吴国良

(上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

笔者依据仪表设备和控制系统管理、维护保养的经验，以各种现场仪表设备和控制系统出现的故障为案例，运用仪表工作原理、自动控制原理、工艺过程知识等，分析了石油化工装置中出现的各种仪表设备和控制系统故障现象及故障产生的原因、处理办法以及预防措施。这些故障案例虽不能涵盖大部分故障，但分析方法和处理故障的思路却能供现场仪表维护保养人员参考和学习，在此与大家一起探讨。

本文重点分析了调节阀在使用过程中曾出现的故障，并给出了相应的解决方案。

1 阀门定位器的故障分析及处置

1.1 气动放大器故障

1) 故障现象。某调节阀的阀门定位器有输入信号，但无输出信号，使阀门不能动作。

2) 现象分析。经检查发现阀门定位器的气动放大器有故障，进一步解体检查，发现内部气动放大部分的球阀处积聚了水和污物，堵塞了放大器的气路，造成气动放大器无输出信号。阀门定位器气动放大器结构如图1所示。

3) 处理方法。由于仪表空气中含有的水分和污物容易堵塞气路，因此气动放大器应定期拆洗，此外放大器经拆洗后应该进行校验，检查和调整其放大倍数达到规定值。

1.2 恒节流孔堵塞

1) 故障现象。裂解炉急冷热交换器的进水调节阀突然关闭。

2) 现象分析。经检查发现此时阀门定位器无输出信号，由于调节阀是风开阀，阀门因无风而关闭；进一步检查发现阀门定位器的气动放大器的恒节流孔堵塞，使气流不能通向喷嘴挡板。当喷嘴背压为零，即气动放大器无输入信号时，下方的球阀在弹簧作用下向上移动并关闭气源进气口；而上方的锥阀向上移动并打开排气口，造成无输出信号，同时使调节阀膜头上的气体通过放大器的排气口排出，使阀门关闭。如调节阀为风关阀，则上述故障会造成阀全开。

3) 处理方法。将恒节流孔拆下，用金属丝通针将孔穿通即可。

图1 阀门定位器气动放大器结构示意

因此，应对气源的空气过滤器进行定期吹扫、排放，以清除内部积水等。保持气源干燥、清洁，可保障气动仪表的可靠运行。

1.3 反馈连杆脱落或紧固螺丝松动

1) 故障现象。发现某调节阀始终是全开，改变控制信号也不起作用。

2) 现象分析。调节阀的反馈连杆起负反馈作用，当反馈连杆脱落时，便失去了负反馈作用，此时阀门将处于全开或全关位置，反馈连杆连接示意如图2所示。

图2 阀门定位器反馈连杆连接示意

阀门定位器的动作过程如下：

a) 当控制信号增大或减小时，通过波纹管的气动定位器或电磁线圈的电动定位器，拉动挡扳盖住或离开喷嘴，使喷嘴的背压为最大或最小，此时气动放大器输入信号为最大或最小，那么其输出信号也是最大或最小。如是气开式阀门，使调节阀打开，如是气关式阀门，则关闭；同时阀杆上移或下移，阀杆带动定位器反馈连杆推开或拉下挡板，它的动作方向与波纹管电磁线圈正好相反，起到负反馈作用，使挡板随着阀杆的移动，慢慢离开或接近喷嘴，使喷嘴的背压减小或增大，最后达到平衡，此时阀门达到信号控制的目标位置。

b) 如果反馈连杆脱落或紧固螺丝松动，则阀杆的移动不能反馈给定位器的挡板，挡板仍保持原始位置，定位器的输出信号始终是最大或最小，即调节阀的开度一直保持在全开或全关位置，使之无法控制。

3) 处理方法。如果故障是由反馈连杆脱落所引起，则重新装好反馈连杆即能恢复定位器正常工作；如果是反馈连杆紧固螺丝松动引起的故障，则怀疑支点可能移动，因此紧固螺丝后，还应重新调整定位器，然后才能正常使用。

2 调节阀阀杆故障分析及处置

1) 故障现象。定位器的输出信号改变后，调节阀经过多次振荡后才稳定。

2) 现象分析。经检查发现，该调节阀的阀杆有些弯曲，同时填料压盖压得太紧，填料缺少润滑油，使阀杆和填料之间摩擦力增大，进而阀杆移动阻力增大，小的偏差信号产生的推动力不能克服摩擦阻力，调节阀阀杆连接示意如图3所示。控制信号增大时，定位器输出的气动信号增大，才能推动阀杆动作；但是动作后又超过了信号点的目标位置，反过来控制信号又减小，将试图使阀杆再回到目标位置；由于摩擦阻力问题，只有当控制信号又超过平衡点时，阀门才能动作。因而，阀杆保持上、下移动，呈现跳动现象，从而引起阀门振荡。

图3 调节阀阀杆连接示意

3) 处理方法。调节阀阀杆弯曲部分应校直，填料压盖不要压得太紧，应定期注入润滑油，即可减小阀杆的移动阻力。

3 调节阀膜头内积水引起的故障分析及处置

1) 故障现象。天气寒冷时，部分调节阀出现不动作现象。

2) 现象分析。气开式调节阀膜头顶部有一个排气孔，原配的排气孔盖丢失，所以朝天的孔容易进水，造成膜头内积水，在寒冷的天气里水结冰，使膜片冻结不动作。气开式调节阀结构如图4所示。

图4 气开式调节阀结构示意

3) 处理方法。用蒸汽冲膜头，融冰除积水。为了防止膜头内进水，可以将膜头顶部的放气孔接一段绕圈的紫铜排气管，并且开口向下，该方法效果良好。

4 调节阀气源供气压力不足引起的故障分析及处置

1) 故障现象。锅炉主蒸汽压力放空调节阀只能关到75%处，无法完全关闭；而将调节阀的前置工艺切断阀关闭时，放空调节阀才能完全关闭。放空调节阀结构如图5所示。

图5 放空调节阀结构示意

2) 现象分析。由于锅炉主蒸汽压力放空调节阀在放空时阀门前后压差很大，约为8.4 MPa，压差作用力方向向上，顶开阀芯，使阀不能完全关闭。而将工艺切断阀关闭后，调节阀压差消失，阀门即可关闭。进一步检查发现是调节阀气源减压阀有故障，调节阀工作气源压力从0.5 MPa下降到0.2 MPa，由于气源压力指示小风表损坏，因此气源压力低的故障没有被及时发现。锅炉主蒸汽压力放空调节阀是风关型阀门，气源压力不足会造成阀门不能完全关闭。

3) 处理方法。修复气源减压阀，提高阀门供气压力后，调节阀动作正常，可完全关闭。

7.来稿请详细标注参考文献，在行文中按先后次序在相应位置标出序号，并依次按要求列于文末，其序号用方括号加数字表示。如[1]、[2]……文末参考文献格式：书籍为“[序号]作者.(作者，作者，等.)书名[文献类型标志].版别.出版地：出版者，出版年：页码”；期刊为“[序号]作者.(作者，作者，等.)文题[文献类型标志].刊名，年，卷(期)：起止页”。例如：

5 气动执行机构气源压力太高引起的故障分析及处置

1) 故障现象。带手动油泵的气缸式执行机构调节阀在气缸排气时发现气中带油。

2) 现象分析。气缸式执行机构上安装了手动油压泵的活塞缸，气缸和油缸之间用O型圈密封隔离，防止油缸内的油泄漏到气缸内。经查发现执行机构工作气源压力设定太高，将O型密封圈弹出凹槽外，从而使油缸内的油漏到了气缸里。当气缸室放气时，油被带出。气缸式执行机构调节阀结构如图6所示。

3) 处理方法。打开气缸进行清洗，重新装好O型圈。将工作气源压力降低到规定范围。此外还需检查油路中油量是否足够，如损耗过多，应补充油量。

图6 气缸式执行机构调节阀结构示意

6 活塞式执行机构中手动油泵引起的故障分析及处置

1) 故障现象。某切断阀采用带有手动油泵的活塞式驱动机构，在操作手动油泵时，出现阀门行程很小的现象。检查该阀门并没有出现卡死等现象，而且切断阀上辅助小阀门的开关状态均正常。

2) 现象分析。该故障是油泵内注油太多造成的，当油泵和油缸内油注得太多时，油路中没有了油循环所必要的足够空间，使手动油泵内活塞活动范围变得狭小，导致手动油泵不能动作，如图6所示。

3) 处理方法。将油缸里的油放掉一部分后，该阀门动作即恢复正常。

7 调节阀阀芯与阀座间隙太小引起的故障分析及处置

1) 故障现象。废液槽压力放空调节阀已全开，但废气仍无法排出。

3) 处理方法。采取临时措施，将阀芯位置抬高，当阀门全开时，使阀芯头部的导向杆脱离阀座，消除环状空隙现象，使介质排放畅通；但此时调节阀控制特性变差，导向杆无法起到导向作用。因此，较好的解决方法是将导向柱杆的直径减小，以增大环状空隙，使阀门的流通能力增强。

图7 放空调节阀结构示意

8 活塞式执行机构内部润滑油引起的故障分析及处置

1) 故障现象。某阀门的活塞式单作用执行机构下部气缸排气孔处有持续排气现象。

2) 现象分析。将该阀门解体检查，发现气缸的活塞O型密封圈膨胀变形，失去了密封作用。活塞上部的气体通过O型密封圈泄漏到了下部气缸内，导致气体从下气缸的排气孔不断排气。同时还发现气缸内壁有麻点孔，造成该现象的主要原因是曾在气缸内壁加入牛油做润滑剂；O型密封圈是橡胶制品，与牛油接触后变质膨胀，失去了弹性。单气缸调节阀活塞式执行机构结构如图8所示。

图8 单气缸调节阀活塞式执行机构结构示意

3) 处理方法。调换O型密封圆，并将气缸内壁的麻点磨平。需要注意的是，气缸活塞的润滑剂不应使用牛油，最好使用硅油或25号气缸油。

9 调节阀阀体内部冲蚀严重的原因分析及处置

1) 故障现象。裂解炉急冷油流量调节阀是大口径蝶阀，运行2 a后检查发现内壁硬质金属衬套、阀板、轴承座等处已被介质冲蚀得很严重，有穿孔跑油的危险。

2) 现象分析。造成该现象的原因是裂解炉急冷油泵出口压力较高，调节阀长期处于小开度工作状态，开度在25%～50%。由于节流作用强，使该处流速较大，而急冷油中含有大量结焦粒子，因此对于下游设备的冲蚀非常严重， 流量调节阀结构示意如图9所示。

图9 流量调节阀结构示意

3) 处理方法。同类调节阀在日本同类工厂中每年调换一次，而该阀在中国某企业使用过程中规定2 a调换一次；同时对更换下来的阀门进行修补，然后作为备品。该流量调节阀下游侧工艺管线冲蚀也较严重，现增设一段短管，内衬硬质金属，工艺方面规定该条短管需每年调换一次。从调节阀下游侧工艺管线冲蚀特别严重的情况分析，该现象与调节阀的工作开度过小有关，应当设法降低急冷油泵的出口压力，使调节阀开度增大，该方法是改善阀门冲蚀的有效措施之一。

10 调节阀开始动作信号未校准到位产生的问题及处置

1) 故障现象。裂解炉稀释蒸汽流量调节回路中，调节器输出信号在阀门开度为20%～30%时，流量变化特别灵敏。阀位信号稍有变化，流量变化就很大，使流量调节回路无法实现自动控制。

2) 现象分析。经检查发现蒸汽流量调节回路中调节阀的行程没有调整好。该阀门是风开阀，定位器输入信号增加到20%时，阀门才开始执行关闭动作，而信号为50%时阀门开度基本正确，这说明阀门起步点信号不在0，而是在20%，对应输入信号在20%～50%时，阀门已达一半行程，表明定位器放大倍数过大，因此阀门开度为20%～30%时，输入信号稍有变化，阀门行程就会有较大变化，造成流量变化特别灵敏。

3) 处理方法。发生上述故障的主要原因： 在校验调节阀行程时，没有检查阀门开始动作时对应信号的大小。有时仪表工在校验调节阀行程时，只作3点检查： 在调好输入信号50%这点之后，只看输入信号在0和100%时阀门是否开足或关死，并没有注意阀门开始动作所对应的输入信号究竟是多少。

上述案例就是输入信号在0～20%变化时，阀门

还没有开始动作，均处于全关状态。为防止这种情况发生，在校验调节阀行程时，除一般校验外，还需检查调节阀的开始动作信号是否在0或100%附近，如有误差可以调节定位器的放大倍数，即调量程即可解决该问题。因此校验调节阀行程时，应该检查5点，即对应信号在0，25%，50%，75%，100%时的阀门开度。

11 结束语

石油化工装置中仪表及控制系统暴露出来的各种故障，有的是仪表设备或控制系统自身产生的，同时也有工艺设备故障或工艺操作失误导致的问题，但这些现象都会在仪表中显示出来。通过对故障原因的归类、分析、总结，提出了相应的处理方法，以期对广大仪表操作人员提供借鉴。(待续)