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調(diào)節(jié)閥檢查試驗(yàn)

1 前言

      調(diào)節(jié)閥是石油化工行業(yè)中應(yīng)用zui多的儀表之一，它安裝在工藝管道上。調(diào)節(jié)閥響應(yīng)外部輸入信號，并與其成比例的方式，使閥桿移動至對應(yīng)位置，通過改變閥芯與閥座之間的間隙，達(dá)到控制流量的目的，從而控制系統(tǒng)的壓力、溫度和液位等。

      根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《自動化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范）GB50093-2002“儀表試驗(yàn)”中11.1.1規(guī)定“儀表在安裝和使用前，應(yīng)進(jìn)行檢查、校準(zhǔn)和試驗(yàn)，確認(rèn)符合設(shè)計(jì)文件要求以及產(chǎn)品技術(shù)文件所規(guī)定的技術(shù)性能”和11.1.8條“儀表校準(zhǔn)和試驗(yàn)的條件、項(xiàng)目、方法應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)文件的規(guī)定和設(shè)計(jì)文件要求”。

      調(diào)節(jié)閥性能的好壞直接關(guān)系到裝置試車和生產(chǎn)能否正常進(jìn)行，對調(diào)節(jié)閥的檢驗(yàn)是檢查其性能指標(biāo)的重要手段。有時因?yàn)閰?shù)模糊或標(biāo)準(zhǔn)不一，造成檢定結(jié)論不同。檢驗(yàn)的程序和手段以及內(nèi)容應(yīng)該符合有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，對規(guī)范中沒有規(guī)定的項(xiàng)目也應(yīng)視不同的閥門類型而擴(kuò)展。

      2 國內(nèi)外規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對檢查項(xiàng)目的比較

      隨著引進(jìn)裝置和技術(shù)的加快，國內(nèi)常用的一些技術(shù)參數(shù)與國外參數(shù)有時容易造成混亂。在規(guī)范中，對調(diào)節(jié)閥的檢驗(yàn)規(guī)定了檢查項(xiàng)目，包括閥體壓力試驗(yàn)、閥座密封試驗(yàn)、膜頭（氣缸）泄漏、行程和全行程時間等項(xiàng)目。

      2.1 閥體壓力試驗(yàn)

      閥體壓力試驗(yàn)是檢驗(yàn)閥體耐壓，包括鑄體本身是否有砂眼、機(jī)械連接部位是否嚴(yán)密以及有無變形等。試驗(yàn)是由專門的部門、用的設(shè)備進(jìn)行的，試驗(yàn)用的介質(zhì)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(guī)定時間內(nèi)無可見的泄漏為合格。

      2.2 閥座密封試驗(yàn)

      閥座密封試驗(yàn)是為了檢查閥座和閥芯之間的嚴(yán)密性。調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了其閥芯與閥座的密封等級。密封檢查是在調(diào)節(jié)閥*關(guān)閉的情況下檢查閥座的泄漏量，即在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下試驗(yàn)流體通過一個裝配好的處于關(guān)閉狀態(tài)下的閥門，測量泄露的數(shù)量；使用的介質(zhì)根據(jù)試驗(yàn)的程序選定，一般使用潔凈水，切斷閥使用空氣。

表1 國內(nèi)外常用閥門強(qiáng)度試驗(yàn)壓力一覽表

      要清楚調(diào)節(jié)閥的泄漏計(jì)算方法，必須要明確流量系數(shù)，在國內(nèi)和國外的定義和表示方法的不同以及它們之間的關(guān)系。

      調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)的符號在國內(nèi)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(diào)節(jié)閥全開的前提下：

      C — 溫度5~40℃的水，在1kg/cm²壓降下，1h內(nèi)流過調(diào)節(jié)閥的m³。
      K_v— 溫度5~40℃的水，在105Pa壓降下，1h內(nèi)流過調(diào)節(jié)閥的m³。

      國外一般采用英制單位，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(diào)節(jié)閥的美加侖數(shù)。

      三者之間的關(guān)系是：

      C_v=1.17C

      K_v=1.01C

      另外，F(xiàn)isher公司使用Cg和Cs分別表示氣體和蒸汽的流量系數(shù)。

      如石化集團(tuán)公司行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH3521-1999與美國ANSI B 16.104-1976對調(diào)節(jié)閥的泄漏量分級比較：

表2 調(diào)節(jié)閥的泄漏貴分級比較

      其中C和C_v是按照“額定容量”計(jì)算的，與前面講的流量系數(shù)和流通能力不同，指調(diào)節(jié)閥全開清況下，對應(yīng)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(diào)節(jié)閥泄漏量計(jì)算公式如下

      （1）試驗(yàn)介質(zhì)為常溫水時

      Q=C_v×（△p）^1/2×1.4245×允許泄漏率

      （2）試驗(yàn)介質(zhì)為空氣時

      當(dāng)△P≥P₁/2時，

      Q=C_v×P₁×2.424456×允許泄漏率

      當(dāng)△P

      Q=Cv×△P（P1+P2）1/2×2.79445×允許泄漏率

      （3）試驗(yàn)介質(zhì)為氮?dú)鈺r

      當(dāng)△P≥P₁/2時，

      Q=C_v×P₁×2.446166×允許泄漏率

      當(dāng)△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(yàn)需要采取排水取氣法，在VI級泄漏量試驗(yàn)中，用一根6mm（國外用1/4英寸，相當(dāng)6.3mm）外徑×1mm（國外為0.032英寸，相當(dāng)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(dāng)3~6mm）的范圍內(nèi)，管子軸線應(yīng)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(yàn)介質(zhì)，則ANSI B16.104簡化后的允許泄漏量計(jì)算公式為：

表5 允許泄漏量

      在實(shí)際操作中，直接將C_v數(shù)值帶人就可以計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的泄漏量（用mL/min表示）。使用水作試驗(yàn)時，應(yīng)仔細(xì)消除閥體和管路內(nèi)的氣穴。同時，需要先在閥體內(nèi)充滿水，加到要求的壓力后等泄漏量穩(wěn)定時再進(jìn)行測量。

      2.3 膜頭氣密試驗(yàn)

      膜頭氣密試驗(yàn)差異較大，在過去的國家規(guī)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(xiàn)在在石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中則降低到0.1MPa的儀表空氣，下面是現(xiàn)執(zhí)行的SH3521-1999與國外標(biāo)準(zhǔn)的比較：

表6 現(xiàn)執(zhí)行的SH3521-1999與國外標(biāo)準(zhǔn)的比較

      2.4 其它指標(biāo)

      包括全行程時間、行程試驗(yàn)方法與項(xiàng)目基本相同。

      3 規(guī)范項(xiàng)目操作中的體會

      3.1 膜頭密封試驗(yàn)

      膜頭氣密試驗(yàn)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(diào)節(jié)閥中閥桿與下膜頭氣室的密封環(huán)處漏氣等原因。

      如果是進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，而且?guī)в虚y門定位器，那么鑒于國外調(diào)節(jié)閥氣密試驗(yàn)壓力較國內(nèi)要求高，為了不破壞原有管路的密封，可以不拆卸管路，進(jìn)行定量的膜頭密封試驗(yàn)。如果定位器有切換開關(guān)，可以通過切換開關(guān)向膜頭通入氣源壓力；如果沒有切換開關(guān)的話，則向定位器輸人量程點(diǎn)信號，使定位器輸出信號壓力的zui大值。用肥皂水檢查調(diào)節(jié)閥各處連接的密封點(diǎn)—膜頭周邊和通大氣部分；對于反作用調(diào)節(jié)閥同時檢查密封環(huán)與推桿連接處的密封。

      對于采用Siemens公司的SIPART PS智能節(jié)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一種方法，就是輸入一個信號（如75%），使調(diào)節(jié)閥處于某一個點(diǎn)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(bǔ)充；要到因泄漏造成的壓力下降到引起閥桿出現(xiàn)變化，放大器的平衡機(jī)構(gòu)檢測到這個變化而采取補(bǔ)氣過程，此時需要經(jīng)過2- 3個上下周期才能達(dá)到重新的平衡。為了使可能存在的這種現(xiàn)象更加明顯，應(yīng)該將輸人信號放在靠近滿量程處，即70%以上。這樣因?yàn)楣苈泛湍ゎ^壓力大，如果有泄漏則現(xiàn)象明顯，這對于小膜頭調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥的又一個性能指標(biāo)，按照規(guī)范要求，靈敏度用百分表測定，使調(diào)節(jié)閥薄膜氣室處于分別為對應(yīng)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(diào)節(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)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(yù)先設(shè)置的量程值進(jìn)行運(yùn)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

      國家規(guī)范中要求，事故切斷閥必須進(jìn)行全行程時間試驗(yàn)，對于試驗(yàn)的方法也有明確的規(guī)定。規(guī)定中對調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥沒有詳細(xì)區(qū)分。

      切斷閥的測試應(yīng)該使用設(shè)計(jì)選型確定的電磁閥本身，因?yàn)椴煌碾姶砰y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(jì)算可以明確為調(diào)節(jié)閥輸人信號從零點(diǎn)到滿量程（或反之）脈沖變化的瞬間計(jì)時到閥位穩(wěn)定在要求的位置所經(jīng)歷的時間。

      4 檢查試驗(yàn)項(xiàng)目的擴(kuò)展

      調(diào)節(jié)閥類型不同，在實(shí)際工作中檢查的內(nèi)容也應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑黾?，有些也可以適當(dāng)進(jìn)行修改，以達(dá)到合理的目的。

      4.1 定位器抗沖擊的穩(wěn)定性

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

      在試驗(yàn)過程中，將調(diào)節(jié)閥處于某一開度（不能在0%和100%位置，否則現(xiàn)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(xiàn)的震動環(huán)境，定位器輸出應(yīng)該未受影響，閥桿不產(chǎn)生上下移動，否則應(yīng)加固。對于定位器與定位器連成一體而本身未加固定的調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥合一，既增加了支點(diǎn)，又加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)是，對于出現(xiàn)補(bǔ)氣現(xiàn)象或振動沖擊造成的調(diào)節(jié)閥閥位變化不得超過±1%。

      4.2 貫穿試驗(yàn)的全過程

      對調(diào)節(jié)閥性能指標(biāo)的檢驗(yàn)是一個連續(xù)過程，作業(yè)過程中任何環(huán)節(jié)錯誤都有可能影響試驗(yàn)過程的連續(xù)比和結(jié)果，甚至影響回路的過程控制無法達(dá)到目的，所以應(yīng)嚴(yán)格要求。比如：

      （1）試驗(yàn)前要充分清洗調(diào)節(jié)閥閥腔內(nèi)部，防止雜物殘留，否則會引起閥芯與閥座之間關(guān)閉不嚴(yán)，出現(xiàn)泄漏量超標(biāo)，甚至影響閥芯導(dǎo)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(yàn)中可以拆下，必須及時恢復(fù)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(jìn)人氣管路而堵塞放大器。調(diào)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(dǎo)致漏電、附件故障，引起觸電事故，達(dá)到防水和隔爆目的。

      （3）調(diào)節(jié)閥在調(diào)試過程中，強(qiáng)度和泄漏試驗(yàn)完成后，必須用壓縮空氣或者氮?dú)獯祾吒蓛?，使?nèi)部不含有水滴，調(diào)校完成后必須將連接法蘭口密封好，防止進(jìn)人水和油等雜質(zhì)。

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

      5 常見故障、異常的判別方法及措施

      在調(diào)節(jié)閥檢查試驗(yàn)過程中，可能出現(xiàn)一些問題，如裝配問題、泄漏問題等，除了要檢查試驗(yàn)程序是否正確外，有時需要從調(diào)節(jié)閥本體進(jìn)行解決。

      比如振蕩是調(diào)節(jié)閥調(diào)試中經(jīng)常出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，造成振蕩的原因有多種，一般可以通過調(diào)整加以解決。對于由于定位器放大倍數(shù)大而調(diào)節(jié)閥本身膜頭氣室小而產(chǎn)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(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，增加一個阻尼器，也就是一個接頭，改變阻尼器的內(nèi)徑可以改變信號流量，達(dá)到減緩膜頭內(nèi)壓力的變化速度，從而改變調(diào)節(jié)過程中振蕩的固有頻率，達(dá)到防止振蕩的目的。

      調(diào)節(jié)閥檢查試驗(yàn)中常見的問題和對策見表7；

表7 調(diào)節(jié)閥檢查實(shí)驗(yàn)中常見的問題和對策表