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如何檢查試驗氣動調節閥/電動調節閥

1 前言

    調節閥是石油化工行業中應用zui多的儀表之，它安裝在工藝管道上。調節閥響應外部輸入信號，并與其成比例的方式，使閥桿移動至對應位置，通過改變閥芯與閥座之間的間隙，達到控制流量的目的，從而控制系統的壓力、溫度和液位等。

    根據中華人民共和國標準《自動化儀表工程施工及驗收規范）GB50093-2002“儀表試驗"中11.1.1規定“儀表在安裝和使用前，應進行檢查、校準和試驗，確認符合設計文件要求以及產品技術文件所規定的技術性能"和11.1.8條“儀表校準和試驗的條件、項目、方法應符合產品技術文件的規定和設計文件要求"。

    調節閥性能的好壞直接關系到裝置試車和生產能否正常進行，對調節閥的檢驗是檢查其性能指標的重要手段。有時因為參數模糊或標準不，造成檢定結論不同。檢驗的程序和手段以及內容應該符合有關規范的規定，對規范中沒有規定的項目也應視不同的閥門類型而擴展。

2 國內外規范標準對檢查項目的比較

    隨著引進裝置和技術的加快，國內常用的些技術參數與國外參數有時容易造成混亂。在規范中，對調節閥的檢驗規定了檢查項目，包括閥體壓力試驗、閥座密封試驗、膜頭（氣缸）泄漏、行程和全行程時間等項目。

2.1 閥體壓力試驗

    閥體壓力試驗是檢驗閥體耐壓，包括鑄體本身是否有砂眼、機械連接部位是否嚴密以及有無變形等。試驗是由專門的部門、用的設備進行的，試驗用的介質是潔凈水，在閥門全開的前提下升壓至公稱壓力的1.5倍，在規定時間內無可見的泄漏為合格。

2.2 閥座密封試驗

    閥座密封試驗是為了檢查閥座和閥芯之間的嚴密性。調節閥的結構形式決定了其閥芯與閥座的密封等級。密封檢查是在調節閥*關閉的情況下檢查閥座的泄漏量，即在規定的實驗條件下試驗流體通過個裝配好的處于關閉狀態下的閥門，測量泄露的數量；使用的介質根據試驗的程序選定，般使用潔凈水，切斷閥使用空氣。

表1 國內外常用閥門強度試驗壓力覽表

    要清楚調節閥的泄漏計算方法，必須要明確流量系數，在國內和國外的定義和表示方法的不同以及它們之間的關系。

    調節閥流量系數的符號在國內為C和Kv，分別是用工程單位制（MKS制）和單位制（SI制）表示，定義分別是調節閥全開的前提下：

      C — 溫度5~40℃的水，在1kg/cm²壓降下，1h內流過調節閥的m³。
      K_v— 溫度5~40℃的水，在105Pa壓降下，1h內流過調節閥的m³。

      國外般采用英制單位，表示符號為C_v，同樣是在閥全開的條件下：
      C_v— 溫度60℉（15.61℃）的水，在1 lb/in² （7kPa）壓降下，每min流過調節閥的美加侖數。

      三者之間的關系是：

      C_v=1.17C

      K_v=1.01C

      另外，Fisher公司使用Cg和Cs分別表示氣體和蒸汽的流量系數。

      如石化集團公司行業標準SH3521-1999與美國ANSI B 16.104-1976對調節閥的泄漏量分級比較：

表2 調節閥的泄漏貴分級比較

    其中C和C_v是按照“額定容量"計算的，與前面講的流量系數和流通能力不同，指調節閥全開清況下，對應所加的前后壓差時的流量，這個流量與前后差壓不成正比。

      簡化后的調節閥泄漏量計算公式如下

      （1）試驗介質為常溫水時

      Q=C_v×（△p）^1/2×1.4245×允許泄漏率

      （2）試驗介質為空氣時

      當△P≥P₁/2時，

      Q=C_v×P₁×2.424456×允許泄漏率

      當△P<P1/2時，

      Q=Cv×△P（P1+P2）1/2×2.79445×允許泄漏率

      （3）試驗介質為氮氣時

      當△P≥P₁/2時，

      Q=C_v×P₁×2.446166×允許泄漏率

      當△P< P₁/2時，

      Q=C_v×△P（P₁+P₂）^1/2×2.83734×允許泄漏率

      式中 Q  — 泄漏量，L/min；
              P₁— 閥前壓力，kPa；
              △P— 閥前后壓差，kPa；
              P₂— 閥后壓力，kPa。

表3  VI級泄漏量對照表

    氣體泄漏試驗需要采取排水取氣法，在VI級泄漏量試驗中，用根6mm（國外用1/4英寸，相當6.3mm）外徑×1mm（國外為0.032英寸，相當0. 8mm）壁厚的管子沉沒于水中，沉沒深度處于5~10mm（國外為1/8~1/4英寸，相當3~6mm）的范圍內，管子軸線應垂直于水表面。

表4  A、B、C三種程序比較

      1C_v=1.17C=3.785L/min

      如果使用水作為試驗介質，則ANSI B16.104簡化后的允許泄漏量計算公式為：

表5 允許泄漏量

    在實際操作中，直接將C_v數值帶人就可以計算出調節閥的泄漏量（用mL/min表示）。使用水作試驗時，應仔細消除閥體和管路內的氣穴。同時，需要先在閥體內充滿水，加到要求的壓力后等泄漏量穩定時再進行測量。

2.3 膜頭氣密試驗

    膜頭氣密試驗差異較大，在過去的規范中，膜頭氣密的壓力是氣源壓力，后更改為氣動信號上限加上20kPa，而現在在石化行業標準中則降低到0.1MPa的儀表空氣，下面是現執行的SH3521-1999與國外標準的比較：

表6 現執行的SH3521-1999與國外標準的比較

2.4 其它指標

      包括全行程時間、行程試驗方法與項目基本相同。

3 規范項目操作中的體會

  3.1 膜頭密封試驗

    膜頭氣密試驗是檢查與信號管路終端連接的氣室的密封性，造成密封性差的原因主要包括橡膠膜片有裂紋穿孔、與閥桿連接用于固定膜片的螺母未擰緊造成滲漏、上下膜頭蓋壓接膜片處螺栓未擰緊的泄漏以及反作用調節閥中閥桿與下膜頭氣室的密封環處漏氣等原因。

    如果是進口調節閥，而且帶有閥門定位器，那么鑒于國外調節閥氣密試驗壓力較國內要求高，為了不破壞原有管路的密封，可以不拆卸管路，進行定量的膜頭密封試驗。如果定位器有切換開關，可以通過切換開關向膜頭通入氣源壓力；如果沒有切換開關的話，則向定位器輸人量程點信號，使定位器輸出信號壓力的zui大值。用肥皂水檢查調節閥各處連接的密封點—膜頭周邊和通大氣部分；對于反作用調節閥同時檢查密封環與推桿連接處的密封。

    對于采用Siemens公司的SIPART PS智能節能型定位器，本身、管路及膜頭的密封性檢查也可以采取另外種方法，就是輸入個信號（如75%），使調節閥處于某個點處停留3min，檢查輸出是否變化，即瞬間震動，然后重新平衡。如果管路或膜頭漏氣，由于采用不耗氣型放大器，那么泄漏的壓力不會及時得到補充；要到因泄漏造成的壓力下降到引起閥桿出現變化，放大器的平衡機構檢測到這個變化而采取補氣過程，此時需要經過2- 3個上下周期才能達到重新的平衡。為了使可能存在的這種現象更加明顯，應該將輸人信號放在靠近滿量程處，即70%以上。這樣因為管路和膜頭壓力大，如果有泄漏則現象明顯，這對于小膜頭調節閥尤其重要。

3.2 帶有行程顯示的智能閥門定位器靈敏度測試

    靈敏度是調節閥的又個性能指標，按照規范要求，靈敏度用百分表測定，使調節閥薄膜氣室處于分別為對應12.5%，50%和87.5%位置的信號壓力上，增加或降低信號壓力，測定使閥桿開始移動的壓力變化值，且不得超過信號范圍的1.5%，有閥們定位器的調節閥壓力變化值不得超過0.3%。

    對于帶有行程顯示的智能閥門定位器靈敏度測試可以不使用百分表等標準儀器，而改用定位器的行程指示，由于行程顯示是通過將閥桿的機械位移變化量轉換電阻值的變化，這種變化被采集到定位器的微處理器中，按照預先設置的量程值進行運算處理，將其在顯示器上顯示出來，靈敏度較高，指示能到0.1%，完夠滿足靈敏度測試的要求。

3.3 全行程時間的測試

    規范中要求，事故切斷閥必須進行全行程時間試驗，對于試驗的方法也有明確的規定。規定中對調節閥的測試是通過操作電磁閥來測試行程時間的，對切斷閥和調節閥沒有詳細區分。

    切斷閥的測試應該使用設計選型確定的電磁閥本身，因為不同的電磁閥充排氣速度不同，測試切斷閥行程時間是整體效果，而不是單純的閥門本體。動作時間的計算可以明確為調節閥輸人信號從零點到滿量程（或反之）脈沖變化的瞬間計時到閥位穩定在要求的位置所經歷的時間。

4 檢查試驗項目的擴展

    調節閥類型不同，在實際工作中檢查的內容也應該適當的增加，有些也可以適當進行修改，以達到合理的目的。

4.1 定位器抗沖擊的穩定性

    調節閥是通過調節流量從而達到調節其它參數的目的的，有些場合要求調節閥對外界干擾抵抗能力強，電磁干擾可以通過單端接地等措施消除。但現場檢查和操作時，有可能對調節閥的閥體或信號管路以及定位器等產生沖擊，從而造成處于平衡狀態的調節閥短時間失去平衡，出現波動，對正在進行的控制造成影響，所以應對此進行檢查，檢查的方法如下：

    在試驗過程中，將調節閥處于某開度（不能在0%和99%位置，否則現象不明顯），用手輕拍定位器和信號管路的任意位置，模仿可能出現的震動環境，定位器輸出應該未受影響，閥桿不產生上下移動，否則應加固。對于定位器與定位器連成體而本身未加固定的調節閥，方法是將定位器的過濾器減壓閥安裝在膜頭上，連接管路到定位器，使定位器與調節閥合，既增加了支點，又加強了定位器后面的容器容積，對因過濾器減壓閥容量小造成的震動有益。

    判定標準是，對于出現補氣現象或振動沖擊造成的調節閥閥位變化不得超過±1%。

      4.2 貫穿試驗的全過程

      對調節閥性能指標的檢驗是個連續過程，作業過程中任何環節錯誤都有可能影響試驗過程的連續比和結果，甚至影響回路的過程控制無法達到目的，所以應嚴格要求。比如：

      （1）試驗前要充分清洗調節閥閥腔內部，防止雜物殘留，否則會引起閥芯與閥座之間關閉不嚴，出現泄漏量超標，甚至影響閥芯導向部位動作不良。

      （2）空氣配管接口及電氣配線接口的塞子和蓋等，在性能試驗中可以拆下，必須及時恢復直到配管工程和配線工程開始時打開。臨時接頭連接處為了防止漏氣而使用的密封材料，在拆卸時要清除干凈，防止進人氣管路而堵塞放大器。調試過程完成后，必須擰緊定位器、附件以及配線端子箱上的蓋子蓋緊，防止因雨水或周圍液體的侵人而導致漏電、附件故障，引起觸電事故，達到防水和隔爆目的。

      （3）調節閥在調試過程中，強度和泄漏試驗完成后，必須用壓縮空氣或者氮氣吹掃干凈，使內部不含有水滴，調校完成后必須將連接法蘭口密封好，防止進人水和油等雜質。

      （4）手輪應在沒有氣源情況下操作，操作結束后手輪必須回到規定位置，否則自動控制時達不到規定的行程。超過規定位置，用力過大時有可能損壞手動機構。

      5 常見故障、異常的判別方法及措施

      在調節閥檢查試驗過程中，可能出現些問題，如裝配問題、泄漏問題等，除了要檢查試驗程序是否正確外，有時需要從調節閥本體進行解決。

      比如振蕩是調節閥調試中經常出現的種現象，造成振蕩的原因有多種，般可以通過調整加以解決。對于由于定位器放大倍數大而調節閥本身膜頭氣室小而產生的振蕩，除了從定位器解決外，也可以從管路上解決，如增加管路的容量。常用的解決方法是在確保行程時間達到設計要求的前提下，增加個阻尼器，也就是個接頭，改變阻尼器的內徑可以改變信號流量，達到減緩膜頭內壓力的變化速度，從而改變調節過程中振蕩的固有頻率，達到防止振蕩的目的。

      調節閥檢查試驗中常見的問題和對策見表7；

表7 調節閥檢查實驗中常見的問題和對策表

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