核电厂气动调节阀调试与故障分析

核电厂气动调节阀调试与故障分析

摘要：气动调节阀是核电站系统运行的最终执行者之一，对于系统安全、经济

运行有着不可或缺的作用，调节阀的运行品质直接影响到机组的效率和安全。本

文从原理入手，结合调试过程中实际问题，对气动调节阀调试、故障诊断、处理

方法等进行总结，对于后续机组的调试及运行有一定的积极意义。

关键词：核电厂；气动调节阀；原理；故障分析

1气动调节阀原理

气动调节阀的结构主要包括阀体、执行机构及附属部件。其中附属部件包括

定位器、电气转换器、减压阀、放大器等，附属部件接收来自控制系统的电信号，转换为气压作用在执行机构上，执行机构将气压转换为推力作用在阀体上，改变

阀芯与阀座之间的流通面积，从而实现对流体流量的控制。

2气动调节阀调试

现场工作过程中，气动调节阀的调试内容主要包括电缆端接的检查、阀门本

体的检查、附属部件的调试、阀门控制试验及失效状态检查等，本章主要介绍附

属部件的工作原理及调试方法。

2.1过滤减压阀

过滤减压阀主要功能为过滤压缩空气中的杂质，并为E/P、定位器和其它阀

门部件提供适当压力的气源。减压阀输出压力过低可能导致阀门开关不到位，压

力过大则可能冲坏阀门膜片。

过滤减压阀剖面结构图如图1，过滤后的空气经过锥形阀芯进入输出腔室和

膜片底部。当输出腔室的气压大于膜片上弹簧压力时，膜片向上移动，阀芯也向

上移动，输入气源被阀芯隔断，输出腔室内的压缩空气通过膜片和阀芯顶部之间

间隙进入排空腔室由排气孔排出，使输出压力减小；当输出腔室的气压小于膜片

上弹簧压力时，膜片向下移动，输入气源通过阀芯和阀座之间间隙进入输出腔室，使输出腔室内的压力上升。只有当输出压力与弹簧压力一致时，阀芯和阀座间隙

固定，输出压力稳定；

调试过程中，需要在减压阀出口连接经过检定的标准压力表，根据标准压力

表示数调节减压阀输出压力到要求值，同时检查减压阀自带压力表示数是否准确，若不准确，则进行更换。

2.2行程开关

气动阀常用的行程开关分为接触式和非接触式。行程开关的工作原理为当安

装于阀门上的运动部件撞击或接近行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路

的切换，从而将阀门的开启或关闭位置以开关量的信号输出。但由于行程开关调

节过程中本身误差较大，所以在实际应用中，只用行程开关粗略的监测阀门的位置。

调试过程中，对于接触式行程开关，上下扳动行程开关摆臂，对于非接触式

行程开关，利用目标磁铁靠近或脱离行程开关，通过万用表测量对应触点能否正

常通断。将阀门分别置于开关位置，调节对应位置行程开关使反馈信号可正常输出。

图1 过滤减压阀剖面结构图

2.3电气转换器

电气转换器的功能为接收控制系统的控制信号4-20mA转化为3-15psi压力信

号输出到定位器。如图2，增大4-20mA输入信号，处于永久磁钢磁场中的线圈

对流过它的电流产生的作用力增大，使喷嘴与挡板之间的间隙减小，喷嘴内的背

压增高，使输出压力增大；输出的另一路供给反馈波纹管，使之产生一个反作用力，当作用力和反作用力平衡时，喷嘴内压力维持稳定，电/气转换器输出压力也趋于稳定并与输入信号相对应。

图2 电气转换器原理图

AP1000核电厂中最常用的电气转换器型号为FISHER 546，此类型电气转换器

调试方法为：

1、输入4mA电流值，调节图3中零点螺丝，直到输出气压值为3.00±0.09psi；

2、输入20mA电流值，调节图3中量程螺丝，直到输出气压值为15±0.09psi；

3、重复步骤1、2，直到零点和量程均满足要求；若不满足要求则进行电气

转换器更换；

4、线性度检查，分别输入4、8、12、16、20、16、12、8、4mA，记录各点

电气转换器输出气压值，并进行误差计算，若大于±0.75%，则进行电气转换器更换；

图3 电气转换器外观图

2.4定位器

阀门定位器用于按输入控制信号将阀门准确定位。由控制系统或控制器来的

输入控制信号作为给定值，阀位作为被调参数和反馈量，阀门定位器将两者进行

比较，进而按一定规律输出信号给气动执行机构调节阀位。AP1000核电厂中用到的定位器型号有9种，在此介绍一下FISHER 3582定位器的结构、原理。

3582定位器与执行机构连接如图4，定位器的仪表输入口接收来自电气转换

器输出的气压信号。当电流信号增大时，电气转换器输出气压增大，定位器的波

纹管膨胀而移动平衡梁。平衡梁使活瓣（挡板）在枢轴上顺时针旋转，使喷嘴与

挡板距离减小，喷嘴内的背压增大，输出压力增高，执行机构膜片上部受压阀杆

向下动作。反馈旋转臂带动凸轮旋转，以阻止挡板的靠近，使阀位停止在所要求

的调节位置上。反作用需将活瓣组件旋转到反作用区。

图4 3582定位器与执行机构连接图

2.5流量放大器

流量放大器是阀门控制的最后一级，它以定位器输出气压作为控制信号，以

减压阀输出压力作为输入信号，从而实现定位器输出压力大小不变的情况下放大

进入气缸的气体流量，使阀门响应速度加快，一般用于执行机构较大或者系统要

求快速响应的阀门，AP1000核电厂中主给水调节阀、启动给水调节阀、大气释放阀、PRHR HX出口调节阀等重要阀门中均有使用。

如图5，来自定位器的信号气压从上部进入放大器膜片A，产生力F1=P1*SA，推动金属架C 向下移动，迫使阀塞向下移离开阀座（下阀），输出气压产生力

F2=P2*SB，因为SA=SB，所以在平衡时P1=P2。输出到阀门执行器的空气容量增加，而压力不变。当P1减小，P2>P1时，金属架向上移动与阀塞之间产生间隙（上阀），气室B中空气从排气口排出；随后阀塞在回座弹簧的作用下向上移动，减小与气流室接触面之间的间隙，进气减少，气室B中压力减小，直到P2=P1时

达到平衡。小孔D与E相连通，使P1和P2相平衡。