吳國良

(上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

筆者依據(jù)儀表設備和控制系統(tǒng)管理、維護保養(yǎng)的經(jīng)驗，以各種現(xiàn)場儀表設備和控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障為案例，運用儀表工作原理、自動控制原理、工藝過程知識等，分析了石油化工裝置中出現(xiàn)的各種儀表設備和控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象及故障產(chǎn)生的原因、處理辦法以及預防措施。這些故障案例雖不能涵蓋大部分故障，但分析方法和處理故障的思路卻能供現(xiàn)場儀表維護保養(yǎng)人員參考和學習，在此與大家一起探討。

本文重點分析了調(diào)節(jié)閥在使用過程中曾出現(xiàn)的故障，并給出了相應的解決方案。

1 閥門定位器的故障分析及處置

1.1 氣動放大器故障

1) 故障現(xiàn)象。某調(diào)節(jié)閥的閥門定位器有輸入信號，但無輸出信號，使閥門不能動作。

2) 現(xiàn)象分析。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)閥門定位器的氣動放大器有故障，進一步解體檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部氣動放大部分的球閥處積聚了水和污物，堵塞了放大器的氣路，造成氣動放大器無輸出信號。閥門定位器氣動放大器結構如圖1所示。

3) 處理方法。由于儀表空氣中含有的水分和污物容易堵塞氣路，因此氣動放大器應定期拆洗，此外放大器經(jīng)拆洗后應該進行校驗，檢查和調(diào)整其放大倍數(shù)達到規(guī)定值。

1.2 恒節(jié)流孔堵塞

1) 故障現(xiàn)象。裂解爐急冷熱交換器的進水調(diào)節(jié)閥突然關閉。

2) 現(xiàn)象分析。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)此時閥門定位器無輸出信號，由于調(diào)節(jié)閥是風開閥，閥門因無風而關閉；進一步檢查發(fā)現(xiàn)閥門定位器的氣動放大器的恒節(jié)流孔堵塞，使氣流不能通向噴嘴擋板。當噴嘴背壓為零，即氣動放大器無輸入信號時，下方的球閥在彈簧作用下向上移動并關閉氣源進氣口；而上方的錐閥向上移動并打開排氣口，造成無輸出信號，同時使調(diào)節(jié)閥膜頭上的氣體通過放大器的排氣口排出，使閥門關閉。如調(diào)節(jié)閥為風關閥，則上述故障會造成閥全開。

3) 處理方法。將恒節(jié)流孔拆下，用金屬絲通針將孔穿通即可。

圖1 閥門定位器氣動放大器結構示意

因此，應對氣源的空氣過濾器進行定期吹掃、排放，以清除內(nèi)部積水等。保持氣源干燥、清潔，可保障氣動儀表的可靠運行。

1.3 反饋連桿脫落或緊固螺絲松動

1) 故障現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)某調(diào)節(jié)閥始終是全開，改變控制信號也不起作用。

2) 現(xiàn)象分析。調(diào)節(jié)閥的反饋連桿起負反饋作用，當反饋連桿脫落時，便失去了負反饋作用，此時閥門將處于全開或全關位置，反饋連桿連接示意如圖2所示。

圖2 閥門定位器反饋連桿連接示意

閥門定位器的動作過程如下：

a) 當控制信號增大或減小時，通過波紋管的氣動定位器或電磁線圈的電動定位器，拉動擋扳蓋住或離開噴嘴，使噴嘴的背壓為最大或最小，此時氣動放大器輸入信號為最大或最小，那么其輸出信號也是最大或最小。如是氣開式閥門，使調(diào)節(jié)閥打開，如是氣關式閥門，則關閉；同時閥桿上移或下移，閥桿帶動定位器反饋連桿推開或拉下?lián)醢?，它的動作方向與波紋管電磁線圈正好相反，起到負反饋作用，使擋板隨著閥桿的移動，慢慢離開或接近噴嘴，使噴嘴的背壓減小或增大，最后達到平衡，此時閥門達到信號控制的目標位置。

b) 如果反饋連桿脫落或緊固螺絲松動，則閥桿的移動不能反饋給定位器的擋板，擋板仍保持原始位置，定位器的輸出信號始終是最大或最小，即調(diào)節(jié)閥的開度一直保持在全開或全關位置，使之無法控制。

3) 處理方法。如果故障是由反饋連桿脫落所引起，則重新裝好反饋連桿即能恢復定位器正常工作；如果是反饋連桿緊固螺絲松動引起的故障，則懷疑支點可能移動，因此緊固螺絲后，還應重新調(diào)整定位器，然后才能正常使用。

2 調(diào)節(jié)閥閥桿故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。定位器的輸出信號改變后，調(diào)節(jié)閥經(jīng)過多次振蕩后才穩(wěn)定。

2) 現(xiàn)象分析。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該調(diào)節(jié)閥的閥桿有些彎曲，同時填料壓蓋壓得太緊，填料缺少潤滑油，使閥桿和填料之間摩擦力增大，進而閥桿移動阻力增大，小的偏差信號產(chǎn)生的推動力不能克服摩擦阻力，調(diào)節(jié)閥閥桿連接示意如圖3所示?？刂菩盘栐龃髸r，定位器輸出的氣動信號增大，才能推動閥桿動作；但是動作后又超過了信號點的目標位置，反過來控制信號又減小，將試圖使閥桿再回到目標位置；由于摩擦阻力問題，只有當控制信號又超過平衡點時，閥門才能動作。因而，閥桿保持上、下移動，呈現(xiàn)跳動現(xiàn)象，從而引起閥門振蕩。

圖3 調(diào)節(jié)閥閥桿連接示意

3) 處理方法。調(diào)節(jié)閥閥桿彎曲部分應校直，填料壓蓋不要壓得太緊，應定期注入潤滑油，即可減小閥桿的移動阻力。

3 調(diào)節(jié)閥膜頭內(nèi)積水引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。天氣寒冷時，部分調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)不動作現(xiàn)象。

2) 現(xiàn)象分析。氣開式調(diào)節(jié)閥膜頭頂部有一個排氣孔，原配的排氣孔蓋丟失，所以朝天的孔容易進水，造成膜頭內(nèi)積水，在寒冷的天氣里水結冰，使膜片凍結不動作。氣開式調(diào)節(jié)閥結構如圖4所示。

圖4 氣開式調(diào)節(jié)閥結構示意

3) 處理方法。用蒸汽沖膜頭，融冰除積水。為了防止膜頭內(nèi)進水，可以將膜頭頂部的放氣孔接一段繞圈的紫銅排氣管，并且開口向下，該方法效果良好。

4 調(diào)節(jié)閥氣源供氣壓力不足引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。鍋爐主蒸汽壓力放空調(diào)節(jié)閥只能關到75%處，無法完全關閉；而將調(diào)節(jié)閥的前置工藝切斷閥關閉時，放空調(diào)節(jié)閥才能完全關閉。放空調(diào)節(jié)閥結構如圖5所示。

圖5 放空調(diào)節(jié)閥結構示意

2) 現(xiàn)象分析。由于鍋爐主蒸汽壓力放空調(diào)節(jié)閥在放空時閥門前后壓差很大，約為8.4 MPa，壓差作用力方向向上，頂開閥芯，使閥不能完全關閉。而將工藝切斷閥關閉后，調(diào)節(jié)閥壓差消失，閥門即可關閉。進一步檢查發(fā)現(xiàn)是調(diào)節(jié)閥氣源減壓閥有故障，調(diào)節(jié)閥工作氣源壓力從0.5 MPa下降到0.2 MPa，由于氣源壓力指示小風表損壞，因此氣源壓力低的故障沒有被及時發(fā)現(xiàn)。鍋爐主蒸汽壓力放空調(diào)節(jié)閥是風關型閥門，氣源壓力不足會造成閥門不能完全關閉。

3) 處理方法。修復氣源減壓閥，提高閥門供氣壓力后，調(diào)節(jié)閥動作正常，可完全關閉。

7.來稿請詳細標注參考文獻，在行文中按先后次序在相應位置標出序號，并依次按要求列于文末，其序號用方括號加數(shù)字表示。如[1]、[2]……文末參考文獻格式：書籍為“[序號]作者.(作者，作者，等.)書名[文獻類型標志].版別.出版地：出版者，出版年：頁碼”；期刊為“[序號]作者.(作者，作者，等.)文題[文獻類型標志].刊名，年，卷(期)：起止頁”。例如：

5 氣動執(zhí)行機構氣源壓力太高引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。帶手動油泵的氣缸式執(zhí)行機構調(diào)節(jié)閥在氣缸排氣時發(fā)現(xiàn)氣中帶油。

2) 現(xiàn)象分析。氣缸式執(zhí)行機構上安裝了手動油壓泵的活塞缸，氣缸和油缸之間用O型圈密封隔離，防止油缸內(nèi)的油泄漏到氣缸內(nèi)。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)執(zhí)行機構工作氣源壓力設定太高，將O型密封圈彈出凹槽外，從而使油缸內(nèi)的油漏到了氣缸里。當氣缸室放氣時，油被帶出。氣缸式執(zhí)行機構調(diào)節(jié)閥結構如圖6所示。

3) 處理方法。打開氣缸進行清洗，重新裝好O型圈。將工作氣源壓力降低到規(guī)定范圍。此外還需檢查油路中油量是否足夠，如損耗過多，應補充油量。

圖6 氣缸式執(zhí)行機構調(diào)節(jié)閥結構示意

6 活塞式執(zhí)行機構中手動油泵引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。某切斷閥采用帶有手動油泵的活塞式驅動機構，在操作手動油泵時，出現(xiàn)閥門行程很小的現(xiàn)象。檢查該閥門并沒有出現(xiàn)卡死等現(xiàn)象，而且切斷閥上輔助小閥門的開關狀態(tài)均正常。

2) 現(xiàn)象分析。該故障是油泵內(nèi)注油太多造成的，當油泵和油缸內(nèi)油注得太多時，油路中沒有了油循環(huán)所必要的足夠空間，使手動油泵內(nèi)活塞活動范圍變得狹小，導致手動油泵不能動作，如圖6所示。

3) 處理方法。將油缸里的油放掉一部分后，該閥門動作即恢復正常。

7 調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間隙太小引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。廢液槽壓力放空調(diào)節(jié)閥已全開，但廢氣仍無法排出。

3) 處理方法。采取臨時措施，將閥芯位置抬高，當閥門全開時，使閥芯頭部的導向桿脫離閥座，消除環(huán)狀空隙現(xiàn)象，使介質排放暢通；但此時調(diào)節(jié)閥控制特性變差，導向桿無法起到導向作用。因此，較好的解決方法是將導向柱桿的直徑減小，以增大環(huán)狀空隙，使閥門的流通能力增強。

圖7 放空調(diào)節(jié)閥結構示意

8 活塞式執(zhí)行機構內(nèi)部潤滑油引起的故障分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。某閥門的活塞式單作用執(zhí)行機構下部氣缸排氣孔處有持續(xù)排氣現(xiàn)象。

2) 現(xiàn)象分析。將該閥門解體檢查，發(fā)現(xiàn)氣缸的活塞O型密封圈膨脹變形，失去了密封作用?；钊喜康臍怏w通過O型密封圈泄漏到了下部氣缸內(nèi)，導致氣體從下氣缸的排氣孔不斷排氣。同時還發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)壁有麻點孔，造成該現(xiàn)象的主要原因是曾在氣缸內(nèi)壁加入牛油做潤滑劑；O型密封圈是橡膠制品，與牛油接觸后變質膨脹，失去了彈性。單氣缸調(diào)節(jié)閥活塞式執(zhí)行機構結構如圖8所示。

圖8 單氣缸調(diào)節(jié)閥活塞式執(zhí)行機構結構示意

3) 處理方法。調(diào)換O型密封圓，并將氣缸內(nèi)壁的麻點磨平。需要注意的是，氣缸活塞的潤滑劑不應使用牛油，最好使用硅油或25號氣缸油。

9 調(diào)節(jié)閥閥體內(nèi)部沖蝕嚴重的原因分析及處置

1) 故障現(xiàn)象。裂解爐急冷油流量調(diào)節(jié)閥是大口徑蝶閥，運行2 a后檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁硬質金屬襯套、閥板、軸承座等處已被介質沖蝕得很嚴重，有穿孔跑油的危險。

2) 現(xiàn)象分析。造成該現(xiàn)象的原因是裂解爐急冷油泵出口壓力較高，調(diào)節(jié)閥長期處于小開度工作狀態(tài)，開度在25%～50%。由于節(jié)流作用強，使該處流速較大，而急冷油中含有大量結焦粒子，因此對于下游設備的沖蝕非常嚴重， 流量調(diào)節(jié)閥結構示意如圖9所示。

圖9 流量調(diào)節(jié)閥結構示意

3) 處理方法。同類調(diào)節(jié)閥在日本同類工廠中每年調(diào)換一次，而該閥在中國某企業(yè)使用過程中規(guī)定2 a調(diào)換一次；同時對更換下來的閥門進行修補，然后作為備品。該流量調(diào)節(jié)閥下游側工藝管線沖蝕也較嚴重，現(xiàn)增設一段短管，內(nèi)襯硬質金屬，工藝方面規(guī)定該條短管需每年調(diào)換一次。從調(diào)節(jié)閥下游側工藝管線沖蝕特別嚴重的情況分析，該現(xiàn)象與調(diào)節(jié)閥的工作開度過小有關，應當設法降低急冷油泵的出口壓力，使調(diào)節(jié)閥開度增大，該方法是改善閥門沖蝕的有效措施之一。

10 調(diào)節(jié)閥開始動作信號未校準到位產(chǎn)生的問題及處置

1) 故障現(xiàn)象。裂解爐稀釋蒸汽流量調(diào)節(jié)回路中，調(diào)節(jié)器輸出信號在閥門開度為20%～30%時，流量變化特別靈敏。閥位信號稍有變化，流量變化就很大，使流量調(diào)節(jié)回路無法實現(xiàn)自動控制。

2) 現(xiàn)象分析。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)蒸汽流量調(diào)節(jié)回路中調(diào)節(jié)閥的行程沒有調(diào)整好。該閥門是風開閥，定位器輸入信號增加到20%時，閥門才開始執(zhí)行關閉動作，而信號為50%時閥門開度基本正確，這說明閥門起步點信號不在0，而是在20%，對應輸入信號在20%～50%時，閥門已達一半行程，表明定位器放大倍數(shù)過大，因此閥門開度為20%～30%時，輸入信號稍有變化，閥門行程就會有較大變化，造成流量變化特別靈敏。

3) 處理方法。發(fā)生上述故障的主要原因： 在校驗調(diào)節(jié)閥行程時，沒有檢查閥門開始動作時對應信號的大小。有時儀表工在校驗調(diào)節(jié)閥行程時，只作3點檢查： 在調(diào)好輸入信號50%這點之后，只看輸入信號在0和100%時閥門是否開足或關死，并沒有注意閥門開始動作所對應的輸入信號究竟是多少。

上述案例就是輸入信號在0～20%變化時，閥門

還沒有開始動作，均處于全關狀態(tài)。為防止這種情況發(fā)生，在校驗調(diào)節(jié)閥行程時，除一般校驗外，還需檢查調(diào)節(jié)閥的開始動作信號是否在0或100%附近，如有誤差可以調(diào)節(jié)定位器的放大倍數(shù)，即調(diào)量程即可解決該問題。因此校驗調(diào)節(jié)閥行程時，應該檢查5點，即對應信號在0，25%，50%，75%，100%時的閥門開度。

11 結束語

石油化工裝置中儀表及控制系統(tǒng)暴露出來的各種故障，有的是儀表設備或控制系統(tǒng)自身產(chǎn)生的，同時也有工藝設備故障或工藝操作失誤導致的問題，但這些現(xiàn)象都會在儀表中顯示出來。通過對故障原因的歸類、分析、總結，提出了相應的處理方法，以期對廣大儀表操作人員提供借鑒。(待續(xù))