陈金华 余作长 罗杨

福建福清核电有限公司维修二处 福建福清 350318

某电站机组调试过程中，气动控制阀的故障在阀门故障中占了很大比重，因此如何透过故障现象看到故障的本质，提高气动控制阀故障诊断的准确率对于电站安全稳定的运行尤为重要。

1 气动控制阀常见故障现象及原因

气动控制阀是以压空为动力源，以电气转换器、定位器等仪控附件为辅助部件，通过改变气动执行机构气室内的压力，从而使阀杆带动阀芯实现阀门启闭和调节的功能，如图1。

图1 气动控制阀原理示意图

在调试期间气动控制阀的故障时有发生，经查询工单系统，统计故障发生率如表1。

表1 调试期间气动控制阀故障现象统计表

从表1可见，按照故障所体现出来的现象大致可以分为两大类：阀门本体故障、执行机构及其附件故障。阀门本体的故障最主要体现为阀门的无法动作及阀门的泄漏，执行机构的故障则多体现为气源管的漏气及控制附件的故障。当然无论是阀门本体的故障还是执行机构及其附件的故障都有很多原因（表2），以最常见的阀门无法动作为例，造成这种故障现象的原因很多，即可能是阀门卡涉、也可能是中性点设置不当还有可能是无气源信号、信号通道未打通。

通过对调试期间气动控制阀故障现象以及兄弟电厂常见气动控制阀的故障进行分析，确定造成故障的根本原因，通过对其归纳总结如下。

表2 调试期间气动控制阀故障原因统计表

2 阀门本体的故障

阀门内漏。构成阀芯与阀座密封副的必要条件为理想的表面配合和合适的密封比压。理想的配合是形成密封比压的前提，而比压的大小则直接影响阀门的密封性

（1）中性点设置不当。部分气动控制阀设置了应急手轮，便于阀门在失去气源的时候仍能手动控制阀门的启闭状态。这类阀门内漏故障的原因往往是由于阀门应急手轮位置摆放不正确即中性点设置不当，当阀门进行气动操作时，应急手轮会干扰气动操作，使阀门未能达到额定行程而造成阀芯与阀座环密封面的虚接触甚至未接触而引起密封比压不够造成内漏。

（2）密封副上存在异物。系统管道因冲洗不干净存在灰尘、焊渣等异物，所以经常有密封副处存在异物的现象，而这也是气动控制阀发生内漏的一个常见原因。通常处理方法为多次开关阀门，将异物冲走解决故障。

（3）阀芯阀座不对中。阀芯阀座不对中的两种主要形式是不同心（图2-a）和轴线倾斜（图2-b）。当这种不对中的情况较明显时，阀芯一侧首先碰到阀座密封面并轻微的翘起，直到一个更大的载荷使它跳动斜向另一边，滑入进入锥形部分并使密封面全部接触。久而久之，阀座会变形，引起泄漏，且阀芯上的压痕将扩展而成为新的偏心，接近于阀座密封面的360度。超出某些阀芯的倾斜角度，阀芯将不能进入应有的位置，而不再与施加的载荷有关。因此，在阀芯与阀座密封之前，导向和阀芯的对中是必需的。

可通过保证气动执行机构推杆极其导向轴套的间隙、保证阀芯或阀杆与导向轴套或阀笼的间隙等措施来消除因对中引起的阀门内漏故障。

（4）气动执行机构选型不适。气动执行机构可能由于气源压力过低、弹簧刚度不足、膜片或活塞有效面积过小等原因导致阀芯与阀座的密封比压不足。对于气关型阀门，通常我们可以适当增加气源压力来解决，但是由于执行机构膜片的承载力有限也不能无限制增加气源压力。对于气开型阀门则可以适当增加阀门行程增大密封比压。当然最理想的方法是根据系统工况重新计算后选用适用的气动执行机构。

图2 阀芯与阀座不对中的两种主要形式

（5）阀门行程不足。阀门行程不足时，即便选用了足够大的气动执行机构，且阀芯、阀座的密封面状态也完好，但因为阀芯、阀座密封面间未形成有效的密封比压，泄漏在所难免。

3 阀门外漏

3.1 填料泄漏

填料泄漏的主要原因主要为选型不当、安装方法不当、阀杆腐蚀、磨损、变形、光洁度下降。可通过选用适合阀门工况与设计要求的填料材料、型式、数量，保证合适的填料压盖的螺栓力矩，保证阀杆的粗糙度、圆度、直线度消除填料泄漏。

3.2 中法兰泄漏

中法兰处的密封为静密封结构，因此如果是因为中法兰螺栓力矩不足造成的外漏更易处理。然而某电站现场出现的中法兰泄漏更多的是因为中法兰垫片装偏或者垫片失效造成。对于这种情况，只能进行解体更换新垫片处理，对于不能隔离等不具备解体条件的阀门，只能通过带压堵漏来处理。

4 气动执行机构故障原因分析

作为气动控制阀的“中枢神经系统”，气动执行机构起着接收信号并按此信号正确响应的功能，它的故障将直接导致阀门的失效。气动执行机构分为薄膜式和活塞式两种结构，其故障形式也分为两类：

4.1 膜片老化、损坏

薄膜式执行机构中的膜片，由于长期承受压缩空气、弹簧的双重作用及使用环境温度过高等因素，因此老化、损坏是主要的失效模式。当出现此种情况时，表现为气阀动作迟缓，不够灵敏，若膜片损坏严重时，调节阀虽然接受到调节器的输出控制信号，但根本不按调节信号进行动作，这时就需更换膜片，来满足生产需要。

气动执行机构内的膜片通常是由合成橡胶与合成纤维经模压加工而成，因橡胶都有温度限制和有效期限，而且对于经常承受载荷的纤维来讲，抗扯断强度、弹性等指标也将随时间和载荷的双重作用而降低。检修时应对膜片的材料、有效期进行确认并定期对接近有效期及环境温度较高的膜片进行重点检查，防止膜片老化而失效的故障。

磨损也是膜片失效的常见故障。造成膜片磨损的原因可能是膜片的尺寸不合适，也可能是与膜片接触的金属部件存在毛刺或锐边。对于膜片型控制阀特别是频繁动作的膜片型控制阀首先必须要保证要安装的膜片尺寸合适，其次要保证装配正确，减小因膜片磨损而导致控制阀功能降低或失去的故障。

4.2 活塞头或气缸内壁的磨损

因气动执行机构阀杆弯曲、润滑不良或密封件尺寸不合适或密封件失效，活塞式气动执行机构的活塞头与气缸内壁接触，造成活塞头或气缸内壁出现椭圆度、圆锥度、划痕、拉伤、结瘤等缺陷，导致活塞两侧“窜气”即活塞两侧不能产生压差而不能正确响应控制信号而失效的故障。

保证气缸的适度润滑和密封件的状态是防止活塞头与气缸内壁直接接触并产生过度磨损的有效方式，而对于已经出现了活塞或气缸内壁过度磨损而间隙过大或拉毛时，可采用机械加工、手工打磨气缸内壁同时更换密封件或活塞头的措施予以纠正。

4.3 导向密封圈损坏

对于气开式的气动执行机构而言如果阀门单方向存在动作迟缓，则除了以上两种原因，另一种就是导向套内O形圈的损坏。当执行机构下端进气时由于O形圈处存在泄漏，不能很快的形成压力室克服弹簧力，造成推杆动作迟钝或不动作。

4.4 仪控附件故障

（1）定位器、电气转换器故障。由定位器或电气转换器设定值飘移而引起的气源压力不足、行程不到位，严格而言不应属于阀芯与阀座的密封故障范畴。但在阀门动作期间此类故障直观地表现为阀门的内漏。具体表现为因控制附件的设定值偏离了规定值，导致气动执行机构供气压力的变化与阀门实际位置不匹配，进而导致阀门的进一步偏离，极大地影响了阀门的调节性能、寿命。

（2）电磁阀、减压阀故障。因电磁阀、减压阀等控制附件损坏将引起气动执行机构压力不足，无法自动排气、超压等故障在调试期间也时有发生。电磁阀故障主要有过流、过压导致的线圈烧毁，阀芯损坏，密封件老化、损坏等。电磁阀故障常导致气动执行机构因无法充、排气而引起阀门失效。减压阀故障主要有阀芯损坏，膜片老化、损坏，弹簧疲劳导致的裂纹、断裂或刚度变弱等，减压阀故障常引起气动执行机构超压或压力不足。

（3）控制通道未打通。在调试期间另一类比较常见的故障是控制通道未打通。由于调试负责人对控制通道的打通情况不熟悉，常常将由此引发的阀门不能动作归结为阀门的卡涩或者气动执行机构的失效。

5 结语

本文从某电站机组安装、调试期间气动控制阀故障的现象出发，通过对这些故障现象的归纳总结，以提高电站后续机组调试中气动控制阀故障处理能力，保证机组的安全稳定运行。