鼓风机防喘振阀门的调试

        鼓风机防喘振阀门的调试

张红卫

液化空气安法克（上海）贸易有限公司  201100

摘要：随着现在科学技术的进步，社会生产技术的不断改善，人们生活水平的不断提高，人们的需求不断的增加，资本市场不断的追求利益，传统的化学生产方式，已经不能够满足人们的需求，和满足资本市场的利益需要，为了满足市场资本的利益的追求，和日益增长的社会的需求，和有效的降低生产成本，和在化工生产过程中的人身的伤害，伤亡，以及设备的损伤，自动化装置提供了，良好有效的途径，在冶金行业和化工生产过程中，起用了自动化控制，不但降低了人们的劳动强度，和设备的疲劳，有效提高了冶金行业和化工生产的效率，满足了社会日益需求量，更加提高了资本的回报率，从而提高了化工设备的利用率，因此对于从事化工自动化的人员来说，要想更好的做好本职的工作，并有所发展，必须在工作过程中，学习好相关的自动化方面的知识，在日常的自动化仪表危害过程中，训练好自己的专业技能，为当今日新月易的自动化行业，带来新的活力。

   冶金行业和化工自动仪表及其自动化是一门利用控制学科，仪表学科理论和技术而服务于化工工艺、冶金工艺的综合性科学技术学科，而利用自动控制仪表学科和计算机的理论服务于冶金行业和化学工程学，他是通过一些通讯协议与控制室的计算机相联系，实时传输现场工艺管道的运行参数，从而达到自动化控制的目的。

化工自动化包含控制系统，DCS，PLC，SIS等，和现场的仪表。现场的仪表包含测量仪表，和控制仪表，阀门是唯一的控制仪表。

关键词：

  化工自动化仪表，控制仪表，阀门

1.引言

在使用自动化过程中，所使用的阀门基本都是是自动控制阀门，是由阀体，执行机构，和定位器，一些特殊的阀门还有一些附件，包括trip阀，来实现故障状态（故障保持，故障开或者故障关），booster（气路放大器，增加阀门的开关门门时间，）quick releaser （快速释放阀，用了实现阀门的快开或者快关）还有一些solenoid valve（用于一些联锁，实现SIS中的快速释放，使工艺装置能够快速的达到安全的状态），还有Regulate。

本文就以带气路附件的Fisher A11 蝶阀配1061执行机构，双作用的DVC6200 ，Relay A的定位器，定位器的版本为Hard version 7。PD版本的定位器（带有诊断功能）。配fisher2625 booster 带release valve 和 solenoid valve，的阀门来作为案例，深入探讨调试过程中的经验。此阀门用在钢厂高炉入口的鼓风机的防喘振阀门，在鼓风机的运行过程中，对此阀门的调控要求比较高。

2. 阀门的各个部位的介绍

图一

   随着生产工艺的升级，和自动化程度的提升，现在在冶金行业，和化工行业的，鼓风机和离心式压缩机，多节蜗壳式压缩机，（丙烯压缩机）的防喘振阀门的参数要求，和控制精度要求越来越高。

  在介绍阀门之前我们首先来了解两个概念。

  喘振：《百度百科》

流体机械及其管道中介质的周期性振荡，是介质受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动。

压气机喘振是指气流沿压气机轴线方向发生的低频率(通常只有几赫兹或十几赫兹)、高振幅(强烈的压强和流量波动)的气流振荡现象。这种低频率高振幅的气流振荡是一种很大的激振力来源，它会导致压气机部件的强烈机械振动和热端超温。并在很短的时间内造成部件的严重损坏，所以在任何状态下都不允许压气机进入喘振区工作。

防喘振阀门：《百度百科》

离心压缩机在输出压力一定而流量减小到某一数值时，就将发生喘振。为了防止喘振发生，要保持流量不进入喘振区。压缩机在运行中，当管路系统阻力升高时，流量将随之减小，有可能降低到允许值以下。防喘振系统的任务就是在流量降到某一安全下限时，自动地将通大气的放空阀或回流到进口的旁通阀打开，增大经过空压机的流量，防止进入喘振区。取流量安全下限作为调节器的规定值。当流量测量值高于规定值时，放空阀全关：当测量值低于规定值时，调节器输出信号，将放空阀开启，使流量增加。完善的防喘振装置应根据压缩机出口压力和流量两个信号来进行控制。

从以上两个词条，可以看出防喘振阀门在冶金，和化工自动化的重要性，现在我们来介绍一下，这台在鼓风机上使用的防喘振阀门。

3. 根据现场使用的情况来探讨一下阀门调试过程中所遇到的一些问题和解决方案。

                      图二

  这个是江苏省某钢厂，高炉鼓风机的防喘振阀门，我们从图二中可以看出，此阀门的配置如下，A11高性能双偏心蝶阀，配的1061的Size100的双作用的执行机构，由于现场的工作环境温度比较高，鼓风机出口温度超高150度，管道表面温度能够达到150度，因为DVC6200的工作温度在-40度到80度的工作区间，管道温度会热传导到阀门执行机构上面去，影响阀门定位器的自动调节和使用，严重的时候阀门的电路板会融化，因此，现场选用的DVC6205分体式定位器，即，行程传感器与阀门定位器分离的模式，行程传感器可以在比较高的温度下使用。从而避免了阀门定位器在高温情况下，不能使用的情况。

  阀门选用的是1061双作用的执行机构，执行机构的解刨图如下：

图三

从阀门的解刨图可以看出，阀门执行机构是双作用的执行机构，在阀门气缸内部是活塞在气压的作用下上下移动，这里的密封是动态密封，是活塞上面的O-ring和缸体的密封，和推杆上面的O-ring，由于阀门不断的运动和调节的，O-ring的材质为丁晴橡胶，在活塞的上下过程中，O-ring会磨损，所以阀门在长时间的使用和调节过程中，有可能造成气缸的上下串气现象，其表现为，阀门定位器一直有较大声音的排气声，阀位在HMI控制界面，给定额定的阀位的情况下，会有来回调节和波动的现象出现。

   执行机构的气缸为铝合金材质的气缸，执行机构的活塞为钢制的活塞，如果O-ring环发生磨损，而没有技术更换，可能会是活塞直接作用于气缸壁，这样可能会使气缸壁拉伤，从而使执行机构气缸壁造成不可修复的损坏，使气缸报废。

在气缸的维护过程中，有的使用者，会外气缸的执行机构里面加润滑油进行润滑，减少O-ring在使用过程中的磨损，但是，一般的润滑油对丁晴橡胶具有腐蚀作用，如果错加了普通润滑油，不但没有起到保护气缸的作用，反而有可能溶解O-ring，造成气缸的串气现象。严重时拉伤气缸壁，因此推荐，选择橡胶专用油。

由于阀门的气缸比较大，但是阀门的开关时间有严格的要求，要求阀门能够快开，慢关，阀门供气的减压阀选择CV流量比较大的fisher 67DFR，来满足执行机构气缸对供气的需求。Regulate 的Inlet和outlet都是3/4NPT接口的减压阀。

由于定位器的电气转换的的喷嘴的排气孔比较小，对进入定位器的压缩空气的气源有严格的要求，仪表供气必须满足露点在-60度，一般过滤减压阀的滤芯要求在300目，在正常的维护过程中，阀门减压阀的滤芯在使用过程中，需要有一个更换计划，但根据现场的使用的过程中，一般都没有有更换的记录，而往往只有在减压阀坏的情况下，更换新的减压阀，所以为了减少定位器在使用过程中的故障率，建议定期更换减压阀的滤芯。

4. 阀门的控制原理

阀门的气路控制原理图如下：                                        

                                    图四

根据气路原理图我们可以看出，阀门实现故障开的功能是由trip valve 377 来实现的，

从左图来看，左上一口为trip 阀门的supply 供气入口，右上一位上腔的排气口，左右定位中间的两个入口为定位器的上下两个口的进气口，左右两边的从上到下第三个口为进入气缸的上下两个口的入口，要么是作为信号气进入booster（气路放大器）的信号气入口，而通过booster（气路放大器） 把定位器出口的流量放大，而非压力。进而能够实现阀门的快速的开关。

而最下面的两个口，为了实现阀门的故障状态，Fail open

或者是Fail close 还有一种状态是故障保持（即：阀门在遇到故障的时候，阀门保持原来的阀位不变，知道阀门恢复正常的可控状态）

举例：

   左侧三是进阀门的下气缸，左最下面的口连接一跟定位器入口一样压力的储气罐，当trip valve 377供气（supply）电磁阀断电（即，左一入口没有气压供应的时候，）而现在左右中间的两个口的气压就不能够通入到左右三口去，而现在左右三两个口与下面的两个口左边通左边，右边通右边，这个时候tank里面的气源直接通入执行机构的下气缸而实现的阀门故障开，反正装在另外一个口上，实现的是阀门的故障关状态。

如果要实现阀门的故障保持，则需要把两个口进行堵起来。从而使阀门执行机构的，上下气缸的气不能排出气缸，通过保持上下气缸的气不外露来实现的阀门的故障保持。

5．阀门的调试过程

阀门安装安装管路图配管完毕后，进入阀门的调试环节。跟阀门定位上电点亮后连接Hart通讯器，这里通过hart猫连通电脑valveLink软件来进行调试阀门。也可以用Trax，475的hart协议的通讯专用工具，也可用hart station（AMS资产管理系统）。在给阀门供上气源，调节减压阀门，达到阀门所需要的供气压力80psig，把booster的bypass螺栓旋到底回1，1/4圈然后锁住螺栓。上下气缸的平衡阀完全关闭，（只有在阀门切换的手动操作的时候才把平衡阀打开，使上下气缸的气压达到平衡，就避免在手动打开阀门的时候还有克服气压的压力，这样是手动开关阀门的过程中，能够轻松的开关）。然后把quick release valve的bypass的针型阀（此阀的作用就是阀门在通过快速释放阀门排气的过程中，当气压较小时候，气源通过针型阀流过，从而避免阀门出现大阀位的动作，从而造成阀位的超调现象，使阀门能够精准的到达预设的阀位值。）先把针型阀旋到底，然后再慢慢打开旋两到三圈。

现已经把阀门的硬件已经调到阀门的预设位置，现在进入阀门参数设置页面，把阀门的参数，和执行机构的参数写入定位器。之后一定要走阀门定位器的设置向导选项，（因为有的工厂反馈，在没有走设置向导的情况下，而直接走阀门表达程序的情况下，阀门在起初运行的状态下，阀门能够正常运行，然而，在运行过一段时间之后，或者，工厂发生断电的操作之后，阀门出现过突然失控）而通过走设置向导的阀门定位器，只有定位器在发生故障的情况下，才不受控制（例如阀门定位器，电气转换器的堵塞等）造成的阀门定位器，不能动作，而非定位器突然失效，而标定后，阀门定位器又能正常工作，所以建议在避免出现这种情况的状态下，一定要完成的走一遍设置向导。

在阀门完成标定之后，阀门定位器会默认的生成组tuning值，这组值是当你选择带气路附件booster或者quick releaser的默认值。Tuning set “expert ” ，Proportional Gain “8.5”，Velocity Gain“4”，MLFB Gain “50”，Enable integral Control “YES”建议改成“No”，如果打开的情况，就是定位器要围绕着阀门的设定阀位，驱动信号在上下波动（正常情况下，阀门定位器的驱动信号在50%-80%之间上下波动），阀门的阀位在实时的根据阀位的设定点，一直在寻找设定点，驱动信号发生变动，从而引起阀门的波动。如果阀门的摩擦力比较大的情况下，阀门的波动幅度要比较大。改成“NO”后，阀门的阀位在设定点的1%；以内。如果是ODV版本的定位器（专门为防喘振阀门设计的定位器版本，其电气转换器，和relay都比普通版本的较高），这个精度会更高。这个参数不一定适合这台阀门，这时候就要根据自己的经验，来匹配阀门的调节精度和准度。现在给一个经验值P ：10，V：7，MLFB ：25.（比例，速率，小信号回馈）。阀门调试结束后我要验证一下阀门，调教的现象是否达到我们所需求的程度，我可以做一个step response如图：    

图：五

 阀门在给0%，25%，50%，75%，100%，75%，50%，25%，0%。100%，0%这11一个阀位时候阀门能够根据阀位的设定点干净利落的，上下开关，就达到我们所理想的状态，这个是一个，很有耐心的工作，需要经验的积累。阀门在给到设定点时允许有一个校的上调，然后能够迅速的回到设定点，但是不可接收多个波，使阀门来回的震荡。

影响阀门精度的因素有许多中，其中阀门的摩擦力就是其中一种。如此阀门的摩擦力曲线：    

                   图：六

从阀门的上下行程的两条曲线比较平滑，我们可以得出阀门的摩擦力比较均匀，阀门的摩擦力是根据阀门执行机构活塞的有效面积，和气压大小，阀杆的粗细，填料的形式所计算出来的，阀门的正常的摩擦力的大小应该在阀门厂商推荐摩擦力的20%-70%之间，如果小于20%，阀门有可能出现填料处外漏的现象，如果阀门的摩擦力大于70%，阀门可能出现阀门卡涩的现象，有可能阀门有超调现象，或者不灵敏。

                           图：七

如图：我们的动态误差值如果太大也有可能是摩擦力的大小造成的，我们需要看的是阀门的平均摩擦力与期望摩擦力的比较，另外阀门执行机构的推力要满足阀门所需要的落座力，此阀门为蝶阀，通常要以扭矩为表达单位。

  通常现场要求阀门在0.5%的给定值的时候，阀门要有动作，正常情况下，阀门的默认的cut off值在0.5%的小信号切除，但是，不一定是阀门在给定值0.5%时候动作，这个是后只有改cut off 值，然后满足现场的需求。当这两个曲线都满足要求后，和现场的使用要求，阀门的调试工作就结束了。

6. 小结

本文针对冶金行业，高炉鼓风机的防喘振阀门的调试过程进行了相应的总结，结合阀门调试过程中使用到调试工具，和软件，结合现场的使用工况状态，更好的满足鼓风机的安全运行，逃离鼓风机的防喘振曲线，保障工厂的安全运行，使工艺生产更加智能化，安全高效的生产。至此把在防喘振阀门的调试经验与大家分享。

参考文献

【1】百度百科

【2】Fisher DVC6200 manual

【3】Fisher A11 manual bulletin