阀门定位器及调节阀日常故障和判断

智能阀门定位器在石油化工装置自动化控制系统中的应用

在石油化工装置自动化控制系统中，调节阀的选用对精度而言至关重要，它的使用情况影响到产品质量，并关系到装置安全生产。独山子乙烯厂各装置使用的调节阀包括各个厂家多种类型的产品。但绝大多数调节阀安装的是普通类型阀门定位器。现在独山子乙烯厂使用了美国FISHER-ROSEMOUNT公司生产的FIELDVUE智能阀门定位器，经过一年多的运行，与普通阀门定位器的性能、使用情况、性能价格比等方面进行了比较类型

配用普通定位器的调节阀配用智能定位器的调节阀

基本误差小于全行程的20% 小于全行程的0.5%

阀门稳定性稳定极其稳定

调校在现场手动调校通过校验仪在现场、机柜或与DCS通讯调校

信号源4～20mA或气动信号模拟信号或数字信号

性能/价格比低高

PID操作无有

通讯无HART协议

1 FIELDVUE智能阀门定位器的工作原理和特性

1.1 智能定位器原理

FIELDVUE系列数字式阀门控制器有一个独立的模块基座，它可以很方便地在现场更换而不必拆现场的导线或导管。这个模块基座包括一些子模块：I/P转换器；PWB （印刷电路板）组件；气动中继器；指示表。模块基座可以通过换子模块而重新组合。FIELDVUE系列数字式阀门控制器通过进入端子盒的一对双绞线接受输入信号和电

能，输入信号同时到PWB组件子模块，在那里它被附加许多参数，例如多段折线性化中的节点坐标，极限值和其他数值。然后PWB组件子模块送信号给I/P转换器子模块。I/P转换器转变输入信号成为气压信号。该气压信号送到气动中继器，加以放大并作为输出信号送到执行机构。该输出信号也可以被安置在PWB组件子模块上的压力敏感元件所感受。用于阀门执行机构的诊断信息。阀门和执行机构的阀杆位置当作输入信号引入PWB子模块，用作数字式阀门控制器的反馈信号，数字式阀门控制器上也可以配备指示表，指示气源压力和输出压力。

1.2 智能阀门定位器的智能特性

1.2.1 实时信息控制、提高安全性和减少开支

1）改善控制：双向数字通讯把阀门当前情况的信息带给你，你可以依靠阀门工作信息有根据地对过程控制进行管理决定，确保及时控制。

2）提高安全性：可以从现场接线盒、端子板或在控制室这样的安全地区使用手操器、PC机或系统工作站选取信息，将你面对危险环境的机会减到最小，并且不必亲临现场。3）保护环境：可以把阀门泄漏检测仪或限位开关接到智能数字式阀门控制器的辅助端子，免得额外增加现场布线，若发生超限该仪表将会报警。

4）节省硬件开支：当FIELDVUE系列数字式阀门定位器用在集成系统时，由于FIELDVUE数字式阀门控制器替代调节器可以节省硬件和安装费用。FIELDVUE系列数字式阀门控制器使布线投资、端子和I/O需求投资节省50%。同时FIELDVUE仪表采用二线制供电，不要求单独而价高的供电导线。它们替换掉现有的配装于阀门的模拟仪表，节省了单独敷设电源线和信号线的高额费用。

1.2.2 结构可靠和HART信息

1）结构经久耐用：全密封结构阻止了震动、温度和腐蚀性环境对它的影响，独立的

防风雨现场接线盒把现场导线接点和仪表其他部分隔离开。

2）加快开工准备步骤：数字式阀门控制器的双向通讯能力使你可以通过远程识别每台仪表，检验它的校准情况，查阅对比以前存储的维修记录及其他更多信息，达到尽快启动回路的目的。

3）便于选取信息：FIELDVUE数字式阀门定位器和变送器应用HART通讯协议可以方便地选取现场信息。如实地看到控制过程的基础——控制阀本身——在阀门或现场接线盒上借助于手持通讯器，在DCS控制室借助于个人计算机或操作员的控制台。采用HART协议也意味着FIELDVUE仪表可以组合在集成系统之内，或作为自成一体的控制设备来用。这种多方面的适应性，使得无论现在或将来，系统设计工作更为方便容易。

1.2.3 自诊断与控制能力

1）现场总线的通信

所有DVC5000f数字式阀门控制器都包含现场总线通讯能力，包括A0功能块及下列诊断：

a）关键阀门使用跟踪参数；

b）仪表健康状态参数；

c）预定格式阀门性能阶跃维护测试。

关键阀门使用跟踪参数可监控阀杆的总行程（行程累积）及阀杆行程转向（周期）的次数。如果仪表的内存、处理器或检测器有任何问题，则仪表的健康状态参数报警。一旦有问题发生，可确定该仪表将如何对该问题作出反应。假如，若压力检测器有故障时，仪表是否应当关闭？也可选择哪一个元件出毛病将引起仪表关闭（是否问题严重，足以引起关闭）。这些参数指示以报警形式报告。监控性报警可以提供有关有问题

的仪表、阀门或过程的瞬间指示。

2）标准控制与诊断

所有DVC5000f数字式阀门控制器都包含标准的控制与诊断。标准控制包括A0与PID功能块。标准诊断包括下列诊断测试：a）动态误差带；b）驱动信号；c）输出信号。

动态误差带、驱动信号及输出信号是动态扫描测试。这些测试是在被控制的速度下转变传送器块（伺服机构）的设定点并绘出阀门的操作以确定阀门的动态性能。例如，动态误差带测试是滞后与死区加“回转”。滞后与死区是静态的质量。然而由于阀门是在运动着的，就带来了动态误差和“回转”误差。动态扫描测试给出了较好的指示，即阀门在过程条件下将如何操作，那将是动态而不是静态。在个人计算机上运行ValveLink软件可完成标准与先进诊断测试。

3）先进诊断

具有先进诊断的仪表可完成标准诊断所包含的动态扫描测试内容加上第4个动态扫描测试，即阀门特征测试以及4个阶跃诊断测试。阀门特征测试可让您确定阀门/执行机构的摩擦力、台架测试压力信号范围、弹簧刚度及阀座关闭力。

4）过程总线

费希尔控制设备性能服务部门可使用具备过程诊断能力的仪表来评估阀门、过程及变送器而基金会现场总线控制回路仍处于自动状态，而且过程继续生产产品。利用过程诊断，性能服务部门将能够识别与找出哪一个过程的组成单元有可能今天引起质量问题。尽管过程诊断需要启动运行，其终点却是要由过程或操作员干预才能确定的。过程诊断可同时在多个阀门上进行。

2 应用和维护

2.1 应用

FIELDVUE智能阀门定位器于1998年4月安装使用于裂解和乙二醇装置共16台。主要用于更换一些重要控制点的回路场合。如裂解炉的进料流量阀和乙二醇环氧反应器的进料流量阀的控制。

我们使用手操器对其进行了组态和校验，其线性度可达99%，零点和量程及回差均可以控制在精度要求的范围之内，控制极其稳定且抗干扰的能力也特别强，完全满足工艺控制的要求。

2.2 维护

FIELDVUE定位器维护量极少，基本上无需维护。其现场适应性特强。但为了保证长期、稳定地运行，仪表人员应作好以下几个方面的工作。

1）为保证其良好的工作环境，防止意外损坏，应定期检查定位器周围的工作环境。同时保证其工作气源的稳定和洁净，减少外界因素造成的仪表波动和故障。

2）仪表人员应每周检查阀门和定位器的泄露和工作情况，及时消除隐患。每月使用手操器对定位器进行特性曲线检查，检查零点、量程、线性和回差等参数，并对其优化和调整，保证其工作质量。

3）定期对调节阀进行检修和维护，确保阀门工作质量。同时对DCS调节控制回路参数进行优化，以确保与定位器互相工作的协调性和稳定性。

4）由于DCS方面和其它原因，其现场总线和软件功能我们没有完全得到开发和利

用，对智能维护和诊断功能无法完全使用，但还是大大减轻了日常维护量。

通过近两年在化工装置的使用效果来看，智能型阀门控制器性能稳定、调校方便；能实现与DCS的直接通讯，并具备自诊断功能，维修简单；可移植到现场总线，代表当今仪表技术发展的方向。进一步开发和使用其软件功能是我们今后努力的目标方向。

调节阀的预先维护及故障检修指南

摘要：从工程实用的角度概述了调节阀在安装设定时应做的常规性维护和准备工作，并介绍了一些有关调节阀常见故障的维护检修常识。

关键词：调节阀；维护方式；预先性维护；故障查找检修

典型的调节阀维护方式有 3 种：1 ）应答性维护（Reactive Maintenance ）；2 ）预防性维护（Preventive Maintenance ）； 3 ）预估性（Predictive Maintenance ）维护。众所周知，前两种方式早已在工业控制领域得到广泛应用，而第3 ）种方式却是近十几年才发展起来的模式。特别是通过借助计算机技术，先进的专家诊断系统使预估性维护更加简单快捷。

调节阀的预先性维护（Preemptive Maintenance ）是一种演绎过来的方式。它基于全面质量管理（Total Quality Control ）理论—事先花点时间做一些工作，把那些可能会发生的问题消除在萌牙状态。预先性维护是安装设定调节阀时的一个重要环

节，也是延长调节阀使用寿命的关键因素之一。那么在安装设定调节阀时应做些什么前期准备工作，这些工作又能起什么作用？“预先性维护”将给您提供一些信息和答案，见表1 。表1 预先性维护

应做的工作

结果和作用

安装前要保护好调节阀组件不受外界损伤

移去阀门的包装物品（如固定物、保护塞或盖面罩等）

安装调节阀前应冲洗工艺管道，并进行水压试验

选用合适的法兰垫圈

在安装调节阀时，应采用固定夹板（箍条）支撑阀门

采用标准的阀门和执行机构定位取向方式

在夹装无法兰（Flangeless 或wafer ）阀体时，就注意控制紧固的力矩和均匀性确保旋转阀为打开状态，且流道（Flow element ）要高于转轴

在安装调节阀和水压试验期间，要保护好波纹管不受损

必要时应装保温材料

吹扫空气管线

可防止连接法兰端面泄漏、空气管线泄漏以及由于空气管线弯皱压扁而导致调节阀的响应速度变慢避免因异物存在的防碍调节阀正常工作，影响响应速度（变慢）

避免阀内组件1 ）受损、阀内部泄漏以及波纹管损坏

避免法兰连接处外泄

防止因应（重）力作用导致调节阀附件出现故障而不能正常工作，并避免空气管路泄

漏

防止轴套和密封件过早受损；另外也可使维护检修以及操作使用管理更加方便简单避免因紧过头或紧固不均匀而损伤阀体和密封件

有助于使杂物沉集在阀底部，而不至于被带入密封件和轴套内

这样可避免经波纹管外泄

保持填料系统低冷，有助于避免经波纹管外泄

防止杂物损害阀门附件的性能，避免阀门行程速度受到影响

提供充足的供气压力和容量

尽可能*近调节阀安装电/ 气转换器

避免电/ 气转换器分程

移去附件所有的包装物和保护塞

确保排气管线有足够量的气排出

正确调整台座设定（Benchset ）3)

正确调整阀门行程

正确调整填料系统

正确调校电/ 气转换器和阀门定位器

供气量不足会影响到阀门行程速度；而供气压力不足会导致阀门关不死、缩减行程或降低行程速度

如果电/ 气转换器离调节阀太远，将会增加滞后，降低行程速度 2 ）

分程会增加滞后，降低行程速度

包装物和保护塞会影响附件的性能和阀门的行程速度

气量不足（排气不畅）会降低行程速度

如果没有正确设定，将缩减行程、关不死阀门、以及降低行程速度

对于蝶阀，过行程（Overtravel ）会导致密封件和阀蝶（Disc ）损坏；对于旋转阀，不正确的零点设置会导致阀内部泄漏大；行程不足（Undertravel ）会影响阀的流通能力；对于滑动阀杆（Sliding-stem ）调节阀，不正确的行程调整程序会导致大的阀内部泄漏。

不适当的填料装填会导致行程缩减、动态响应差、经由填料系统的内/ 外部泄漏大

不正确的调校或配置会导致行程缩减或大的阀内部泄漏

注：1 ）阀内组件（Trim ）系指与工艺介质接触的可拆内部零件，即阀芯、阀座、阀杆阀芯导向件、衬套及笼式阀芯、填料函（包括填料压环、弹簧、液封环及填料底环）而不包括填料、阀盖、底法兰、阀盖及底法兰与阀体间的密封垫片。

2 ）有时为了方便维护检修调校，会将若干个电/ 气转换器集中安装在一个轨道上，然后把它们分别连接到不同距离的调节阀上。但如果距离太远会影响调节系统的品质。根据经验，如果电/ 气转换器后接阀门定位器，则距离应小于30ft （约9m ）；如果电/ 气转换器不接阀门定位器而直接连接执行机构，则距离应小于10ft( 约3m) 。

3 ）又称执行机构台座设定（Actuator Benchset ），是与执行机构弹簧（Autuator Spring ）和膜片（或活塞）等部件有关的一项设定。设定的好坏将直接影响到阀座荷载（Seat Load ）、阀门行程范围、行程速度以及阀座泄漏量（全关时的严密等级）等重要阀门工作性能参数。有时可利用执行机构的弹簧调整器（Spring Adjustor ，位于执行机构弹簧座下）进行调整设定。一般应在调节阀出厂前或安装前设定好。

如果调节阀控制品质不佳或者出现故障，应及时检查和维修，以确保工艺操作正常运行，维护人身生命安全。但如何能快捷准确地查找出结症并解决问题呢？“故障查找检修指南”也许能给您一些提示和帮助；见表 2 。

表2 故障查找检修指南

症状和起因

解决办法

1 ）填料泄漏

a) 阀杆的表面光洁度1 ），清洁度有问题

b) 阀杆弯曲

c) 填料充填不够紧密（或充填不足）

d) 填料的类型或配置成不对

e) 填料堆积过高（石墨）

f) 腐蚀且产生坑凹洞穴（石墨）

g) 填料压环（或称填料函压盖）磨损或翘起变形

a) 清洁并抛光阀杆，使其表面光洁度达到4rms 2

b)矫直阀杆，在全行程范围内，阀杆运动的直线度3）应小于0.02in（约50μm）

c)重新拧紧填料箱盖螺母或者更换新的填料

d)对照实际应用检查核实填料的类型和配置构成，必要时应重新装填

e)加装调整衬垫（Spacer，一种特殊间隔定位垫圈）以降低填料高度，然后重新装填

f)采用牺牲垫圈4）。如果阀门的动作在2至3周以后仍迟缓，那么就应该换掉石墨填料

g)检查并更换所有损伤部件，诸如填料压紧法兰，螺母和填料压环等，使整个填料系统保持高性能状态

2 ）阀门对控制信号不响应

a) 无仪表空气供给或者供气压力不足；或执行机构内出现泄漏

b) 供气入口管路上的电磁阀关闭

c) 无控制信号输入

d) 供气管路弯皱（卷曲，压扁），破损

e) 供气管路上的管件泄漏

f) 流向不对，导致阀芯承受特别大的负荷

g) 空气管路连接不对

h) 填料系统的部件制约了阀杆或转轴的运动

i) 阀门定位器或电/ 气转换器受损（故障）

j) 填料太紧

k) 阀内组件损伤；阀芯被卡死在阀座内

a) 根据P & IDs 。核对是否所有的供气阀门都已打开？测量并核实供气压力是否满足要求；在各密封端接键处或膜片处听窜气（或漏气）的声音。修理或更换损伤的部件

b) 通电激磁驱动电磁阀。如果发现电磁阀有故障不动作，修复它

c) 无控制信号输入可能说明熔断器烧坏了。更换它

d) 检查所有的供气管线，核对它们是否弯皱（卷曲，压扁），破损？修理或更换损坏的管线

e) 检查所有管件是否泄漏？如果有泄漏，将其拧紧或更换

f) 倘若阀门仅仅是被安装在管道上，那么就应查看调节阀的流向箭头，确认工艺介质是按正确的方向流过，如果条件合适，应将流向反向

g) 检查活塞执行机构（Piston Actuator ）的入出气路，确认供气管路没有被错接到排气口（或者确认排气口没有被错接到供气管路）。当然还应检查所有的空气连接管路

h) 检查填料系统的密封压圈（Cland ）。密封压圈的使用配置不当是制约阀杆或转

轴运动的一个主要原因。必要时更换填料系统的部件，并将阀内组件擦拭光洁

i) 检查阀门定位器及电/ 气转换器，看是否能手动改变它们的输出值。如果不能，则表明它们有故障，修理或更换

j) 导向件（Guides ）装填或装配得过紧会导致很大的摩擦阻力，从而阻碍阀门的动作。松开填料系统进行润滑、转动（阀杆），然后重新拧紧

k) 更换或者修复受损伤的阀内组件，破损部件可能可以将其研磨抛光后再用；用人工或机构加工方式将阀芯从阀座中拔出，修复或更换破损的部件

3) 阀门不能打开至额定行程

a) 供气压力不足

b) 执行机构或附件存在泄漏

c) 阀门定位器或电/ 气转换器的调校不正确

d) 行程调整不正确

e) 执行机构弹簧的额定弹簧范围（又称弹簧刚性）不对

f) 台座设定不正确

g) 阀杆或转轴弯曲

h) 阀内组件受损

i) 阀内组件中有杂物

j) 流向不对

k) 执行机构选配太小（作用的有效面积太小）

l) 填料系统摩擦阻力太大

m) 手动机构5 ）或行程止挡6 ）的定位不对

a) 核实是否有足够的供气压力

b) 将执行机构、空气管线、管件和附件的所有泄漏问题解决

c) 正确调校阀门定位器和电/ 气转换器

d) 重新调整阀门行程

e) 更换执行机构弹簧

f) 调整台座设定

g) 更换弯曲的阀杆或转轴

h) 更换损伤的阀内组件

i) 清洁阀内组件

j) 将流向反向

k) 更换执行机构

l) 松开填料系统进行润滑、转动（阀杆），然后重新拧紧m) 重新调整定位手动机构或行程止挡

4) 阀门的行程动作灵敏度低或迟缓

a ）填料系统摩擦阻力太大

b) 阀杆或转轴弯曲

c) 供气压力不足

d) 供气量不够

e) 附件的规格不够

f) 活塞式执行机构内摩擦阻力太大

g) （密封）轴套摩擦阻力太大

h) 阀门定位器响应慢

a ）重新调整或更换填料

b) 更换弯曲的阀杆或转轴

c) 增大供气压力

d) 换管径更大一点的供气管（推荐管径为1/4in~3/8in,1in=25.4mm ）或增大供气阀的流通能力

e) 增大附件的流通能力

f) 清洁并抛光活塞气缸的内壁，并将过余的润滑油指清除

g) 修复或更换受损伤的（密封）轴套

h) 修复或更换阀门定位器

5 ）阀门的行程动作跳跃

a) 填料密封或轴套制约行程动作

b) 可能放大器7 ）的旁路需调整

c) 阀门定位器可能有故障

d) 阀门定位器的增益可能太高

a) 松开填料系统进行润滑。更换或修复密封部件和轴套

b) 调节放大器的旁路

c) 修复或更换阀门定位器

d) 调整增益放大系数或换成低增益型的阀门定位器

6) 旋转阀不旋转（旋转阀除了有第2 ）、3 ）条中已涉及的那些问题以外，还有下列一些特有的问题）

a) 旋转叶片式执行机构（Rotary Vane Actuator ）的止挡设定不对

b) 转轴断裂

c) 阀座污秽或阀座被浸蚀可能导致阀杆或者阀门的凸轮楔杆（Cam Jam ）断裂

d) 工艺操作条件改变了

a) 重新调整执行机构的止挡

b) 更换转轴

c) 更换或清洁部件

d) 重新检查执行机构的规格尺寸和阀门的可使用范围

7) 流量调节控制不佳（转轴式阀杆和滑动式阀杆）—亦可参见第4 ）、5 ）条中有关“响应灵敏度低”和“跳跃动作”行程

a) 笼式阀芯（Cage ）变形

b) 活塞环（Piston Ring ）损坏

c) 冲蚀磨损、腐蚀以及气蚀会侵蚀改变阀内组件的轮郭部件

d) 调节阀的流向可能安装反了

e) 流量特性选择不正确

f) 调节阀（组件）本身性能差

a) 更换笼式阀芯

b) 更换活塞环

c) 解决这些蚀变的根源、更换损坏部件

d) 将管道上的调节阀反向安装

e) 修正流量特性

f) 应按控制要求选用合适的调节阀（组件）