核電廠氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)試方法總結(jié)

張媛媛，孫　楠，張　磊（福建福清核電有限公司，福建　福清　350318）

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核電廠氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)試方法總結(jié)

張媛媛，孫楠，張磊
（福建福清核電有限公司，福建福清350318）

摘要：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是核電廠重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)于機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著不可或缺的作用。依據(jù)其他電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥影響系統(tǒng)效率的事例舉不勝舉，故調(diào)試階段做好調(diào)節(jié)閥的調(diào)試工作尤其重要。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)試往往需要多專業(yè)配合，特別是引入DCS控制后，閥門的調(diào)試需要掌握的知識(shí)更為多樣化。為應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門的調(diào)試工作，首先需了解和掌握氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的原理和組成。

關(guān)鍵詞：核電廠；氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥；調(diào)試方法

1　氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的簡(jiǎn)介

1.1氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的分類

1.1.1按作用方式分類

按照氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的作用方式可以將其分為正作用式和反作用式兩種方式。

正作用式：當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)失去空氣壓力時(shí)彈簧力促使閥瓣上升，閥門開啟；通入壓縮空氣，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)的空氣壓力克服彈簧壓力使閥瓣下降，從而關(guān)閉閥門。這類氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥也叫氣關(guān)型調(diào)節(jié)閥。

反作用式：當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)失去空氣壓力時(shí)，在彈簧力的作用下促使閥瓣下降，閥門關(guān)閉；通入壓縮空氣，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)的空氣壓力克服彈簧壓力使閥瓣上升，打開閥門。這類氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥也叫氣開型調(diào)節(jié)閥。1.1.2 按動(dòng)作方式分類

按照氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作方式可以將其分為直行程和角行程兩種方式。

直行程式調(diào)節(jié)閥是通過上下運(yùn)動(dòng)的方式來獲得閥籠對(duì)流量的調(diào)節(jié)；角行程式調(diào)節(jié)閥是通過閥體的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的調(diào)節(jié)。

1.2氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)主要包括閥體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和附屬裝置三部分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于核心部分，它將輸入的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為作用于閥體的推力，從而控制閥體開或者關(guān)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能；閥體是調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作部分，它與被控制的介質(zhì)相接觸，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用下改變閥芯與閥座之間的流通面積，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的有效控制；附屬裝置則是為實(shí)現(xiàn)不同的功能要求，而選用的各類裝置或設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)閥門的快開、快關(guān)、輸出大力矩、失效保位等功能，如BOOSTER、定位器，電氣轉(zhuǎn)換器等統(tǒng)稱為附屬裝置（由于筆者均為儀控專業(yè)人員，故下文相關(guān)論述均從儀控角度出發(fā)）。

1.2.1電-氣轉(zhuǎn)換器（圖1）

電-氣轉(zhuǎn)換器用一個(gè)將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置。它根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出的4-20mA電流信號(hào)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的氣壓信號(hào)（0.02～0.1MPa），輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，以控制閥體開度、達(dá)到對(duì)調(diào)節(jié)流量的目的。

電-氣轉(zhuǎn)換器通常由電路、磁路、氣動(dòng)平衡部分等組成。調(diào)節(jié)器輸出4～20mA 的電流信號(hào)進(jìn)入測(cè)量線圈，根據(jù)電磁感應(yīng)定律將產(chǎn)生電磁力，使得平衡杠桿平衡。電-氣轉(zhuǎn)換器從而實(shí)現(xiàn)把 4～20mA 的電流信號(hào)變成對(duì)應(yīng)的0.02～0.1MPa 氣壓信號(hào)。

1.2.2閥門定位器

閥門定位器是一種將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)化為壓力信號(hào)的裝置。按力矩平衡原理，它將閥桿位移信號(hào)作為輸入的反饋測(cè)量信號(hào)，以控制器輸出作為設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)兩者有偏差時(shí)，改變其到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)，建立了閥桿位移與控制器輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

氣動(dòng)閥門定位器主要可分成位移平衡式、力（力矩）平衡式和智能式三大類。

（1）位移平衡式氣動(dòng)閥門定位器（如圖2）： 工作原理：當(dāng)調(diào)節(jié)器來的控制信號(hào)增大時(shí)，波紋管1就相應(yīng)伸長(zhǎng)，并推動(dòng)拖板2以反饋凸輪6為支點(diǎn)作逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，于是擋板3就靠近噴嘴4，噴嘴背壓升高。

此背壓經(jīng)放大器 5 放大后，輸出壓力迅速上升并送入氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的膜頭 9，使閥桿 8 向下移動(dòng)，帶動(dòng)反饋桿 7 和反饋凸輪 6 繞支點(diǎn) 0順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，反饋凸輪 6 的偏轉(zhuǎn)使拖板以波紋管 1 為支點(diǎn)作逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)，于是擋板 3 離開噴嘴 4，使輸出壓力下降，即閥桿 8 向下移動(dòng)引起的效果是負(fù)反饋?zhàn)饔?。此時(shí)，一定的信號(hào)壓力就對(duì)應(yīng)于一定的閥門位置。

福清核電大量使用的FISHER 3572型定位器就屬于上述類型。

（2）力（力矩）平衡式氣動(dòng)閥門定位器（圖3）： 工作原理：它是按力矩平衡原理工作的，當(dāng)通入波紋管 1 的信號(hào)壓力增加時(shí)，使主杠桿2繞支點(diǎn)15轉(zhuǎn)動(dòng)，擋板13靠近噴嘴14，噴嘴背壓經(jīng)功率放大器16放大后，通入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)8的隔膜室，因其壓力增加而使閥桿向下移動(dòng)，并帶動(dòng)反饋桿9繞支點(diǎn)4轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋凸輪5也跟著作逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過滾輪10使副杠桿6繞支點(diǎn)7轉(zhuǎn)動(dòng)，并將反饋彈簧11拉伸，彈簧對(duì)主杠桿2的拉力與信號(hào)壓力作用在波紋管1上的力達(dá)到力矩平衡時(shí)儀表達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)，一定的信號(hào)壓力就對(duì)應(yīng)于一定的閥門位置。

福清核電廠REA016VD、RRI155VN等閥門使用的Masoneilan7800定位器即為力矩平衡式。

（3）智能式定位器：智能式定位器直接接受調(diào)節(jié)器輸出的 4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，經(jīng)過定位器運(yùn)算處理后，輸出和輸入信號(hào)成比例的氣壓信號(hào)，從而控制閥門的開度。對(duì)于智能式定位器，4-20mA 標(biāo)準(zhǔn)電流控制信號(hào)既是閥門的控制信號(hào)，又是定位器的工作電源。智能定位器種類繁多，在福清核電廠基本都應(yīng)用于常規(guī)島部分，在此不作研究。

1.2.3空氣過濾減壓器

空氣過濾減壓閥用于凈化來自空氣壓縮系統(tǒng)的氣源，除去空氣中的灰塵、雜質(zhì)，并將壓縮空氣系統(tǒng)來的氣源壓力調(diào)整到所需的壓力值。

1.2.4放大器

有些閥門要求開關(guān)時(shí)間比較短，而且這些閥門的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片尺寸很大，就需要在氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門定位器之間安裝一個(gè)Volume booster來改善閥門的動(dòng)作情況，其作用就是增加氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)/放氣量 。

1.2.5手輪

手輪機(jī)構(gòu)與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配套使用。氣源（信號(hào)）壓力故障、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的隔膜、彈簧以及密封件損壞時(shí)，可采用手輪機(jī)構(gòu)操作閥門，維持調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能。

2　福清現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)閥調(diào)試過程遇到的問題及解決方案

2.1典型案例一：中性點(diǎn)位置影響閥門開關(guān)

1ARE033VL完成閥門初次整定后，工藝試驗(yàn)過程中多次出現(xiàn)閥門無法調(diào)節(jié)到位的情況。機(jī)械用手輪均能正常開關(guān)閥門，再排除閥門卡澀的基礎(chǔ)上，儀控專業(yè)多次整定電氣轉(zhuǎn)換器與定位器后（每次記錄的定位器在各個(gè)信號(hào)下的輸出值均有變化），依然多次出現(xiàn)閥門在使用過程中出現(xiàn)無法動(dòng)作到位的情況。

分析過程：在多次調(diào)節(jié)閥門的過程中發(fā)現(xiàn)，電氣轉(zhuǎn)換器均為出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，每次均是電氣轉(zhuǎn)換器重新調(diào)整且每次定位器在定位器輸出一定的情況下均需要調(diào)整進(jìn)入到閥門膜腔壓力才能使閥門開、關(guān)到位。在現(xiàn)場(chǎng)多次跟蹤后儀控方面發(fā)現(xiàn)由于工藝在每次試驗(yàn)過程中的掛鎖、解鎖閥門操作均會(huì)影響到閥門手輪位置。在和機(jī)械商討后認(rèn)為閥門中性點(diǎn)位置影響閥門開關(guān)可能較大。

解決方法：儀控閥門校驗(yàn)單中加入閥門手輪距離閥門本體基座位置條件，記錄數(shù)據(jù)，在閥門手輪位置一定的情況下調(diào)解閥門定位器。試驗(yàn)過程中對(duì)閥門手輪位置進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到與閥門定位器校驗(yàn)時(shí)一致，后續(xù)未出現(xiàn)閥門無法動(dòng)作到位的情況。

2.2典型案例二：放大器旁通調(diào)節(jié)螺絲影響閥門穩(wěn)定性

1RCV030VP調(diào)試過程中，完成首次調(diào)整定電氣轉(zhuǎn)換器與定位器后，閥門能夠在自動(dòng)信號(hào)的控制下正常工作。但在RCV系統(tǒng)試驗(yàn)過程中，（階躍性）手動(dòng)給出一定開度后現(xiàn)場(chǎng)觀察閥門，閥門能夠快速到達(dá)給定開度，但出現(xiàn)閥門有“喘”的現(xiàn)象。

分析過程：儀控初步懷疑為進(jìn)氣壓力過大，導(dǎo)致每次進(jìn)入膜腔的氣過多，在定位器完成位移平衡的過程中進(jìn)氣過多導(dǎo)致無法平衡。在機(jī)械配合下現(xiàn)行由機(jī)械調(diào)整后，重新標(biāo)定進(jìn)氣壓力，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣壓力與初次標(biāo)定的情況基本一致。排除過濾減壓器進(jìn)氣壓力過大后，進(jìn)一步分析：在研究后依然將此現(xiàn)象的根本原因定位為閥門進(jìn)氣過多，在多次研究閥門氣路圖后判定為放大器旁通調(diào)節(jié)過小導(dǎo)致閥門出現(xiàn)“喘”的現(xiàn)象。

解決方法：增加放大器旁通螺絲開度，減小最終進(jìn)入閥門膜腔內(nèi)的氣的流量。

在完成放大器旁通螺絲調(diào)節(jié)后重新標(biāo)定閥門定位器，后續(xù)試驗(yàn)閥門“喘”的現(xiàn)象再無出現(xiàn)。

2.3典型案例三：定位器反饋凸輪方向問題

1RRA013VP調(diào)試過程中，出現(xiàn)了定位器波紋管損壞的情況發(fā)生。領(lǐng)用備件更換后出現(xiàn)無法通過調(diào)節(jié)定噴嘴與噴嘴擋板的位置，使閥門在對(duì)應(yīng)信號(hào)下到達(dá)對(duì)應(yīng)全關(guān)（或全開）位置。

分析過程：閥門在調(diào)節(jié)過程有出現(xiàn)信號(hào)與之前相反的情況，即原給出4mA電流電氣轉(zhuǎn)換器輸出3PSI氣后閥門應(yīng)處于全關(guān)位置，但在更換新的定位器后閥門更加接近全開位置，強(qiáng)行調(diào)節(jié)噴嘴與噴嘴擋板位置均無法使得閥門到達(dá)正確位置。

初步懷疑為定期器型號(hào)問題——備件領(lǐng)用錯(cuò)誤，但在多次核實(shí)后認(rèn)定型號(hào)備件型號(hào)為相同型號(hào)，但備件為通用型備件，即備件不為1RRA013VP的專用備件。

將已損壞壞的定位器與備件定位器對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，兩定位器的凸輪方向相反，半圓盤正對(duì)的情況下原損壞定位器凸輪為上大下小，而備件定位器凸輪為上小下大。

解決方案：將備件定位器的凸輪拆下，倒轉(zhuǎn)90°后重新用彈簧固定。后續(xù)重新整定定位器，閥門能夠?qū)崿F(xiàn)正常功能。

3　結(jié)論

調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥故障率較大，通過對(duì)故障分析、處理方法和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，有效利用經(jīng)驗(yàn)反饋工具，及時(shí)共享交流，可以快速有效的解決調(diào)試故障，提高閥門的可靠性，最終達(dá)到縮短調(diào)試工期，加速調(diào)試進(jìn)度的目的。

在后續(xù)機(jī)組調(diào)試過程中需要優(yōu)化氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥校驗(yàn)?zāi)０?，加入更多的參?shù)的記錄，例如，調(diào)節(jié)閥門定位器時(shí)閥門手輪距離閥座位置、閥門零、滿、50%點(diǎn)死區(qū)、等參數(shù)。并針對(duì)氣動(dòng)閥門建立數(shù)據(jù)庫，讓每次校驗(yàn)閥門的數(shù)據(jù)均能為下次閥門解體再校驗(yàn)服務(wù)，為后續(xù)機(jī)組的調(diào)試維修提供更好的數(shù)據(jù)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.157