氣、串氣。另外一種原因是執行機構的有效輸出力不夠，在一定的工況下，不能克服閥芯的不平衡力和填料的摩擦力，調節閥出現波動，這種故障一般可以增加氣源壓力或彈簧預緊力、也可以通過適當松動填料以減小摩擦力來消除。
2、4中間環節引起調節閥波動
從整個回路來看，除了各個主要環節引起調節閥波動外，中間有的環節也有引起調節閥波動的可能。各個單元之間的連接都是通過屏蔽信號電纜或接線來連接的，如果中間某一個地方接線不牢固，就有可能引起信號波動。
因此，在各個主要環節中間的連接都不可以忽視，在整個儀表控制回路中，任何一點的連接出現問題都會引起調節閥不能正常運行。特別是各個接線端子，一定要保證連接牢固可靠。