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调节阀的选型、维修与校验
机电公司仪表车间 方胜国
摘 要 本文从实际应用的角度，详细阐述了调节阀的选型、维护维修及现场检测各环节应考虑的因素、实际存在的问题及解决办法，为更好地应用调节阀提供了一定的理论参考。
关键词 调节阀 选型 维护维修 性能检测
调节阀是现代生产过程自动化的手脚，是自动调节系统中一个重要的必不可少的组成部份。调节阀的选择及使用是否得当，是自动化生产过程中一个极为重要的问题，选择或使用不当 ，即使用再先进的控制调节器，也得不到预期的效果，直接影响到控制系统的品质。另外，也给生产进程自动化带来困难，导致调节质量下降，甚至造成严重的生产事故。据调查发现，在实际使用过程中，调节阀主要问题是关不死或打不开，动作不灵敏，泄漏大，非线性严重，寿命短，价格贵等，这些问题95%以上是属调节阀选型和维护维修不当造成的。所以调节阀选型、使用是否确当，是一台调节阀是否好用的关键，我们必须予以特别重视。下面结合笔者多年来对调节阀维修使用经验，谈谈对调节阀选型、维修和现场调校的一些看法。
一、 调节阀的选型
1、 调节阀选型应考虑的因素
1) 最基本的条件是要满足生产过程的温度、压力、液位及流量等要求；
2) 阀的泄漏及密封性要求；
3) 阀的工作压差应小于允许压差；
4) 对阀动作速度、流量特性的考虑；
5) 对阀作用方式和流向的考虑；
6) 对执行机构形式、输出力矩、刚度及弹簧范围的考虑；
7) 对阀材质及经济性的考虑；
8) 对阀口径的选择；
9) 对阀使用寿命和可靠性的考虑。
2、 调节阀选型的一般原则
在满足过程控制的前提下，所选的阀应尽量简单、可靠、价廉、寿命长、维修方便，并保证配件来源及时可靠，要尽量避免为单纯追求好的结构、好的材质、多附件而忽略了不可靠性、经济性的考虑。从可靠性观点来看，结构越简单，多余的附件越少，其可靠性就越高。材质选择过高，将造成不必要的浪费。
3、 调节阀选型所需的工艺参数及系统要求
1) 工艺参数：使用部位温度、压力、正常流量时的压差及切断时的压差；通过调节 阀的最大、正常、最小流量；
2) 流体特性：腐蚀性、粘度、温度变化对流性特性的影响；
3) 系统要求：泄漏量、可调比、动作速度与频率、线性及噪音。
4、 调节伐的分类及选择
调节阀按其结构特点主要有如下十大类型产品：
1) 直通单座调节阀：该阀应用最广，具有泄漏量最小，易于保证关闭，不平衡力大，允许压差小，流性复杂，结构简单等特点，适用于泄漏量要求小，甚至完全切断，低压差的干净场合；
2) 直通双座调节阀：该阀特点与单座相反，具有泄漏量大，不平衡力小，允许压差大的特点，故使用在泄漏要求不严，工作压差大的干净介质场合，另外双座阀阀体的流路复杂，在高压差流体中使用时，对阀体的冲刷及汽蚀损坏较严重，不适用于高粘度介质和含纤维介质的调节；
3) 套筒调节阀：套筒分为单密封和双密封两种结构，前者类似于单座阀，适用于单座阀场合，后者类似于双座阀，适用于双座阀场合。套筒阀具有不平衡力小、稳定性好、允许压差大、降低噪音、装卸方便等特点，但格比单、双座阀贵50-200%，还需专门的缠绕密封垫，是仅次于单、双座阀应用较广泛的阀；
4) 角型调节阀：该阀流路简单，阻力小，适用于高压差、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质流体的调节，可以避免结焦，堵塞，也便于自净和清洗。角型阀一般使用于底进侧出的场合，因为这样使用可使调节阀有较好的稳定性。在高压差场合下，为延长使用寿命，可采用侧进底出。但侧进底出在开度小时容易产生振荡；
5) 三通阀：可代替两个直通单座阀用于分流、合流及两相流、温差不大于150℃场合，当DN≤80时合流阀可用于分流场合；
6) 隔膜阀：耐腐蚀性能强，适用于强酸强碱等介质的调节。它结构简单，流路阻力小，流通能力较同口径其它阀大，无泄漏量，能用于高粘度及有悬浮颗粒流体的调节。但耐温耐压较低，一般使用在压力1Mpa、温度在150℃以下场合；
7) 碟阀：该阀“自洁”性能较好，阻力损失小，结构紧凑，寿命长，特别适用于低压差、大口径、大流量气体和带有悬浮物流体的场合；
8) 球阀 ：“O”型球阀全开时为无阻阀，“自洁”性能最佳，结构简单，密封可靠，流通能力大，无方向性，一般作两位调节阀用，使用于200℃以下温度，0.1MPa以下压力的流体。“V”型球阀其V形口与阀座之间有剪切作用，可以切断纤维状的流体，关闭性能好，流通能力大，可调比大，具有近似等百分比的流体特性。但球阀不适用于腐蚀性的流体；
9) 偏心旋转阀：其特点是阀芯与阀座闭合时依靠柔臂的弹性变形，自动对中，密封性好，泄漏量少，流路简单，流阻小，允许压差大，调节性能好，可耐较高温度，使用于不干净介质，泄漏量要求小的调节场合；
10) 高压阀：是一种使用于高静压和高压差调节的特殊阀门，最大公称压力可达32MPa。阀芯为单导向结构，不平衡力大，一般要配阀门定位器。
以上十类产品前七种为直行程控制阀，后三种为角行程控制阀。作为调节阀的应用者，必须弄清楚其各自特点、使用场合，其它各类变型产品，都是在这十类产品的基础上演变而来的，弄清这十类产品的结构特点就能掌握其它产品的应用了。
5、正确选择的若干问题
a、阀体材料选择：
1) 阀体耐压等级，使用温度，耐腐蚀性等方面应不低于工艺管道要求，并优先选用定型产品；
2) 水蒸汽及含水较多的湿气体介质，环境温度低于-20℃时，不宜选用铸铁阀；
b、阀内件材质的选择：
选择调节阀内件的主要依据是耐腐蚀性、耐磨性、耐温性。
1) 非腐蚀性介质一般选用1Cr18Ni9Ti或其它不锈钢；
2) 对汽蚀、冲蚀较为严重，且在介质温度与压差构成的直角坐标中其温度为300℃，压差为1.5MPa两点连线以外的区域时,应选用耐磨材料,如钴基合金或表面堆焊史太莱合金等；
3) 对硬密封切断阀,为提高密封面可靠性,应选用耐磨合金，当密封要求十分严密时应选用软密封,如四氟橡胶。

c、高低温材料的选择：
当介质温度小于-60℃时 选用铜或1Cr18Ni9Ti；温度在450-600℃时选用钛、钼不锈钢；当介质温度大于600℃时应选用高温高强度合金。
d、填料及阀盖型式的选择：
1) 通常情况下，介质温度小于200℃时，选用‘V’形四氟填料，普通型上阀盖；介质温度小于450℃时，选用‘V’型四氟填料，但必须是散热阀盖；
2) 对直行程类阀，若带定位器附件时，对介质温度不大于45℃的高温阀，仍可选用普通阀盖，但必须选用石墨填料；
3) 介质温度大于400℃时，需选用散热型阀盖和石墨填料；
4) 为增加阀杆密封的可靠性，可选用双层填料结构。
e、定位器的选择：
并不是选了定位器就一定好，不必要时，可以不选用定位器。如下情况应选用定位器：
1) 调节阀用于高压差场合。用定位器来提高输出压力，增加执行机构的输出力，克服不平衡力的作用；
2) 调节阀用于高压高温或低温介质场合。用定位器来克服阀杆的静摩擦力和流体不平衡力，改善其基本特性；
3) 调节阀用于口径较大的场合。用定位器来改善调节阀特性；
4) 用于活塞式执行机构的比例作用场合；
5) 用于实现调节阀反向动作场合；
6) 改善调节阀的流量特性；
7) 操作非标准信号的执行机构；
8) 用于分程控制；
9) 用于气动、电动仪表的复合调节系统；
10) 用于智能控制。
二、调节阀主要性能的现场检测
1、静特性测试
静特性是阀门行程和输入信号之间的静态关系，主要有以下静特性：
1) 基本误差：将20-100KPa信号平稳地增大或减小输入气室（或定位器）内，测量各点的行程值，计算出“行程-信号”关系与理论值之间各点的误差，其最大值即为基本误差。所校点应不少于0%、25%、50%、75%、100%五点，测量仪表基本误差应小于被测试阀门基本误差限的四分之一。
2) 始、终点偏差：仪表在现有的使用条件下工作时，当输入信号的范围的上、下限时，调节阀的相应行程值的误差称为始、终点偏差。GB/T4213-92规定始、终点误差不能大于±2.5%。
3) 回差：同一输入信号上升和下降的两个相应行程值间的最大差值，GB/T4213-92要求不大于2.5%。
4) 死区：输入信号正反方向变化不致引起行程有任何察觉变化的有限区间，GB/T4213-92规定死区不大于1%。
2、 气密性测试
薄膜式和活塞式执行机构的气室在保证的试验气压下，在规定的时间内不漏气的性能，称为气密性。根据国家标准GB/T4213-92规定,在额定气源压力下,5分钟内薄膜气室内的压力下降不得大于2.5KPa,气缸各气室的压力下降不得大于5KPa。
3、 密封性测试
调节阀的密封性即调节阀的密封填料及其它连接处，在规定的实验压力和时间内，不让介质泄露的性能。国家标准GB/T4213-92规定，调节阀的填料及其它连接处应在1.1倍公称压力下无渗漏现象。对调节阀应以1.5倍公称压力的测试压力，进行3分钟以上耐压强度实验，测试期间不应有肉眼可见的渗漏。
4、 泄露量测试
泄露量是指在规定的试验条件下和在阀门关闭情况下，流过阀门的气体流量。通常实验介质为常温水，当阀门的压差小于350KPa时，实验压力按350KPa做，当阀的工作压差大于350KPa时按允许压差做，实验介质应按规定流向进入阀体内，阀出口可直接通大气。泄露量大小应严格符合国家标准GB/TU213-92的有关规定。
三、调节阀的维护和维修
1、 调节阀的保养
调节伐的保养工作包括以下几个方面：
1) 阀杆和执行机构的清洁工作；
2) 检查填料，加润滑油；
3) 检查执行机构的供风管是否畅通；
4) 检查法兰连接处，加强密封效果；
5) 检查控制信号和供风管的严密性；
2、 调节阀主要维护部位
1) 阀体内壁：要经常检查其受腐蚀和磨损情况，特别是用于腐蚀和高压差气化作用等恶劣工艺条件下的阀门，必须保证其耐压强度和耐腐、耐磨性能。
2) 阀芯：因为阀芯起到调节和却切断流体的作用，是活动的截流元件，因此受介质的冲刷、腐蚀、颗粒的碰撞最为严重，在高压差、空化情况下及易损坏，所以要检查它的各部分是否破坏、磨损、腐蚀，是否要维修或更换。
3) 阀座：阀座 面是保证阀门关闭的关键，它受腐、受磨的情况也比较严重。而且由于介质的渗透，使固定阀门的螺纹内表面常常受到腐蚀而松动，要特别检查这一部位。
4) 阀杆：要检查阀杆与阀芯，阀杆的连接有无松动，是否产生过大的变形、裂纹和腐蚀。
5) 填料：检查聚四氟乙烯或其它填料是否老化、缺油、变质，填料是否压紧。
6) 垫片及O形圈：这些易损件不能裂损、老化。
3、 调节阀常见故障及处理
控制阀现场常见问题主要有以下几种：
1) 阀芯关不死：对气关阀解决办法是增大气源压力或调松弹簧预紧力（即降低气室外起始压力）。对气开阀的解决方法是增大弹簧预紧力，同时增大气源压力。
2) 推杆动作迟缓或不动作：检查膜片、垫片是否老化、破裂引起漏气。
3) 回差大：推杆是否弯曲，填料压盖是否压的太紧，尤其是石墨填料，阀芯导向是否有伤，解决办法是校直或更换阀杆、 换填料，增大导向间隙，换强力执行机构。
4) 阀的全行程不够：松开阀杆连接螺母，将阀杆向外旋或向内伸，使全行程偏差值超过允许值再将螺母拧紧。
5) 阀小开度稳定性差：现场首先检查是否流向装反或阀选得太大，解决办法是改为流开型安装，缩小阀芯尺寸。
6) 阀动作不稳定：定位器故障、输出管线漏气、执行机构刚度太小、流体压力变化造成推力不足，解决办法是维修定位器和管线，改用刚度大的执行机构。
7) 泄漏量大：首先检查密封面是否有伤，阀座与阀杆连接螺纹是否松动，阀关闭时压差是否大于执行机构的输出力。解决办法是更换密封面，拧紧阀座，更换高输出力的执行机构。
8) 急剧振动：当所选阀频率与系统频率相同时便会发生急剧振动，解决办法是更换不同结构的阀。
9) 振荡现象：是由于阀处于小开度工作或流向为流闭型所致，解决办法是避开小开度工作，改流开型工作。
四、结束语
随着DCS日益普及及各炼化装置自动化程度的不断提高，作为控制系统的最后一关，控制阀的重要性越来越明显。一台满意的调节阀，不仅能使自控系统稳定运行，减轻操作人员的劳动强度，而且能减少工艺控制偏差，提高控制效果，为装置安、稳、优创造先决条件。所以对调节阀的选型、使用和维修是今后仪表专业的一项重要课题，也对从事设计和维修的专业人员提出了更高的要求。