仪表调节阀及执行器安装作业指导书Word文档下载推荐.docx
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执行器按照调节形式可分为调节型、切断型和调节切断型;
执行器按其能源形式可分为电动、气动和液动三种,它们都是通过改变阀芯与阀座之间的流通面积来调节介质流量的。
气动执行器按其执行机构形式可分为薄膜式、活塞式和长行程式,电动和液动执行器按执行机构的运动方式分为直行程和角行程两类。
气动执行器具有结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、防火防爆等优点,因而在石油化工生产过程中获得广泛的使用。
2.2施工准备
2.2.1 调节阀及执行器施工平面布置图、安装图、设备规格书及材料表等准备齐全。
2.2.2 技术人员及施工人员进行专业图纸审查和图纸会审,对图纸审查中发现的问题及时上报监理、业主及专业设计人员。
2.2.3编制设备、材料计划,编制施工技术方案,并报批。
2.2.4对施工人员进行调配,并进行人员培训。
2.2.5施工过程中需要的设备、机具、计量器具及消耗材料准备齐全。
2.2.6技术人员对作业人员作好施工技术交底和安全技术交底,明确施工重点、难点,使参加施工人员掌握施工技术质量要求和图纸要求。
2.3调节阀及执行器设备、材料验收
设备、材料到货后由采购单位组织监理单位、施工单位技术、质检、供应和主要安装施工人员参加,共同进行设备的开箱验收及材料验收。
2.3.1 核对设备箱号,检查设备包装箱外观,应无碰撞、破损、受潮等现象;
逐箱开验,核对调节阀及执行器的数量、规格、型号、电源电压、输出信号、防爆/防护要求是否与装箱一致,是否与设计相符。
2.3.2 调节阀及执行器必须具备产品出厂合格证、安装使用说明书及有关图纸等随机文件资料。
2.3.3 对调节阀及执行器的附属设备、零部件、易损件等进行外观检查,不得有缺陷,同时检查阀芯、阀体不得锈蚀。
2.3.4 对材料验收包括:
材料的外观、规格、型号、数量、材质,并有材质证明书。
2.3.5 验收完后,办理交接手续,对出现的问题应由采购单位签字认可并限期解决。
2.3.6调节阀及执行器安装前,对物位仪表及随机材料、备品备件等进行编号入库,统一保管。
2.4调节阀及执行器校验
调节阀及执行器校验见《仪表设备单校作业指导书》。
2.5 气动执行器
气动执行器以压缩空气为动力源,由气动执行机构和控制机构(调节阀)两部分组成。
气动薄膜调节阀结构如图-1所示。
2.6 气动执行机构
2.6.1气动薄膜执行机构根据控制器输出信号的大小,产生与信号成比例的位移,其推杆位移一般为直线形式,若通过曲柄杠杆机构,则可转换成角位移形式。
气动薄膜执行机构有正、反两种作用形式,主要由气室、弹性膜片、弹簧和推杆等构成,如图-2所示。
正作用是指输入信号P增大时,膜片在P的作用下克服弹簧的反作用力,使推杆向下移动,当弹簧的反作用力与膜片上的作用力相平衡时,推杆稳定在某一位置。
反作用是当气室压力P增大时,推杆向上移动。
执行机构的行程,即推杆的行程规格有10、16、25、40、60、100mm等。
2.6.2气动活塞式执行机构无弹簧气动活塞式执行机构主要部件为气缸,气缸内活塞随气缸两侧压差变化而移动,因为没有反力弹簧抵消推力,所以有很大的输出推力,特别适用于大口径、高压差的场合。
其输出特性有比例式和两位式两种。
比例式是指输入信号压力与推杆位移成比例关系,这种执行机构必须带有阀门定位器。
两位式是根据输入活塞两侧的操作压力之差完成的,活塞由高压侧推向低压侧,就使推杆由一个极端位置移动到另一个极端位置。
两位式执行机构的行程一般为25~100mm。
2.6.3长行程执行结构长行程执行机构具有行程长(200~400mm)、转矩大的特点,适用于输出转角和力矩大的场合。
它将标准气压信号或电流信号转换成相应的位移或转角。
大转矩蝶阀应选用气动长行程执行机构。
2.7 控制机构
控制机构即调节阀,是一个局部阻力可以变化的节流元件,是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置,主要由阀体、上阀盖组件、下阀盖和阀内件组成的。
调节阀在执行机构的推力作用下,通过阀杆使阀芯产生位移,改变阀芯与阀座间的流通面积,从而改变被控介质的流量。
2.7.1 调节阀的类型
根据阀芯的动作形式,调节阀可分为直行程式和角行程式两大类。
直行程式调节阀有直通单座阀、直通双座阀、角阀、隔膜阀和套筒阀等;
角行程式调节阀有蝶阀、V形和O形球阀、偏心旋转阀等。
2.7.1.1直通单座阀:
只有一个阀芯与阀座,适用于要求泄漏量小、流量小,阀前后压差小的场合,不适用于高粘度或含悬浮颗粒物、纤维的流体。
2.7.1.2直通双座阀:
有两个阀芯和阀座,阀芯可正装或反装,改装方便。
适用于流量大、阀前后压差较大,对泄漏量要求不严格的场合。
不适用于高粘度或含悬浮颗粒流体。
2.7.1.3角形阀:
两上接管呈直角形,一般为底进侧出。
适用于现场管道要求直角连接,介质为高粘度或含悬浮物和固体颗粒的场合,高压角形阀适用于高静压、大压差场合。
2.7.1.4三通阀:
有三个出入口与工艺管道相连接,分为分流式和合流式两种。
适用于配比控制与旁路控制。
2.7.1.5蝶阀:
适用于大口径、大流量和浓稠浆液及含少量纤维或悬浮颗粒的场所。
2.7.1.6隔膜阀:
适用于强腐蚀、高粘度或含悬浮颗粒及纤维的流体,同时对流量特性要求不高的场合。
2.7.1.7套筒阀:
稳定性好,噪声低,适用于阀前后压差较大和流体洁净的场合。
2.7.1.8球阀:
适用于要求密封严密、高粘度、含纤维、颗粒状和污秽流体场合。
一般用于两位式控制。
2.7.1.9偏心旋转阀:
适用于大压差、严密封的场合和粘度大及有悬浮颗粒介质的场合。
2.7.1.10自力式调节阀:
适用于负荷变化小、控制精度要求不高的场合。
2.7.2 调节阀的流向
2.7.2.1控制阀的流开、流闭形式与阀芯、阀座的相对位置,流体的流向有关。
当流体在调节阀内的流向有助于阀芯朝打开方向移动,称为流开式,当流体在调节阀内的流向有助于阀芯朝关闭方向移动,称为流闭式。
调节阀在过程控制中,阀杆的位移除受控于执行机构推杆的推(拉)力,还涉及流体流动对阀芯的推力,流体对阀芯的推力方向与流体流向一致,对单座阀而言,流体的高静压或高压差对阀芯的冲刷和阀门的严密性的影响较大,选用调节阀时应考虑调节阀的结构形式对流体工况条件的适应性。
调节阀是流开式还是流闭式,通常以阀芯与阀座之间的相对位置和调节阀阀体上的箭头方向来判断。
2.7.2.2球阀、蝶形阀可任选流向,单座阀、小流量阀一般选流开式,冲刷严重的工况,可选用流闭式;
角形阀对于高粘度、含固体颗粒介质,要求“自洁”性能好时,应选用流闭式;
其他类型的调节阀,如要求“自洁”性好或物料对阀芯冲刷较严重,宜选择流闭式。
2.7.3 调节阀的流量特性
调节阀的理想流量特性是指调节阀前后压差一定时的流量特性,只与阀芯形状有关,制造厂标明的流量特性都是理想流量特性,理想流量特性有直线(线性)、对数(等百分比)、快开和抛物线特性四种,但抛物线特性与对数特性较为接近,可用其代替,所以常用的只有线性、对数和快开特性三种,如图-3所示。
线性和对数特性的调节阀应用最为广泛。
调节阀的理想流量特性是调节阀的相对开度与流过阀的相对流量之间的关系,即:
(2-1)
式中Q—调节阀在某一开度下的流量;
Qmax—调节阀全开时的流量;
l—调节阀在某一开度下阀杆的行程;
L—调节阀全开时阀杆行程。
由图-3可知,直线特性在小开度时,流量相对变化值大,调节作用强,易产生振荡;
而大开度时,流量相对变化值小,调节作用弱,调节缓慢。
对数特性在小开度时,调节缓和平稳;
大开度时,调节灵敏。
快开特性在开度较小时就有较大的流量,随着开度的增大,流量很快达到最大,此后再增大开度,流量变化很小。
随着调节阀开度的改变,实际工艺管道中流体流量的变化会引起与调节阀串联的工艺管道、阀门、设备的压力损失的相应变化,所以,调节阀前、后的压差也要改变,这样,控制阀的流量特性就与理想流量特性不一样。
这种实际工作条件下的流量特性称为调节阀的工作流量特性。
它不仅取决于阀芯形状,还取决于与调节阀连接的工艺管道的具体安装情况。
对于理想流量特性为直线及等百分比流量特性的调节阀,串联管道工作时在不同的S(调节阀全开时阀前后压差与系统总压差之比)值下,工作特性畸变情况如图-4。
当S=1时,表示管道压力损失为零,系统总压差均在阀上,这时特性与理想特性一致,当S>0.6时,可以认为特性没有变化。
随着S值的减小,管路阻力损失增加,工作特性曲线的上部就向下降落,直线型向快开型畸变,等百分比型向直线型畸变,使得小开度时调节不稳定,大开度时调节迟钝,从而影响控制质量。
因此,实际使用时,S值不能太小,通常希望S不低于0.3。
调节阀理想流量特性的选择,不仅要考虑生产负荷的变化,还应依据管路系统的阀阻比S。
通常根据控制系统的被控变量和干扰因素选择调节阀的流量特性,当工艺管路的阀阻比S>0.6时,由于管路系统对控制阀的特性影响不大,可根据实际需要的工作特性选择与其相近的理想特性。
当S介于0.3到0.6之间时,通常选择等百分比特性调节阀。
如果调节阀经常在小开度下工作时,宜选用等百分比特性;
而用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择快开特性。
如某系统要求在负荷小时,同样的行程变化值下,流量变化小,调节平稳缓和;
负荷大时,流量变化大,调节灵敏有效,此时应选等百分比特性的调节阀。
2.7.4 调节阀的参数
2.7.4.1 调节阀的流量系数:
流量系数C是调节阀可调能力的性能指标,是选择调节阀口径大小的关键依据。
调节阀口径的选择,应在正常生产负荷下适当放宽可调余度。
计算流量系数的基本公式是以牛顿流体的伯努利方程为基础推导出来的,流经调节阀的介质应为牛顿流体,对泥浆、胶状液体等非牛顿型流体不适用。
流量系数公式为:
(2-2)
式中DN—调节阀的公称直径;
ζ—阻力系数。
阻力系数ζ与流体种类、性质、工况及调节阀的结构尺寸等因素有关,在一定条件下是一个常数。
根据流量系数C的大小可确定调节阀的公称直径DN,即可确定调节阀的口径。
调节阀流量系数的定义有三种制式:
工程单位制C、英制单位CV和国际单位制KV,我国将由工程单位制向国际单位制过渡。
工程单位制流量系数C的定义为:
调节阀全开时,调节阀前后压差为0.1MPa,温度为5℃~20℃的水,每小时流过阀门的流体量(m3)。
C、CV和KV三者关系为:
CV=1.17C;
KV=1.01C;
CV=1.167KV。
2.7.4.2调节阀的可调比:
调节阀的可调比是调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比,即R=Qmax/Qmin。
可调比也称为可调范围,反映了调节阀的调节能力。
必须注意的是Qmin是调节阀所能控制的最小流量,与调节阀全关时的泄漏量不同。
一般Qmin是最大流量的2%~4%,而泄漏量仅为最大流量的0.01%~0.1%。
调节阀的可调比受阀前后压差变化的影响,有理想可调比与实际可调比之分。
与流量特性类似,如果维持调节阀两端压差恒定,则这时的可调比为理想可调比,它与阀芯结构及加工工艺有关,一般不大于50。
我国生产的调节阀,其理想控制范围R=30。
在实际工作情况下,由于与调节阀串联的管道、阀门、设备的压降均随流量的增大而增加,故随着流量的增大,分配到调节阀两端的压差减小,从而降低了调节阀全开时的流量,使实际可调比变小。
当调节阀与管道并联时,其可调比变小。
打开与调节阀并联的旁路阀或关小与调节阀串联的切断阀,都会使可调比变小,流量特性变差。
2.7.5 气动薄膜调节阀的作用方式
控制阀的阀芯与阀杆间用销钉连接,根据需要,阀芯可以正装或反装。
阀芯正装是指推杆下移时,阀门关小;
阀芯反装是指推杆下移时,阀门开大。
所以气动执行机构和控制阀有四种组合方式,如图-5所示,从工作效果上来看只有气开和气关两种作用方式。
2.7.5.1气开式:
气开阀就是无气压信号时,阀关闭,当气压信号增大时,阀门随之开大。
如图-5(b)、(c)所示。
2.7.5.2气关式:
气关阀就是无气压信号时,阀全开,当气压信号增大时,阀门随之关小。
如图-5(a)、(d)所示。
气开与气关阀门的结构大体相同,只是气压信号的输入位置和阀芯的方向不同。
调节阀的气开、气关形式关系到调节器正、反作用的判断和预置。
气开阀规定为正作用方向,气关阀规定为反作用方向。
在使用中,大口径的阀门一般都是正作用,通过改变阀芯的安装方向来获得气开式或气关式的特性。
小口径阀门可通过改变输入气压的方向来获得气开或气关特性。
控制阀气开、气关形式的选择,主要是考虑在不同工艺条件下的安全生产,即在事故状态下,当系统因故障等使信号压力中断时,通过阀门的全开或全关来尽量避免人员伤害和设备的损坏。
例如,控制进入加热炉的燃料油的控制阀,为了保证炉管不被烧坏,一般选用气开阀,一旦供气中断(事故状态,控制信号也中断),阀就处于关闭状态,停止烧料的供应,从而达到安全的目的。
2.7.6 气动薄膜调节阀的安装
2.7.6.1 安装前的检查
调节阀到达现场必须经外观检查,包括阀体、执行机构的型号、规格、辅件、配管等多项检查,经检查验收后应妥善保管。
调节阀的性能应符合产品的技术要求。
2.7.6.2 安装地点的确定
调节阀应远离高温、振动、腐蚀性场所安装;
阀前应有不小于10D的直管段,阀后有不小于3D的直管段,以避免调节阀的工作特性发生严重畸变。
调节阀应安装在便于观察、操作和维护,不妨碍通行,操作手轮应处在便于操作的位置。
调节阀前后、底部应留有适当的空间,以满足调节阀底部法兰、阀芯、阀杆部件的拆卸和清洗。
为了拆卸方便,在调节阀前后应设置切断阀,同时应设一条旁路,调节阀的安装应为一个阀组,包括上下游切断阀、旁路阀、排放阀和调节阀。
上下游切断阀和旁路阀的安装要靠近三通,以减小死角。
调节阀安装地点的环境温度为60℃至-30℃。
2.7.6.3 安装注意事项
(1)安装应在管件和管线吹扫干净后进行。
调节阀阀体上的箭头方向应与介质流动方向一致。
用于高压降的角式调节阀,流向是沿着阀芯底进侧出。
(2)调节阀通过法兰、螺纹与工艺管道连接。
安装用螺纹连接的小口径调节阀时,管道上应装有可拆卸的活动连接件;
法兰连接方式有普通法兰连接与夹持连接两种,管道连接法兰的公称直径应与调节阀的通径一致,耐压等级也应与调节阀相同;
公称通径≥80mm的调节阀,阀体上、下游工艺管道应设固定支架。
(3)调节阀应正立、垂直安装在水平管道上,如果现场条件不能满足垂直、正立安装,则宜选择向上倾斜安装。
在垂直工艺管道上安装应设斜拉吊架。
(4)调节阀安装后,应固定牢固,操作时无晃动,其机械传动应平稳、灵活,无松动和卡涩现象。
(5)当安装于振动场合时,应采取防振措施。
如安装位置较高或不便于维修的位置应加设平台。
(6)安装球阀等旋转阀门时,阀杆应水平安装,可防止管道低处的沉积物进入转动轴承,同时调节阀打开方向要有利于排开流体中的固体颗粒。
(7)带定位器的调节阀,应将定位器固定在调节阀支架上,并便于观察和维修。
(8)调节阀自带小风表在安装前应拆下,并做好标识,定位器应做防水保护。
阀门定位器安装步骤如下:
首先用调节阀上的手轮或者使用气动减压器调整执行机构的行程至50%位置,然后进行定位器安装,安装时调整反馈杆至水平位置,再将各连接部件固定牢固。
图-6定位器组装图
(8)执行器输出轴与阀体(调节机构)连接的连杆或接头,安装时应保持适当的间隙,保证执行器动作灵活平稳。
止档限位应在输出轴的有效范围内紧固,不可松动。
(9)气动及液动执行机构的信号管应有足够的伸缩余量,使其不妨碍执行机构的动作。
(10)电动(气动)执行机构在高温位置安装时,必须有热补偿装置。
(11)带储气罐的调节阀安装时,注意按气路图安装,应配置单向阀、安全阀、放空和排污阀。
(12)调节阀校验完后,应将阀调整到自动或远程位置。
2.8 电动执行器
电动执行器的能源是电源,适用于需要大推力、动作灵敏、远距离、响应迅速、防爆要求不高的场合,或提供气源难度较大的地方。
电动执行器动作灵敏,输出功率大,结构牢固,但价格较贵。
2.8.1 电动执行器的类型
电动执行器由电动执行机构和调节阀两部分组成,其中调节阀部分常和气动执行器通用,电动执行机构根据配用的调节机构不同,输出方式有直行程、角行程和多转式三种类型,可分别与三通阀等直线移动的调节阀、旋转式调节阀、多转式的闸阀等配合工作。
电动执行机构按工作制式可分为调节型和开关型两大类;
按配有功率控制部分的控制方式分为积分式和比例式两大类。
在结构上,电动执行机构除可与调节阀组成整体式的执行器外,常单独分装以适应各方面的需要,使用此较灵活。
2.8.2 电动执行器工作原理
电动执行机构由电动机带动减速装置,在电信号的作用下产生直线运动和角度旋转运动。
电动执行器由伺服放大器、伺服电机、减速器、位置发信器(位置变送器)和操纵器组成,如图-7所示。
从调节器来的信号通过伺服放大器驱动电动机,电动机转速快、动作灵敏,但是惯性力大,不适宜执行器的平稳性要求,必须通过减速器将高速、小力矩转换成低速、大力矩,带动调节阀。
位置发信器是安装在执行机构输出轴上的阀位检测器,它将执行机构输出轴的位移信号转换成4mA~20mA电流信号,反馈给伺服放大器,组成位置
随动系统。
依靠位置负反馈,保证输入信号准确地转换为阀杆的行程。
2.8.3 电动执行器的检查与调整
2.8.3.1位置指示机构检查把电动执行机构安装在试验台上,位置指示机构的指针调至阀门“全关”位置,空载启动电动执行机构,检查指针与输出轴转动方向,当达到阀门“全开”位置时,指示机构指针的指向应与输出轴的开关旋向一致,并且运行中无停顿、滞后现象,旋转角度范围应为80°
~280°
。
试验次数不少于三次。
2.8.3.2输出位置信号检查将电动执行机构的输出位置信号调整为4mA,作为“0%”位置,即“全关”位置,空载启动电动执行机构使最终输出位移达到规定行程值时,作为“100%”位置,即“全开”位置,将输出位置信号调整为20mA,然后启动电动执行机构分别至全行程开度的0%、25%、50%、75%、100%位置,分别测量各输出位置信号值,相对百分误差应不大于输出位置信号示值范围的±
1%。
试验在输出位置信号增大和信号减小两个方向上各测量三次,抽查检验允许每个方向测量一次。
2.8.3.3绝缘电阻检查断开电动执行机构电源,将端子或插件上相应触点短接,用500V直流电压的绝缘电阻表测量端子或插件与电动执行机构外壳间的绝缘电阻,电动执行机构所有载流部分与外壳间的绝缘电阻应不低于20MΩ。
2.8.3.4介电检查断开电动执行机构电源,将端子或插件上各相应触点分别短接,然后将表-1规定的电压加在端子或插件与电动执行机构外壳之间。
试验时,电压应从零缓慢地上升到规定值,并保持1min,然后将试验电压缓慢地下降到零,断开试验电源。
抽查检验的时间为1s。
额定电压Ui(交流有效值)V
试验电压V
≤60
500
60<Ui≤125
1000
125<UI≤250
2UI+1000
250<Ui≤500
表-1试验电压
2.8.3.5手—电动切换检查
(1)空载切换检查,将电动执行机构从电动切换到手动状态,转动手轮使输出轴顺时针、逆时针方向转动不小于一圈,启动电动执行机构使输出轴正、反向转动不少于—圈,各重复三次。
(2)加载切换检查,将电动执行机构安装在试验台上,分别调整开、关方向的控制转矩至最小控制转矩,启动电动执行机构并逐渐加载,直至转矩控制机构动作,停止后不卸载,重复
(1)的试验。
两种情况下,手—电动切换机构都应灵活可靠,电动时手轮不得转动(摩擦力带动除外)。
2.8.3.6控制转矩试验将电动执行机构安装在试验台上,做下列试验:
(1)最大(小)控制转矩试验。
将转矩控制机构在开、关方向分别调至最大(小)控制转矩,启动电动执行机构并逐渐加载,直至转矩控制机构动作,电动执行机构的最大控制转矩应不小于额定转矩。
最小控制转矩应不大于额定转矩,同时应不大于最大控制转矩的50%。
开、关方向各测量三次。
(2)设置转矩试验。
将转矩控制机构在开、关方向分别调至设置转矩,启动电动执行机构并逐渐加载,直至转矩控制机构动作,设置转矩应不大于最大控制转矩,不小于最小控制转矩。
2.8.3.7堵转转矩试验,将电动执行机构安装在试验台上,使转矩控制机构不起作用,电动执行机构启动后并逐渐加载,直至电动机停止转动为止,电动执行机构的堵转转矩应大于最大控制转矩的1.1倍。
2.8.3.8控制转矩的重复偏差试验将电动执行机构安装在试验台上,将转矩控制机构在开、关方向分别调至最大控制转矩,在开、关方向分别空载启动电动执行机构,逐渐加载直至转矩控制机构动作,测量输出转矩值。
开、关方向各测量三次,三次测量的平均值为转矩控制机构的整定基准值,所测得的最大值为最大实测值,最大实测误差相对转矩控制机构整定基准值的百分数表示即为控制转矩的重复精度。
对直行程电动执行机构,其控制转矩重复精度应≤±
7%,其他电动执行机构的控制转矩重复精度应≤±
10%。
2.8.3.9行程控制输出轴角度的重复偏差试验将电动执行机构安装在试验台上,把行程控制机构的开、关调至两个动作位置(相当于阀门“全开”和“全关”位置)。
启动电动执行机构,加载至最小控制转矩,由行程控制机构使电动执行机构分别停止在“全开”和“全关”位置,以此位置作为基准。
启动电动执行机构,载荷不变,全开、全关分别运行三次,每次停止位置与基准位置的偏差对直行程电动执行机构为±
5°
,对其他电动执行机构为±
1°
2.8.3.10强度试验:
将电动执行机构安装在试验台上;
(1)在电动执行机构承受转矩情况下,使转矩机构不起作用,用大功率电动机或手轮使电动执行机构输出表-2规定的转矩值;
(2)电动执行机构同时承受转矩和推力情况下,使输出轴轴线方向承受表-2所规定的推力值,两种情况下,持续时间不少于0.5s后
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