阀门定位器原理及现场调教

单/双作用气动执行机构
人们把常用气动执行机构作了如下分类:气动薄膜执行机构和气缸式执行机构,又根据作用方式分为单作用和双作用,正作用(气关)和反作用(气开)
一般气动薄膜执行机构都会带有复位弹簧,所以都是单作用的,一般气缸式执行机构根据有无复位弹簧分为单作用和双作用.这样一来,单作用执行机构人们会配上单作用输出阀门定位器,双作用执行机构一般配上双作用定位器
电气阀门定位器调试方法
电气阀门定位器是气动控制阀最重要的附件之一,实现着接收控制信号准确定位阀门行程位置的作用,气动控制阀出厂时,定位器与控制阀都做过标定,但是阀门装到管线上后往往需要再进行一次标定,常规的标定方法是:标定5点即4mA,8mA,12mA, 16mA,20mA,在12mA时定位器反馈杆处于水平位置,其它几组信号时阀门位置应分别在0,25%,75%,100%的行程处,且反馈杆的转动角度小于正负45度.对于零点和满度的偏差可单独调整相应螺钉进行修正,正常情况下如果阀门行程和给定信号一一对应则表示标定完成.
阀门关闭时产生的一个主要问题是如何达到使阀门严密关闭的阀座全负荷。

通常的方法是对阀门进行标定，从而使闭合部件（如阀塞、隔膜、阀板等）恰好定位在阀座上，而不是确认闭合部件是否完全靠在阀座上。

为了保持设计泄漏量，避免密封表面受到腐蚀，必须设计适当的密封负荷。

单作用气动执行器通常都采用薄膜式设计。

采用这种设计方式，使用的弹簧可以减少阀座负荷，也可以承受全部闭合压力。

典型的双作用气动执行器采用活塞设计。

采用这种设计方式，与薄膜式设计型不同，供应压力不需要进行限制，为了达到较高的闭合压力，可以应用全负荷供应压力。

对于活塞设计型，压力越高，阀门的稳定性与控制灵敏度就越好。

许多设计人员通常以4-20mA信号作为信息信号，而不采用功率信号。

对于薄膜式执行器，功率信号不仅决定了关闭部件的定位位置，而且也可以驱动接通运行气源，关闭阀门。

当标定阀门时，阀门处于关闭状态时，信号值恰好为4mA。

为确保不产生阀座负荷，阀门设计中应用了辅助电源。

只有当控制信号下降到4mA以下时，才会产生阀座负荷，但是控制系统中通常不会存在这种信号。

因此，讨论本问题的目的仅是进行标定，以使阀门准确严密关闭；当关闭时，阀座处于全负荷状态。

当信号值为运行值的3-5%时，进行非正常标定，使阀门在阀座上就位。

或当阀门的行程达到预置位置时，快速动作继电器改变定位器信号，使阀门完全关闭，施加全负荷闭合压力。

ZPD型（Ⅲ型）电气阀门定位器故障分析和排除
故障A：气源压力波动
检查空气过滤减压器，清除底部的积水和污物。

故障B：有输入信号但输出很小或没有
（1）定位器由于行程微调螺钉调整过多，造成力矩马达线圈脱焊，焊上引线即可。

（2）力矩马达线圈内部断线或由于过流烧坏；用万用表Ω挡测量线圈电阻，正常时应该250Ω左右，若偏离250Ωl太大则更换线圈。

（3）信号线接触不良；检查接线端子，消除松动现象。

（4）信号线接反：检查（+）（-）端子接线，看是否接反。

（5）喷嘴挡板位置不正：重新调整平行度，看输出变化。

（6）喷嘴固定螺钉松动：固紧喷嘴固定螺钉，到满足行程要求。

（7）放大器有故障；检查放大器是否有故障或更换之。

（8）气阻堵塞：用Ф0.12通针清除污物即可。

（9）排气孔堵塞：定位器底座中央，有一喷嘴排气孔，若不注意将其堵塞，定位器将停止工作。

（10）挡板杠杆连接弹簧变形或断；打开定位器盖更换之。

（11）永磁体放置位置不对改变永磁体磁极，看阀是否动作。

（12）反馈杠杆脱落；重新调整平行度，看阀动作情况。

（13）反馈杠杆量程固定销钉偏里：调整销钉满足行程要求。

（14）带手轮的调节阀手轮未打到中间位置；检查手轮位置，重新调整至中间位置。

（15）凸轮松动或位置不当；固紧凸轮或重新调整凸轮位置。

（16）挡板杠杆连接弹簧刚度不够：改变（+）（-）极性接线、调整挡板与喷嘴距离，满足行程要求（这时需要改变调节器作用方式）。

故障C：输出压力振荡
（1）放大器中有污物：清除放大器中的污物。

（2）输出管线或膜头漏气：消除漏气现象，使阀动作平稳。

（3）膜头膜片老化：更换老化膜片即可。

（4）永磁体位置不对：重新调整永磁体平行度，消除磁路不稳。

（5）固定反馈杠杆的螺钉松动：拧紧固定螺钉，消除阀振动。

（6）输入信号交流成分大：消除交流成分或在输入端并联一个电容．滤去交流干扰。

（7）背压气路有污物：消除污物，排除故障。

（8）阀杠径向松动：检修调节阀即可。

故障D：无输人时还有输出
（1）背压部分堵塞：清除堵塞污物。

（2）“自动与手动切换开关位置不当将“自动与手动切换开关按顺时针方向旋转到“自动”位置。

故障E；精度不好
（1）喷嘴、档板调整不好：重新调整平行度或喷嘴固定螺钉，满足精度要求。

（2）背压气路漏气；消除漏气现象。

（3）调节阀径向位移大：检修调节阀。

（4）调零螺钉调整不当：重新调整调零螺钉满足精度要求。

（5）反馈杠杆与固定销钉位置不对：重新按行程要求调整销钉位置。

故障A：气源压力波动
检查空气过滤减压器，清除底部的积水和污物。

故障B：有输入信号但输出很小或没有
（1）定位器由于行程微调螺钉调整过多，造成力矩马达线圈脱焊，焊上引线即可。

（2）力矩马达线圈内部断线或由于过流烧坏；用万用表Ω挡测量线圈电阻，正常时应该250Ω左右，若偏离250Ωl太大则更换线圈。

（3）信号线接触不良；检查接线端子，消除松动现象。

（4）信号线接反：检查（+）（-）端子接线，看是否接反。

（5）喷嘴挡板位置不正：重新调整平行度，看输出变化。

（6）喷嘴固定螺钉松动：固紧喷嘴固定螺钉，到满足行程要求。

（7）放大器有故障；检查放大器是否有故障或更换之。

（8）气阻堵塞：用Ф0.12通针清除污物即可。

（9）排气孔堵塞：定位器底座中央，有一喷嘴排气孔，若不注意将其堵塞，定位器将停止工作。

（10）挡板杠杆连接弹簧变形或断；打开定位器盖更换之。

（11）永磁体放置位置不对改变永磁体磁极，看阀是否动作。

（12）反馈杠杆脱落；重新调整平行度，看阀动作情况。

（13）反馈杠杆量程固定销钉偏里：调整销钉满足行程要求。

（14）带手轮的调节阀手轮未打到中间位置；检查手轮位置，重新调整至中间位置。

（15）凸轮松动或位置不当；固紧凸轮或重新调整凸轮位置。

（16）挡板杠杆连接弹簧刚度不够：改变（+）（-）极性接线、调整挡板与喷嘴距离，满足行程要求（这时需要改变调节器作用方式）。

故障C：输出压力振荡
（1）放大器中有污物：清除放大器中的污物。

（2）输出管线或膜头漏气：消除漏气现象，使阀动作平稳。

（3）膜头膜片老化：更换老化膜片即可。

（4）永磁体位置不对：重新调整永磁体平行度，消除磁路不稳。

（5）固定反馈杠杆的螺钉松动：拧紧固定螺钉，消除阀振动。

（6）输入信号交流成分大：消除交流成分或在输入端并联一个电容．滤去交流干扰。

（7）背压气路有污物：消除污物，排除故障。

（8）阀杠径向松动：检修调节阀即可。

故障D：无输人时还有输出
（1）背压部分堵塞：清除堵塞污物。

（2）“自动与手动切换开关位置不当将“自动与手动切换开关按顺时针方向旋转到“自动”位置。

故障E；精度不好
（1）喷嘴、档板调整不好：重新调整平行度或喷嘴固定螺钉，满足精度要求。

（2）背压气路漏气；消除漏气现象。

（3）调节阀径向位移大：检修调节阀。

（4）调零螺钉调整不当：重新调整调零螺钉满足精度要求。

（5）反馈杠杆与固定销钉位置不对：重新按行程要求调整销钉位置。

调节阀故障分析处理
一、膜片膜头式执行机构
1. 液位控制调节阀失控打不开
液位测量指示已很高，调节器输出也很大，但是调节阀还开不了，只好打机械手轮控制。

检查阀门定位器（拆去膜头连接管，堵上），揿动喷嘴档板机构，定位器无输出变化，检查节流孔是通畅的，拆开放大器发现放大器膜片破了。

更换膜片，调节阀重投入自动控制。

阀门定位器放大器膜片破，背压室无背压，放大器无输出，故调节阀失控。

2. 阀门定位器反馈滑杆锈死
液位波动厉害，检查发现阀门定位器反馈机构滑杆已全锈死不能转动，只好用手轮控制。

设法敲出滑杆，打锈并加油后装回，调节阀复回正常。

阀门定位器反馈机构，随阀的开度大小变化而加进定位器相应的反馈量。

滑杆锈死，反馈作用力不能随阀的开度大小而变化，而不能使阀的开度停在调节器输出信号相应位置上，致使液位波动不已。

3. 压力控制阀不能动作
一次工艺减负荷，天然气量减不下来，是天然气压力调节阀门不能动作所致。

检查中发现到阀门的输出信号正常，估计是阀芯才结碳卡死，后加大气动信号，再加手轮作用力才关了此阀。

待停车拆开阀门检查，不出所料，因该阀平时负荷稳定开关甚少，天然气中所带的碳黑在阀杆和导向套之间的很小间隙中结碳卡死。

故以后每年大检修时，均将此阀拆开清洗，以免类似事故。

4. 阀芯断失控
吸收塔液位控制不住，记录曲线波动下降，检查变送器、调节器均无问题。

打手轮控制时发现手轮压下或提起时均不像平时那么沉重，轻飘飘的，判断是阀芯断裂，被迫停车拆开调节阀处理，是阀芯和阀杆连接处断开。

只好更换阀芯，并将阀芯阀杆连接处堆焊一圈增加强度，以免类似事故。

阀芯断裂是在介质压力下的不平衡力所致。

5. 加盘根多调节阀打不开
大检修后开车时，液氨闪蒸槽液位高，现场检查发现调节阀未打开，急忙打手轮控制使液位正常，仪表工发现是调节阀在检修时，怕漏液氨，盘根加的过多，压得太紧，摩擦大。

适当松点盘根压疬让其动作灵活，重投自控。

6. 流量控制波动
空气压缩机防喘振流量控制放空阀，在开车过程中频繁开关，致使流量不稳定。

检查调节器、调节阀均无问题，只是调节阀开度一直很小。

当空气流量上升之后，调节器输出达１ MPa/cm 2 的信号到调节阀（气关阀），类似于积分饱和现象。

当定位器接到一个打开阀的信号后，定位器要经过一段死区才起控制作用，这段死区使调节器输出变小，待调节阀动作时又过头了，这样的反复过程，加之调节阀低端控制线性差，这样阀必然频繁开关，则使流量控制不稳定。

解决办法只有建议工艺加大压缩机转速，增大放空量，使调节阀脱开低端控制。

7. 吸收塔液位低报警
检查调节阀已是全关，只好配合工艺倒至Ｂ阀运行。

拆开阀检查是阀芯冲刷损坏严重，更换新阀芯装校好备用。

阀芯冲蚀，不起控制作用，若不及时处理，液位低过联锁液位将引起停车。

8. 调节阀阀杆弯打不开
大修过后，开车时吸收塔液位控制阀打不开，检查发现阀杆在检修时压弯了，只好拆开取下阀杆校直再装校好，投入运行。

检修调节阀一定要小心，特别这种非夹板连接式结构的阀，膜头较重，上头几圈螺丝扣还需转动膜头，不小心就会弄弯阀杆。

另外，调节阀检修完装校好之后，应反复开关几次，确信其动作十分灵活方能罢手。

9. 调节阀不能动作
检修后开车过程中，发现吸收塔液位控制阀不能动作，被迫停车打开调节阀检查，是导向套和阀杆间被掉进的铁屑卡死了。

该阀在检修中曾经将下法兰压疬用车床削去旧导向套，换上新导向套，组装阀时清洗不仔细，导向套下边还有掉进去的铁屑，在校验阀时，铁屑在下边对阀的动作无防碍，没有发现问题。

开车送入介质后，介质从平衡孔冲进导向套，又由导向套流出平衡孔，铁屑就在导向套中来回卷动，被卡死在阀杆和导向套之间，阀就不能动作了。

10. 调节阀打不开
开车过程中，二氧化碳压力调节阀打不开，压力逼高，放空阀被打开了。

检查原因时发现机械手轮控制的插销未拔掉，调节阀处于机械手动关死位置，当然打不开。

将调节器输出信号调至零，拔掉插销之后，调节阀投入运行。

11. 发现调节阀有摩擦
天然气压力控制阀，检修后发现摩擦不好，致使压力波动。

摩擦原因是检修组装时，压盖法兰之后摩擦现象消除。

一般调节阀阀杆和导向套间间隙很小，在组装时压盖法兰一定要压平，否则不是泄漏就是阀杆和导向套不同心而造成摩擦。

12. 调节阀突然全关引起停车
天然气流量调节阀突然全关，天然气流量降到零，被迫全系统停车。

检查调节器有输出，但调节阀全关，打手轮操作，配合工艺恢复生产。

将定位器输出风管拆下，用手堵上，揿动喷嘴档板机构，输出信号可达 1MPa/cm 2 ，说明问题出在调节阀上，向膜头送气信号，膜头泄气孔有气体放出，证明膜片破了。

更换膜片调节阀投入运行。

13. 投自动引起系统扰动
蒸汽流量调节阀，一次节为手轮控制，检查定位器之后重投自动，释放手轮时，引起系统扰动。

原因是调节器输出信号是保持在打手动前的值，操作工没看定位器输出，就快速释放手轮，调节阀随之开大。

因膜头过大，有个充气滞后过程，致使气关阀突然开大许多，给系统一次扰动。

14. 处理气源漏出问题
在处理阀门定位器气源接头漏气时，因用力过度使接头滑扣，气源管被冲掉，调节阀马上开始动作。

仪表工立即将气源管选插回，用手按紧，恢复了调节阀原来位置，然后配合操作工将调节阀打手轮控制，更换接头。

在紧急情况采取此应急措施还很有成效。

15. 隔膜阀打不开
水处理再生排放阀打不开，拆开检查，发现隔膜片被拉坏，更换新膜片后，没有几天又打不开，上述情况重发生。

分析隔膜片拉坏原因是，隔膜阀膜头限位螺栓松动，限位位置变了，阀杆行程过大，拉力超过膜片的弹性范围，故膜片拉坏。

重新调整限位螺栓，重新更换膜片，隔膜阀恢复正常。

二、气缸式执行机构
1. 液压式调节阀关不了
开车过程中，蒸汽压力调节阀自动打开了，加信号也关不了。

检查发现是错油门 O 型环因长期在高温在浸泡老化，不起密封作用所致，更换 O 型环后，恢复正常。

错油门的作用是将高压控制油和泄压后的低压控制油分别引进活塞式油缸的上下缸，从而控制阀门的开度。

当错油门密封 O 型环老化漏油之后，高压油和泄压后的油不能隔离开，致使活塞上下缸无压差，当然调节阀关不了。

2. 蝶阀发生等幅振荡
炉膛负压调节阀等幅振荡，节为手轮控制，检查发现双喷嘴放大器节流孔有些堵塞，致使气缸平衡压力太小，气缸两端压差过小，故不能使阀稳定，造成等幅振荡。

清洗堵塞的节流孔后，放大器输出增大，蝶阀正常运行。

3. 校验时打坏夹板丝扣
校验调节阀时，需要调整阀杆位置，这时需将校验信号降到零，就松阀杆夹板，刚一松只听到嘭的一声响，一看夹板丝扣已被打坏，只好重新加工夹板装配好再校验。

其原因是，校验用定值器将信号降到 0.2 MPa/cm 2 ，但上气缸作用有活塞的压力作用有膜头阀杆上，松动了一些的夹板托不住，因此把丝扣打坏。

正确的操作应该把上下气缸间的平衡活塞打开，使上下气缸压力平衡。

或者是拆脱接头让其泄气，再松夹板调阀杆。

4. 气缸平衡阀漏调节阀不能动作
检修后校验调节阀，送信号调节阀打不开。

检查才发现上下气缸平衡阀漏气，故使上下气缸不能形成压差所致。

更换平衡阀，恢复正常。

5. 蝶阀打不开
氨精制器蝶阀检修后投运时打不开，检查发现是
检修后安装时将上下气缸气源和气动信号的管线接反，
更正接管阀正常运行。

因气动信号压力加弹簧压力大于
气源压力时，使蝶阀关闭。

当气动信号与气源接反之后，
始终是气源压力加弹簧压力大于气动信号压力，因此该
两位式蝶阀处于关闭状态。

6. 放空阀关不死
压力调节放空阀，在一次检修时，进行了研磨、打压试验，密封性能很好。

装回，工艺开车正常之后，需关严该阀，但发现内漏严重。

估计是阀芯阀座间卡进了异物，决定开关几次冲掉异物，试验成功，此阀关严投入运行。

气动调节阀的现场校准与安装
（一）调节阀（附阀门定位器）现场校准
调节阀在调节系统中是执行机构，阀门的动作受调节器控制，同时阀门的动作也直线影响工艺参数的变化，所以除了现场装有副线的调节阀可以经副线将调节阀切出状态进行校准外，其余都只能在停运状态下才能校准。

为了提高调节性能，调节阀往往装有阀门定位器，在一般情况下调节阀都是连同阀门定位器一起校准的。

1、带气动阀门定位器的调节阀校准
（1）接线
按图8-1接配管线。

接通气源调整定值器，使其输出（数字压力计1）为20kPa，观察阀门行程是否在起始位置（最大行程位置）。

调整定值器输出到100kPa，观察阀门行程是否最大（起始位置）。

图中数字压力计2作为监视定位器输出用。

（2）步骤
a、选输入信号压力20kPa、40kPa、60kPa、80kPa、100kPa 5个点进行校准。

b、对应阀位指示应为0、25%、50%、75%、100%。

C、正、反两个方向进行校准。

阀位指示如以全行程（mm）乘上刻度百分数，即能得到行程的毫米数。

2、带电气阀门定位器的调节阀调准
（1）接线
按图8-2接配管线。

图中数字压力计作监视定位器输出用。

先送入4mA输入信号，观察数字压力计是否为20 kPa，阀门行程是否在起始位置（最大行程位置）。

再将输入信号调整到20mA，观察数字压力计是否为100 kPa，阀门行程是否达到最大（起始位置）。

（2）步骤
a、选输入信号压力4mA、8mA、12mA、16mA、20mA 5个点进行校准。

b、对应阀位指示应为0、25%、50%、75%、100%。

C、正、反两个方向进行校准。

阀位指示如以全行程（mm）乘上刻度百分数，即能得到行程的毫米数。

在对调节阀校准中，因是现场校准，阀门已经装在使用位置，所以有的项目如气密性试验等无法进行。

在定位器和调节阀联动校准过程中，如发现定位器工作不正常，则应将定位器取下单独校准。

（二）气动调节阀的安装
1、调节阀的安装
调节阀的正确安装与正确选择同等重要，安装的好坏是关系到操作性能、安全程度、成本高低的头等大事。

调节阀必须严格按照工艺要求和控制系统要求进行安装，一旦阀门产生故障，将导致火灾、爆炸、中毒等严重事故和人身伤害，损失是无法计算的。

在安装调节阀之前，应该检查调节阀的质量，从外观检查开始，再检查运输过程中零件和附件有无丢失，有无合格证，必要时进行静态特性的检查或专项检查。

2、安装原则
（1）气动调节阀安装位置，距地面要求有一定的高度，阀的上、下要留有一定空间，以便进行阀的拆装和修理。

对于装有气动阀门定位器和手轮的调节阀，必须保证操作、观察和调整时方便。

（2）调节阀应安装在水平管道上，并上、下与管道垂直，一般要在阀下加以支撑，保证稳固可靠。

对于特殊场合下，需要调节阀水平安装在竖直的管道上时，也应将调节阀进行支撑（小口径调节阀除外）。

安装时，要避免给调节阀带来附加应力，如管道与阀不同心或法兰不平行等。

（4）阀的工作环境温度要在－30～+60℃，相对湿度不大于95%。

因调节阀的薄膜和密封环等橡胶制品零件在低温时易硬化变脆、高温时老化，所以在安装时应注意安装位置，离开加热炉、高温管道。

（5）调节阀前后位置应有直管段，阀前后直管段长度不小于10倍的管道直径（10D），以避免阀的直管段太短而影响流量特性。

（6）调节阀的口径与工艺管道不同时，应采用异径管连接。

在小口径调节阀安装时，可用螺纹连接。

阀体上流体方向箭头应与流体方向一致。

（7）要设置旁通管道。

目的是便于切换或手
动操作，可在不停车情况下对调节阀进行检修。

（8）调节阀在安装前要彻底清除管道内的异
物，如污垢、焊渣等。

安装后用常温水进行试运
行，试运行时应将阀全打开，或将旁通阀打开。

试运行时应注意阀体与管道连接处的密封性等。

3、安装形式
调节阀的安装通常情况下有一个调节阀组，
即上游阀、旁路阀、下游阀和调节阀。

图8-3给
出了调节阀常用的六种组合形式，并对各自的特
点进行说明。

应注意的是切断阀（上游阀、下游阀）和旁
路阀的安装要靠近三通，以减小死角。

4、调节阀安装方位的选择
通常调节阀要求垂直安装。

在满足不了垂直安装时，对法兰用4个螺栓固定的调节阀可以有向上倾斜45°、向下倾斜45°、水平安装和向下垂直安装四个位置。

对法兰用8个螺栓固定的调节阀则可以有9个安装位置，分别相隔22.5°。

在这些安装位置中，最理想的是垂直向上安装，应该优先选择；向上倾斜的位置为其次，依次是22.5°、45°、67.5°；向下垂直安装为再次位置；最差的位置是水平安装，它与接近水平安装的向下倾斜67.5°，一般不被采纳。

图8-4给出了安装位置比较示意图。

（三）调节阀的维护
由于调节阀使用环境恶厉，在使用中难免出现一定故障。

因此，掌握一定的调节阀维护与维修十分必要。

气动调节阀日常维修的主要内容应有以下几项：（1）阀体内壁。

检查其耐压、耐腐情况。

（2）阀座。

因介质渗入，固定阀座用的螺纹内表面易受腐蚀而使阀座松动，检查时应予注意。

对高压场合，还应检查阀座密封面是否被冲坏。

（3）阀芯。

要认真检查阀芯各部分是否被腐蚀、磨损，特别是在高压差情况下阀芯磨损更为严重，应予注意。

另外还应检查阀杆是否也有类似现象，或与阀芯连接松动等。

（4）膜片、O形圈和其他密封垫。

检查其是否老化、裂损。

（5）密封填料。

检查聚四氟乙烯填料、密封润滑油脂是否老化、干涸，配合面是否被损坏。

表8-1给出了气动调节阀常见故障和主要原因，供使用时参考。

表8-1 气动调节阀常见故障和主要原因
HEP系列阀门定位器的应用与维修
1 概述
阀门定位器的作用是快速准确地驱动控制阀。

连接到执行机构上的阀门定位器，被安装到控制阀上，它把从控制器那里得到的电流信号转变为气动信号，然后传给执行机构，使控制阀能够准确迅速地定位。

在我厂的水联运及投料过程中，定位器出现了一些问题，经分析和改进，掌握了对其维修和使用的方法。