摘 要：針對聯(lián)鎖控制回路中偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥響應(yīng)速度慢、基本誤差大的問題，根據(jù)電磁閥、定位器的原理，通過調(diào)整其結(jié)構(gòu)布局，改變氣體路線，使定位器輸出的氣壓信號更直接作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。經(jīng)優(yōu)化后，調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)速度和基本誤差兩項(xiàng)指標(biāo)得到了很大的改善，達(dá)到了預(yù)期效果。應(yīng)用實(shí)踐表明，改進(jìn)后的回路能滿足高精度、高靈敏度的生產(chǎn)場合，證明了該改造的有效性和工程實(shí)用價值。

關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)閥 電磁閥 定位器 響應(yīng)速度 基本誤差 聯(lián)鎖回路

中圖分類號：TP214 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0118-02

目前，國內(nèi)許多化工生產(chǎn)過程中，產(chǎn)出氯化氫、氫氣等物質(zhì)，這些都是易燃易爆、有毒有害的物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏或遇明火均會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。這就要求工藝管道上所使用的調(diào)節(jié)閥具有響應(yīng)速度快、基本誤差小的特點(diǎn)，并且在發(fā)生危險的情況下，以聯(lián)鎖的方式通過附加的電磁閥切斷調(diào)節(jié)閥氣源，迅速完成調(diào)節(jié)閥的啟閉動作。為保證安全生產(chǎn)，保護(hù)企業(yè)財產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)自動化控制，在重要的工藝管道上，選用品質(zhì)好的調(diào)節(jié)閥控制工藝介質(zhì)流量、溫度、壓力和液位等參數(shù)。此調(diào)節(jié)閥集成偏心旋轉(zhuǎn)閥、先導(dǎo)式二位三通電磁閥、智能控制定位器。

1 偏心旋轉(zhuǎn)氣動調(diào)節(jié)閥的原理和特點(diǎn)

偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的工作原理就是閥座上坐落有一個偏心轉(zhuǎn)動的扇形球閥，利用偏心球冠與閥座的相對位置來控制工藝管道中的介質(zhì)。當(dāng)打開時，偏心球冠相對于閥座轉(zhuǎn)過一定角度，球芯脫離閥座，工藝介質(zhì)通過偏心球冠與閥座之間的空隙，空隙的大小由調(diào)節(jié)閥氣缸的氣源信號來控制；同理當(dāng)關(guān)閉時，氣缸內(nèi)的氣源信號使偏心球冠逐步靠近閥座，直至使偏心球冠對閥座相切產(chǎn)生一定壓緊力而關(guān)緊調(diào)節(jié)閥[1]。

偏心旋轉(zhuǎn)閥的特點(diǎn)如下。

（1）球面壓緊閥座，容易把結(jié)晶結(jié)巴物破壞，適用于易結(jié)晶、結(jié)巴等存在介質(zhì)的場合中。

（2）流路簡單，kV值大，自潔性能好。

（3）體積小，重量輕。

該調(diào)節(jié)閥采用SVI-Ⅱ單作用智能定位器，它的電/氣轉(zhuǎn)換器將接收的4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號轉(zhuǎn)換為20～100 kPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號p去推動閥門，閥門的位移負(fù)反饋到定位器（輸入端），和輸入信號進(jìn)行比較調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)閥能按輸入信號精確的確定開度[2]。閥門定位器原理如（圖1）所示。

2 先導(dǎo)式電磁閥特點(diǎn)

先導(dǎo)式二位三通電磁閥主要由導(dǎo)閥和主閥組成，其特點(diǎn)是大通徑，大流量，能用于控制大型機(jī)構(gòu)，快速關(guān)閉大型控制閥，彈性體閥座，密閉性好。功率消耗低、通徑較大，而結(jié)構(gòu)簡單、安裝方向任意，但只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場合。通電時，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向下移動，關(guān)閉閥門[3]。

特點(diǎn)：流體壓力范圍上限較高，可任意安裝（需定制）但必須滿足流體壓差條件（圖2）。

3 調(diào)節(jié)閥改造前

改造前，35-35121調(diào)節(jié)閥的控制回路如下：控制調(diào)節(jié)閥動作的氣源經(jīng)過過濾減壓閥給定位器供氣，氣源壓力設(shè)定在0.3MPa，定位器為單輸出、正作用的定位器，當(dāng)定位器的輸入信號增加時，輸出氣源壓力增加，再經(jīng)過電磁閥后進(jìn)入偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的右氣缸，右氣缸的壓力增加推動活塞向左移動使閥門開度增大。相反地，當(dāng)定位器輸入電流信號減小時，輸出的氣源壓力減小，經(jīng)電磁閥后進(jìn)入偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥右氣缸的壓力亦減小，彈簧作用下，活塞向右移動使閥門開度變小[4]。調(diào)節(jié)閥氣源通路如（圖3）所示。

在這種情況下，此偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行過程中暴露了一些缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)以下幾點(diǎn)。

缺點(diǎn)一：閥響應(yīng)速度慢，特別是調(diào)節(jié)開度從大到小時表現(xiàn)最為明顯。例如：當(dāng)正作用閥門處于全開狀態(tài)時，給一個全關(guān)信號，閥門關(guān)至40%～30%的開度后，約30 s才繼續(xù)緩慢關(guān)至10%～0。

缺點(diǎn)二：誤差較大。當(dāng)閥門處于全關(guān)狀態(tài)時，輸入信號為20 mA信號，閥門理論開度為100%，而實(shí)際開度只有68%。

缺點(diǎn)三：閥門內(nèi)漏嚴(yán)重。

這對存在易燃易爆、有毒有害的氫氣、氯化氫等介質(zhì)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜的化工行業(yè)中，要求閥門動作靈敏、控制準(zhǔn)確的特性相背離，從而給化工裝置的安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的安全隱患。

4 原因分析

該閥門的氣缸，一側(cè)采用單輸出閥門定位器驅(qū)動，另一側(cè)靠彈簧來實(shí)現(xiàn)平衡。閥門定位器輸出的氣壓信號需經(jīng)過電磁閥，才能作用在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。調(diào)節(jié)閥、定位器均為正作用。由于先導(dǎo)式電磁閥只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場合，見（圖2），在調(diào)節(jié)閥從大開度到小開度過程中，根據(jù)定位器計算結(jié)果，定位器到氣缸的壓力變小，即P口壓力變小，先導(dǎo)控制口8壓力相應(yīng)變小，則活塞向上的受力減小，在彈簧作用下，活塞向下運(yùn)動帶動電磁閥閥芯向下，A口、P口開度變小，氣體流動變慢，隨著壓力下降，電磁閥閥芯不斷向下，通氣速度不斷下降，這樣，就需要長時間的調(diào)節(jié)才到達(dá)定位器設(shè)定的壓力。所以，當(dāng)開度關(guān)至40%～ 30%的開度后，排氣困難，需要約30s才繼續(xù)排氣使閥門緩慢關(guān)至10%～0。

當(dāng)閥門在從小開度到大開度過程中，根據(jù)定位器計算結(jié)果，氣信號經(jīng)過電磁閥被削弱，氣體被迫縮徑后徑，擾亂了定位器的固有計算方式，造成閥門動作誤差大。

當(dāng)輸入信號為4 mA時，閥門實(shí)際不能全關(guān)，導(dǎo)致工藝管道仍有物料經(jīng)過，所以內(nèi)漏嚴(yán)重。

5 調(diào)節(jié)閥優(yōu)化方案

由于閥門的動作由定位器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，在改進(jìn)過程中，縮短定位器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的距離，將定位器改裝在先導(dǎo)式電磁閥之后。此時電磁閥的驅(qū)動氣由氣源直接供給，壓力不再受定位器的影響。

正常情況下，電磁閥得電，處于打開狀態(tài)，給定位器4～20 mA的信號時，定位器將電信號轉(zhuǎn)化為氣壓信號直接作用在偏心旋轉(zhuǎn)閥，此時氣體不需要再經(jīng)過電磁閥，即不需要經(jīng)過電磁閥閥芯快速的進(jìn)入氣缸，推動活塞帶動連接桿，驅(qū)動閥芯運(yùn)動。位移負(fù)反饋至定位器，精確計算，和輸入信號進(jìn)行比較調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)閥能按輸入信號精確地確定開度。

當(dāng)工藝發(fā)生異常情況時，聯(lián)鎖回路中的流量/溫度/壓力變送器測量值超過正常值范圍時，電磁閥失電，立刻關(guān)閉，通過定位器立刻關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，達(dá)到了連鎖控制要求，保障了安全生產(chǎn)。調(diào)節(jié)閥優(yōu)化方案圖如（圖4）所示。

該調(diào)節(jié)閥優(yōu)化后，調(diào)節(jié)閥的行程時間（全開行程時間和全關(guān)行程時間）、基本誤差、回差、連鎖開關(guān)時間。改進(jìn)前后指標(biāo)如（表1）所示。

運(yùn)行結(jié)果表明，偏心旋轉(zhuǎn)閥的性能與原先相比具有精度高，響應(yīng)速度快，而且輸出功率更大，維護(hù)也更方便，在供氣壓力相同時，驅(qū)動閥門的氣壓更大，氣量更多。優(yōu)化后，閥門不能全關(guān)的現(xiàn)象得到解決。由于定位器輸出力的增加，閥門內(nèi)漏情況明顯好轉(zhuǎn)。

6 結(jié)論

經(jīng)過改進(jìn)的偏心旋轉(zhuǎn)閥，控制精度高，響應(yīng)速度快，聯(lián)鎖動作快，大大減少了維護(hù)工作量，更符合化工生產(chǎn)的對閥門控制品質(zhì)的要求，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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