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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(hào)，并與其成比例的方式，使閥桿移動(dòng)至對(duì)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《自動(dòng)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(duì)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(shí)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(duì)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(guó)內(nèi)外規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢查項(xiàng)目的比較

      隨著引進(jìn)裝置和技術(shù)的加快，國(guó)內(nèi)常用的一些技術(shù)參數(shù)與國(guó)外參數(shù)有時(shí)容易造成混亂。在規(guī)范中，對(duì)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(shí)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(shí)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(jí)。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(gè)裝配好的處于關(guān)閉狀態(tài)下的閥門，測(cè)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(guó)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(guó)內(nèi)和國(guó)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(hào)在國(guó)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(guó)外一般采用英制單位，表示符號(hào)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(guó)ANSI B 16.104-1976對(duì)調(diào)節(jié)閥的泄漏量分級(jí)比較：

表2 調(diào)節(jié)閥的泄漏貴分級(jí)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(duì)應(yīng)所加的前后壓差時(shí)的流量，這個(gè)流量與前后差壓不成正比。

      簡(jiǎn)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(shí)

      Q=C_v×（△p）^1/2×1.4245×允許泄漏率

      （2）試驗(yàn)介質(zhì)為空氣時(shí)

      當(dāng)△P≥P₁/2時(shí)，

      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(shí)

      當(dāng)△P≥P₁/2時(shí)，

      Q=C_v×P₁×2.446166×允許泄漏率

      當(dāng)△P< P₁/2時(shí)，

      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(jí)泄漏量對(duì)照表

      氣體泄漏試驗(yàn)需要采取排水取氣法，在VI級(jí)泄漏量試驗(yàn)中，用一根6mm（國(guó)外用1/4英寸，相當(dāng)6.3mm）外徑×1mm（國(guó)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(guó)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(jiǎn)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(shí)，應(yīng)仔細(xì)消除閥體和管路內(nèi)的氣穴。同時(shí)，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(shí)再進(jìn)行測(cè)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(guó)家規(guī)范中，膜頭氣密的壓力是氣源壓力，后更改為氣動(dòng)信號(hào)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(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的比較：

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

      2.4 其它指標(biāo)

      包括全行程時(shí)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(huì)

      3.1 膜頭密封試驗(yàn)

      膜頭氣密試驗(yàn)是檢查與信號(hào)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(guó)外調(diào)節(jié)閥氣密試驗(yàn)壓力較國(guó)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(hào)，使定位器輸出信號(hào)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(duì)于反作用調(diào)節(jié)閥同時(shí)檢查密封環(huán)與推桿連接處的密封。

      對(duì)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(gè)信號(hào)（如75%），使調(diào)節(jié)閥處于某一個(gè)點(diǎn)處停留3min，檢查輸出是否變化，即瞬間震動(dòng)，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(huì)及時(shí)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(cè)到這個(gè)變化而采取補(bǔ)氣過程，此時(shí)需要經(jīng)過2- 3個(gè)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(hào)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(duì)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(cè)試

      靈敏度是調(diào)節(jié)閥的又一個(gè)性能指標(biāo)，按照規(guī)范要求，靈敏度用百分表測(cè)定，使調(diào)節(jié)閥薄膜氣室處于分別為對(duì)應(yīng)12.5%，50%和87.5%位置的信號(hào)壓力上，增加或降低信號(hào)壓力，測(cè)定使閥桿開始移動(dòng)的壓力變化值，且不得超過信號(hào)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(duì)于帶有行程顯示的智能閥門定位器靈敏度測(cè)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(cè)試的要求。

      3.3 全行程時(shí)間的測(cè)試

      國(guó)家規(guī)范中要求，事故切斷閥必須進(jìn)行全行程時(shí)間試驗(yàn)，對(duì)于試驗(yàn)的方法也有明確的規(guī)定。規(guī)定中對(duì)調(diào)節(jié)閥的測(cè)試是通過操作電磁閥來測(cè)試行程時(shí)間的，對(duì)切斷閥和調(diào)節(jié)閥沒有詳細(xì)區(qū)分。

      切斷閥的測(cè)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(cè)試切斷閥行程時(shí)間是整體效果，而不是單純的閥門本體。動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算可以明確為調(diào)節(jié)閥輸人信號(hào)從零點(diǎn)到滿量程（或反之）脈沖變化的瞬間計(jì)時(shí)到閥位穩(wěn)定在要求的位置所經(jīng)歷的時(shí)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)脑黾樱行┮部梢赃m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(chǎng)合要求調(diào)節(jié)閥對(duì)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(chǎng)檢查和操作時(shí)，有可能對(duì)調(diào)節(jié)閥的閥體或信號(hào)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(shí)間失去平衡，出現(xiàn)波動(dòng)，對(duì)正在進(jìn)行的控制造成影響，所以應(yīng)對(duì)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(hào)管路的任意位置，模仿可能出現(xiàn)的震動(dòng)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(dòng)，否則應(yīng)加固。對(duì)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(duì)因過濾器減壓閥容量小造成的震動(dòng)有益。

      判定標(biāo)準(zhǔn)是，對(duì)于出現(xiàn)補(bǔ)氣現(xiàn)象或振動(dòng)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(duì)調(diào)節(jié)閥性能指標(biāo)的檢驗(yàn)是一個(gè)連續(xù)過程，作業(yè)過程中任何環(huán)節(jié)錯(cuò)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(huì)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(dòng)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(shí)恢復(fù)直到配管工程和配線工程開始時(shí)打開。臨時(shí)接頭連接處為了防止漏氣而使用的密封材料，在拆卸時(shí)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)獯祾吒蓛簦箖?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(dòng)控制時(shí)達(dá)不到規(guī)定的行程。超過規(guī)定位置，用力過大時(shí)有可能損壞手動(dòng)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(shí)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(duì)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(shí)間達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，增加一個(gè)阻尼器，也就是一個(gè)接頭，改變阻尼器的內(nèi)徑可以改變信號(hào)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(duì)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(duì)策表