常规岛调节阀典型故障手册样本.doc

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大亚湾核电站设备典型故障手册

常规岛气动调节阀

编写: 赖银祥
审核: 陈 亮

DNMC维修部静机处

概 述
核电站、 常规电厂系统回路中介质的流动是由泵和阀门控制的, 其流量主要由阀门来控制, 而调节阀能够连续和比较精确的调节流量, 因而调节阀被用来调节介质流量, 维持水位稳定, 是电厂保障机组稳定经济运行的重要的组成部分。调节阀主要是经过对流体流量的控制来调节流体的压力、 温度、 流量、 液位等工艺参数。而核电站、 一般的常规电厂有专门的压缩空气生产系统和储气罐, 能提供并能很好的保障气动调节阀的气源, 因此, 气动调节阀在电厂中得到广泛的应用, 调节系统回路中的蒸汽、 水和油等介质的流量, 以满足机组各种工况的要求。另外, 在调节阀上安装一些控制元件, 能实现阀门的远程控制( 控制室) , 在控制室能准确的知道阀门的实际位置, 根据机组的状态需要来控制阀门, 以满足现场的需要。提高工作效率和故障处理的响应时间。因此, 在大亚湾核电站有着大量的气动调节阀, 有世界上各种知名厂家, 常规岛主要有HOPINSONS、 MASONELIAN调节阀。
该故障手册描述了常规岛调节阀的结构特点、 常见故障以及对故障的分析和处理措施。

第一章 调节阀分类

1.1 根据作用方式分, 气动调节阀主要有两种
1.1.1气开阀:
当执行机构内失去空气压力时, 弹簧力促使阀瓣下降, 关闭阀门。通入压缩空气, 执行机构内的空气压力克服弹簧压力使阀瓣上升, 从而打开阀门.
1,1.2气关阀
当通入压缩空气后,空气压力克服弹簧所产生的力使阀瓣下降,从而关闭阀门, 当执行机构内失去空气压力时, 在弹簧力的作用下, 打开阀门。如上图为气关阀

1.2 按调节阀的结构分类可分为:
笼式阀、 单座阀、 双座阀、 球阀、 碟阀、 角阀等

1.3按动作方式分为
直行程式——此方式是指在阀体部分, 阀笼对流量的调节是经过上下运动的方式来获得的, 此中形式在我们电厂现在应用比较多。
角行程式——此方式是指在阀体部分, 阀笼对流量的调节是经过角度转动来获得的, 一般转动角度为90°±5。
1.4按驱动方式分为
活塞式
隔膜式
( 1) 单隔膜式
( 2) 双隔膜式( 常规岛没有双隔膜式调节阀)

第二章 调节阀的基本结构

气动调节阀由执行机构、 阀体、 构成控制阀的基本元件三部分组成。
2.1 执行机构 主要由隔膜或活塞、 弹簧、 手轮等部件组成。见下图:

2.1.1 隔膜/活塞——是执行机构的承压部件, 它的作用是在执行机构内部构成一个密闭的压力腔室, 从而驱动阀杆上、 下运动。 同时, 隔膜板( 活塞板) 在密封腔室中的行程一般是要大于阀门运行工况要求行程的, 因此, 在密封腔室内一般都有一个限位用的螺钉或者限位板。

2.1.2 弹簧——它是执行机构重要的组成部分。弹簧力是阀门的驱动力, 在失去压缩空气时, 是靠弹簧力来开/关阀门的。在通入压缩空气时, 气压压缩弹簧, 克服弹簧力来开/关阀门, 因此必须设定好弹簧的预紧力, 即必须满足气源的压力信号与调节弹簧的预紧力是相对应的情况下, 才能使调节阀是可控的。在控制系统各元件完好的情况下调整弹簧力。使阀门的最小开启电流或最大的关闭电流和弹簧的最小开启力或阀门的最大的关闭力相对应。

2.1.3 手轮机构——手轮机构与调节阀配套使用, 主要用途如下:
1) 当气源信号或电信号出现故障时, 或者当执行机构的主要元件损坏时, 要把自动操作改为手动操作, 的采用手轮机构继续维持调节阀的功能
2) 手动机构也可用来做为调节阀行程的限位器。当信号压力为零时, 调节阀不是全开是全关; 如果工艺过程要求调节阀有少量的流量, 可利用手轮来达到目的
3) 手轮机构可提高调节阀运行的可靠性。
2.2 阀体部分
从结构特点上看, 阀体结构有笼式、 碟型和球型等结构形式。当前我们厂调节阀多笼型单座式, 这种阀体的结构特点就是阀体部分结构简单, 维修方便, 主要应用在压差小、 对关闭性能要求不高的场合, 下面主要以这种结构来讲述阀体结构。
从对流量特性的调节上看, 阀门对流量的调节主要有以下三种形式:

* 线形特性
外观形状: 梨形窗口
适用范围: 压降恒定的情况

* 等百分比特性
外观形状: 梨形窗口
适用范围: 当流量增加时压降减小

* 快开特性:
外观形状: 四方形窗口
适用范围: A. 释放卸压
B. 快开快关
C. 在小行程情况下, 有大流量

阀体主要组成部件有: 阀笼、 阀瓣、 阀座( 密封环) 、 下阀杆、 阀笼压环等部件。以气关阀为例, 阀门在气压作用下关闭, 当阀门需要开启时, 在弹簧力的作用下, 克服阀笼部分因为压差而产生的不平衡力, 当阀门微开启, 阀笼离开阀座, 不平衡力消失, 此时弹簧只需要克服摩擦力, 阀门能较迅速起到调节作用。
2.3 控制元件部分
从控制器的输出到阀门执行机构, 气动调节阀的基本控制元件有减压阀、 电-气转换器(E/P)、 定位器、 流量放大器等; 有些阀门还有电磁阀、 保位阀、 锁气器等。这里主要介绍减压阀、 E/P和定位器。
2.3.1电-气转换器
电-气转换器作为调节阀的附件, 主要是把电动控制器或计算机的电流信号转换成气压信号, 送到气动执行机构上去。当然也可把这种气动信号送到各种气动仪表。

如图是一种常见的电-气转换器的结构原理图

它由三大部分组成:
1, 电路部分 主要是测量线圈
2, 磁路部分 由磁钢构成, 磁钢为铝镍钴永久磁钢, 它产生永久磁场
3, 气动平衡部分 由喷嘴、 挡板、 功率放大器及正、 负反馈波纹管和调零弹簧组成。

电-气转换器的工作原理是力矩平衡原理:
当4~20mA的直流信号通入测量线圈之后, 载流线圈在磁场中将产生电磁力, 该电磁力与正、 负反馈力矩使平衡杠杆平衡。于是输出信号就与输入电流成为一一对应的关系。也就是把4~20mA的电流信号变成对应的0.2~1bar的气压信号。为保证阀门的定位作用, 还要安装一台气动阀门定位器。

2.3.2 阀门定位器
气动阀门定位器接受气动调节器的输出信号, 然后产生和调节器输出信号成比例的气压信号, 用以控制气动调节阀。
气动阀门定位器品种很多, 按其工作原理可分成位移平衡式和力( 力矩) 平衡式两大类。
位移平衡式气动阀门定位器

工作原理: 如图所示, 当调节器来的控制信号增大时, 波纹管1就相应伸长, 并推动拖板2以反馈凸轮6为支点作逆时针偏转, 于是挡板3就靠近喷嘴4, 喷嘴背压升高。此背压经放大器5放大后, 输出压力迅速上升并送入气动调节阀的膜头9, 使阀杆8向下移动, 带动反馈杆7和反馈凸轮6绕支点0顺时针偏转, 反馈凸轮6的偏转使拖板以波纹管1为支点作逆时针方向偏转, 于是挡板3离开喷嘴4, 使输出压力下降, 即阀杆8向下移动引起的效果是负反馈作用。此时, 一定的信号压力就对应于一定的阀门位置。
力( 力矩) 平衡式气动阀门定位器

工作原理: 如图所示, 它是按力矩平衡原理工作的, 当通入波纹管1的信号压力增加时, 使主杠杆2绕支点15转动, 挡板13靠近喷嘴14, 喷嘴背压经功率放大器16放大后, 通入到执行机构8的隔膜室, 因其压力增加而使阀杆向下移动, 并带动反馈杆9绕支点4转动, 反馈凸轮5也跟着作逆时针方向转动, 经过滚轮10使副杠杆6绕支点7转动, 并将反馈弹簧11拉伸, 弹簧11对主杠杆2的拉力与信号压力作用在波纹管1上的力达到力矩平衡时仪表示到平衡状态。此时, 一定的信号压力就对应于一定的阀门位置。弹簧12是调零弹簧, 调其预紧力可使挡板初始位置变化。弹簧3是迁移弹簧, 在分程控制中用来改变波纹管对主杠杆作用力的初始值, 以使定位器在接受不同输入信号范围时, 仍能产生相同的输入信号。
下图常见定位器的安装简图

3.3, 空气过滤减压器
空气过滤减压器是最典型的附件( 也一般叫做减压阀) , 它用于净化来自空气压缩系统的气源, 除去空气中的灰尘、 异物、 管线上的污垢和其它杂质, 并能把压力调整到所需的压力值, 具有自动稳压的功能。

右图表示一种空气过滤减压器的结构。

从图中看出, 它是以力平衡原理动作的, 当来自空气压缩机的空气输入到过滤减压器的输入端后, 进入过滤气室A, 由于旋风盘5的作用使气流旋转并将空气中的水分分离出一部分, 在壳体底部沉降下来。当气流经过过滤件4时, 进行除水、 除油、 除尘, 空气得到净化后输出。当调节手轮按逆时针方向拧到不动的时候, 过滤减压器没有输出压力, 气路被球阀3所切断。如果按顺时针转动手轮, 则活动弹簧座把给定弹簧1往下压, 弹簧力经过膜片2把球阀打开, 使气流经过球阀而流到输出管路。在此同时, 气压经过反馈小孔进入反馈气室B, 压力作用在膜片上将产生一个向上的力, 此力如果与给定弹簧所产生的力相等时, 过滤减压器达到力平衡, 输出压力就稳定下来。如果给定弹簧的作用力越大, 输出压力就越高。因此, 调节手轮就能够调节给定值。
第三章 常规岛调节阀标识
HOPKINSONS厂家调节阀气动头标识

例如: L1AHP-119-VL气动头型号为A41BKF7
从型号我们能够得知: 该阀门隔膜反向作用( 即气开阀) 、 有侧手轮、 尺寸为200In2、 厄架固定口径为90.5mm、 阀门行程为57.1mm

MASONELIAN厂家调节阀标识

例如: L1GCT-113-VV 阀门型号为38-414413
表明该阀门气动头型号为38, 阀体为41系列的带先导平衡阀和紊流罩, 阀笼为线形特性

第四章 控制系统原理
常见调节阀控制系统简图

执行机构

放大器

气源

减压阀

定位器

减压阀

E/P

阀体
电信号

控制系统方框图

阀门
控制器
电气转换器
放大器
定位器

从调节阀控制系统简图和控制系统方框图能够看出, 压缩空气生产系统或储气罐来的压缩空气为Positioner(定位器)、 E/P( 电-气转换器) 、 Booster( 流量放大器) 等提供气源。Positioner(定位器)的气源压力由过滤减压阀控制调整, 根据不同类型的阀门的压力要求可经过调整减压阀的出口压力来满足阀门定位器的压力要求。同样, 调整E/P( 电-气转换器) 前的减压阀可使E/P输出与4~20mA标准电流信号相对应的0.2~1bar的压力信号。Positioner(定位器)输出的压力信号到Booster( 流量放大器) , 为Booste( 流量放大器) 提供控制信号, 从而控制进入阀门执行机构的气压。

在控制室操作控制器输出4~20mA电流信号到电气转换器, 此电流在E/P中的线圈中产生磁场, 并在永久磁铁的作用下产生电磁力矩, 使铁芯向上移动, 从而使固定在铁芯上的挡板靠近喷嘴, 引起背压增大。增大的压力, 作用在中心垫片组件打开继动器的进气阀使供给压力输出至定位器; 反之, 当电流信号减小时, 铁芯向下移动, 从而使固定在铁芯上的挡板远离喷嘴, 引起背压减小。经过继动器后, 使输出至定位器的压力减小, 并经过继动器的排气孔, 排气卸压。同时, 输出压力反馈到波纹管中, 使得输出压力与输入电流信号成比例变化。即将标准( 4~20mA) 电流信号转换成标准( 0.2~1bar) 气信号。当由E/P( 电-气转换器) 输出, 输入到定位器中波纹管压力信号增大时, 见下图

定位器中波纹管的推杆向右移, 挡板绕支点向右转动。挡板靠近喷嘴, 引起喷嘴背压增大, 此压力经过继动器, 引起继动器内的大隔膜向右移动, 推动挡快, 打开供气阀, 从而输出气压。反之, 当输入到定位器中波纹管压力信号减小时, 此时定位器中波纹管的推杆向左移, 挡板绕支点向左转动。挡板远离喷嘴, 引起喷嘴背压减小, 此压力经过继动器, 引起继动器内的大隔膜向左移动, 挡快在继电器内弹簧的作用下向左移动, 减小供气阀的开度或关闭供气阀, 并经过继动器的排气孔, 排气卸压。使输出至流量放大器的压力减小。输出的气压经电磁阀( 起失电保护作用, 即当发生事故时, 失去电源, 此时阀门保持全关或全开位置) 到流量放大器, 作为放大器的控制气源。根据放大器的工作原理, 输出大流量的气源到阀门的执行机构中, 压缩执行机构中的弹簧, 克服弹簧力, 推动阀杆向下运动。此时安装在阀杆上定位器的反馈杆也向下运动, 反馈杆上的凸轮绕支点向左移动, 推动挡板远离喷嘴, 引起喷嘴背压减小, 此压力经过继动器, 引起继动器内的大隔膜向左移动, 推动挡快, 关闭供气阀, 从而减少输出气压。进入阀门执行机构的气压减小, 阀杆在弹簧力的作用下向上运动, 当定位器的输出信号和反馈信号平衡时, 阀门就固定在某一位置。
也就是说, 如果输入压力到大于输出压力时, 继动器内隔膜组件向下运动隔膜组件的向下运行打开进气阀, 输出压力增加, 同时排气阀保持关闭, 当输出压力接近输入压力值时, 隔膜组件向上移动从而关闭进气阀恢复压力平衡。
如果减小与输入压力到小于输出压力时, 隔膜组件向上移动, 隔膜组件的向上运动, 关闭了进气阀输出压力增加, 如果压力继续不平衡, 隔膜组件继续向上移动, 从而打开排气阀并将部分输出压力排放至大气。注意两隔膜之间的间隙装置有流量通道。这个通道允许压力排放至大气中, 当输出压力与输入压力一样时, 恢复压力平衡, 此时进气阀和排放阀都关闭。
当阀门定位器的输出压力与输入压力一样时, 即定位器输出至执行机构的压力与阀门阀杆反馈回来的压力相平衡时, 阀门保持在一定的位置, 保持在稳定状态。
当把阀门弹簧的弹簧力调整好后, 阀门的开度与控制信号的压力成正比关系。她们之间成线性关系。4MA的压力信号对应0%的行程;8MA的压力信号对应25%的行程;12MA的压力信号对应50%的行程;16MA的压力信号对应75%的行程;20MA的压力信号对应100%的行程。在阀门安装上阀位控制器, 用来显示调节阀行程的上限和下限。阀位控制器是以调节阀的行程变化来驱动控制器的微动开关并以电信号输出的一种阀位发信装置。当气动执行机构接受信号而推杆运动时, 带动阀杆上阀位控制器的转臂、 转轴、 凸轮等运动, 凸轮转动到某一位置, 凸轮上的滑快就会触及微动开关, 改变微动开关输出接点的位置, 把电路断开或接通, 而控制器的接线板的信号等、 报警器等元件就能够显示阀门的工作状态。从而实现了远距离( 控制室) 操纵阀门的功能

第五章 调节阀的典型故障、 原因分析、 处理措施

1．隔膜漏气故障
故障现象: 1、 当外接气源压力在某一值时, 气动头排气口或隔膜压板四周有气冒出
2、 阀门锁气阀, 压力无法稳定
可能的原因: 1、 密封O环老化或破损
2、 隔膜中心固定螺目或隔膜压板固定螺母松动
3、 隔膜老化有裂纹

处理方法: 解体检查隔膜有无裂纹、 拉伤等缺陷, 如果隔膜更换周期不长且无缺陷, 则按力矩紧固隔膜中心和隔膜压板四周螺母。否则更换隔膜和密封O环。
常规岛调节阀曾出现几次同一批次的隔膜质量不合格, 造成现场的多个阀门出现隔膜漏气现象

2．卡涩故障
故障现象: 阀门开关过程中出现阶跃现象, 动作不连续 、 平稳。
可能的原因: 1) 气动头轴套密封O环老化
2) 弹簧与套筒间发生摩擦
3) 盘根力矩过大
4) 盘根尺寸不合适
5) 阀芯或阀笼变形, 阀芯与阀笼发生摩擦
6) 阀塞密封环脱开
7) 弹簧预紧力不够
8) 定位器没有校准或故障
9) 阀门上下阀杆不对中
其中原因1、 3、 6、 7、 9造成阀门卡涩的几率很高
处理方法: 根据阶跃现象用试验的方式判断出故障的原因, 然后进行调整。
工序1 首先由仪控检查定位器等控制元件是否正常
工序2 做阀门BENCH SET 试验, 确认弹簧力
工序3 松开盘根, 开关阀门, 检查故障是否消除
工序4 脱开连轴器, 判断卡涩现象是气动头原因还是阀体原因造成的
工序5 解体气动头或阀体, 更换损坏件

3. 振动故障
故障现象: 阀门在开关过程中发生振动
可能的原因: 1) 附近的振源引起的振动
2) 气蚀引起的振动
3) 水锤冲击振动
4) 阀门所在管线布局不合理引起的振动
处理方法: 调整附近振源的震动
维护足够的阀后压力
增加阻尼器或固定支架
改变管道的布局

例如: L1/2ADG-023-VL
该阀门所在管线存在激烈振动现象, 经常造成阀门的反馈机构发生损坏。反馈触点无法接触限位开关。
此现象是由于水锤冲击引起的振动, 曾改变管道的布局和增加固定支架, 效果都不好, 当前该阀门采用了保持1mm小开度设置, 消除水锤。
4．开关时间不合格故障
故障现象: 再鉴定过程中, 开关时间不满足要求
可能的原因: 盘根摩擦力过大
阀塞密封环与阀笼配合过小——V型密封环要求密封等级高, 故容易出现此故障
弹簧预紧力调整不正确
执行机构供气压力——定位器上的压力表损坏、 不正确或者没有压力表容易导致错误 , 减压阀压力设置有误
进、 排气速度——调整流量放大器的气孔大小能够调节开关时间, 注意不能过大使阀门发生跳跃现象
处理方法: 首先需要判断是非仪表主要原因导致时间不合格, 才能从机械角度调整, 此故障建议由仪控和机械人员一起现场检查判断, 消除故障
1） 松开盘根, 开关阀门, 检查开关时间是否有改进
2） 调整BENCH SET值, 必要时更换弹簧
3） 检查供气压力是否合适
4） 仪控人员调整流量放大器
5） 解体检查阀笼、 阀塞、 阀塞密封环
5．行程不够
故障现象: 阀门在运行过程中, 阀门行程不满足要求
可能的原因: 造成行程不够的可能因素有很多, 这里介绍主要原因
1) 执行机构气压不够
2) 气动头存在漏气
3) 活塞密封环漏, 造成上下气缸串气
4) 中性点不正确
5) 弹簧力设置不正确
6) 定位器零点漂移
其中很多阀门的行程故障都是由1和4造成的。
处理措施: 根据现场的现象来判断故障的原因, 把握由简单到复杂的处理方式
如果行程相差不大、 连轴器的接触螺纹足够, 而且确认是行程初始设置不正确, 可采用行程微调的方法: 背死阀杆上的两个螺母, 将阀门置于半开启位置, 轻微松开联轴器, 转动锁紧螺母, 增大或者减小行程到合适的尺寸。
6．阀杆转动故障
故障现象: 阀杆转动, 导致反馈杆无法正常接触限位开关触点
可能的原因: 气动杆固定螺母松动
阀门所在管线振动( 水锤、 气蚀等)
连轴器固定螺钉松动
处理方法: 气动杆固定螺母加装防松垫片和螺纹锁固胶, 并按力矩紧固
消除管道振动——固定支架、 改变管道的布局, 或消除引起振动的根源
紧固连轴器的固定螺钉

GCT排放阀常出现气动杆固定螺母松动, 造成阀门上阀杆转动故障
ADG023VL常出现因水锤现象造成阀杆转动, 导致反馈杆无法正常接触限位开关触点, 见下图:

常规岛调节阀故障

故障现象
原因
处理方法
备注
阀门内漏
行程不够
调节行程
1． 检查阀门中性点是否正确
2． 如行程相差不大时, 可采用微调处理
管道内有异物堵塞密封面
冲刷密封面

阀座密封面磨损
修复并研磨
补焊、 打磨或车削
阀瓣密封面损坏
修复并研磨

阀座密封垫损坏
解体检查, 更换密封垫

关闭力不够
调整B.S值
1． 弹簧力不够
2． 行程调整方法不正确
定位器量程不合适

调整定位器

阀门外漏
盘根松脱或盘根老化
紧固盘根或更换

阀杆或盘根腔有划痕
打磨修复盘根腔

盘根压盖螺母紧固力矩不够
按力矩紧固盘根压盖

阀杆光洁度不好
阀杆磨光

阀杆弯曲
校正阀杆或更换

阀体密封面有损伤
修复阀体

阀盖密封垫损坏
更换密封垫

阀盖螺栓力矩不够
按力矩紧固

间歇式跳动
盘根太紧
松盘根或更换

弹簧预紧力不够
阀杆不对中
调整B.S值
调整同心度

1． 上下阀杆不对中
2． 下阀杆和填料涵不对中
阀杆弯曲
校正阀杆或更换

控制系统的时间常数不适当
重新设定时间常数

定位器没有校准或故障
重新调整或更换定位器

开关不到位
气压不够
检查连接管路, 校定压力
检查隔膜盖板与隔膜接触处和排气口是否漏气

隔膜破损
更换隔膜

定位器没有校准
调整定位器
零点漂移
行程不够
调行程与铭牌规定行程一致

弹簧力不够
调整B.S值

阀体有异物
解体检查, 清除异物

系统摩擦力过大
调整摩擦力
必要时解体检查
阀杆弯曲
校正阀杆

中性点不正确
调整中性点

弹簧卡涩
蜗轮蜗杆锈死
解体气动头, 调整弹簧
解体清洗并补油

手动无法操作
手轮空转
手动杆脱落或手轮上的中心孔方块损坏

阀杆上的传动螺母松脱
调整螺母并用内六角紧固

蜗轮蜗杆锈死
解体清洗并补油