除氧器水位调节阀喘动原因分析及处理

韦洪刚，宋国富，张鹏

（中广核核电运营有限公司，广东深圳518120）

1 事件描述

在CPR1000机组某次大修中，除氧器水位调节阀完成易损件更换后进行校验时，发现在给定25%、50%、75%开度信号后，定位器气源压力表和输出压力表均存在大幅波动现象，同时伴随有明显的流量放大器(Booster)间歇式排气声音，真实阀位在指令开度附近喘动。

2 原因分析及处理

2.1 阀门功能及原理介绍

除氧器水位调节阀的控制信号，由实测水位与给定水位的偏差信号，经控制器运算后给出，通过改变阀门开度调整除氧器入口给水流量，保持除氧器水位在给定值。若出现阀门调节异常，除氧器水位低则将直接导致蒸发器主给水泵跳闸，除氧器水位高时导致除氧器隔离。

除氧器水位调节阀是双缸进气，带有失气保持功能的气动调节阀，采用TZID智能型定位器，调节阀的控制回路管线布置图如图1所示。下面将对仪控部件的功能逐一介绍。

图1 除氧器水位调节阀气路管线布置图

①调节阀所使用的TZID智能定位器，是ABB公司生产的，广泛用于CPR1000机组常规岛的调节阀。TZID定位器内部可以分为三个部分，a IP及集成电路板，用于将接收到的4～20mA信号转换为气压控制信号输出；b操作面板，用来进行阀门参数调整和校验、设置定位器工作模式；c信号接线端子接收4～20mA控制信号，同时送出4～20mA阀位信号指示就地阀门开度。

TZID定位器阀门开度调节是一个闭环调节，TZID将接收到的4～20mA指令信号转换为数字信号，作为阀位给定值，与行程传感器实测阀位做比较，根据阀位偏差由定位器内部处理器自动计算给出气压控制信号。对于双缸阀门，I/P采用Y1/Y2双路输出的形式，Y1输出用于控制上缸进气压力，Y2输出用于控制下缸进气压力。当需要阀门开大时，Y2输出大于Y1输出气压信号，使得阀门下缸进气气压增加、进气量增大，阀门开大，同时阀位反馈信号增大，当阀位达到给定开度时，定位器处理器计算出的上下缸的控制信号偏差消失，Y1与Y2输出趋于稳定（考虑膜盒内弹簧作用，两者压力不完全一致）。反之亦然，当阀门需要关小时，Y1的输出气压信号大于Y2输出气压信号，使得阀门逐渐关小，当达到稳定阀位时，Y1与Y2输出又趋于稳定。

定位器背部装有反馈臂，安装时需要根据阀门的行程准确定位挂钩在反馈臂的位置，反馈臂上下行程在阀门全开和全关位置时应该在-28～+28度范围内，否则定位器无法进行自动校验。

②锁气器在气源压力正常时保持气路畅通，使得阀门上下缸能正常进气调节。当失去气源，供气压力降低至锁气器动作值时，切断通往阀门上下气缸的气路，使上下缸气压保持稳定，保持阀位不变。

③流量放大器，在保持定位器输出压力大小不变的同时放大流量，使得阀门控制响应速度加快，一般位于阀门控制的最后一级，除氧器水位调节阀使用的是爱默生61H型号。

④过滤减压阀为定位器、Booster等阀门部件提供适当压力的气源的同时，防止异物进入气动控制回路。

2.2 阀门喘动分析过程

根据2.1节的原理分析，除氧器水位调节阀控制主要有TZID的I/P决定，Booster使阀门的响应速度加快，而锁气器主要用于失气保持。

因本次易损件更换时，定位器更换所用备件已经储存了近10年，存在备件库存年限较长导致TZID定位器的I/P输出波动的可能。为排除I/P故障，首先领取新备件更换了TZID定位器的I/P，异常现象仍存在，将新旧I/P备件拆解进行对比检查，两个备件的滑阀结构、密封面无明显异常；目视检查新I/P的密封垫片压痕较重，分析认为不会影响信号输出。

排除I/P异常后，将阀门至于手动控制模式，由TZID自带操作面板手动给定阀位信号在50%开度，发现操作面板实测阀位反馈信号在变化，阀位以约每秒1%的速度在缓慢增加，分析认为阀门下缸有额外的气压输入导致下缸进气量增加，阀门增大，故障点定位于定位器Y1输出到阀门下缸的Booster存在异常。

2.3 61H Booster故障机制

61H Booster在阀门控制中，起着保持控制气压不变，输出流量放大的作用，其原理如下图。信号气压从上部进入放大器压迫膜片A，推动金属架C向下移动，迫使滑阀阀塞向下移离开阀座（下阀），气源压力与BOOSTER输出端联通，直至P1=P2，气源被截止；当P1减小时，P2＞P1，金属架向上移动与滑阀阀塞之间产生间隙（上阀），气室B中空气从排气口排出；随后滑阀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。

根据61H Booster的工作原理，当滑阀阀塞与阀座的结合面密封性不好时，容易出现故障。当滑阀下阀密封面不严时，气源压力会源源不断地注入到BOOSTER的输出侧，Booster的B气腔压力P2＞P1，推动金属架向上移动，导致Booster排气孔源源不断的排气。

图2 61H Booster结构示意图

本次调节阀故障现象，未出现Booster排气孔不断排气的现象，而是定位器气源压力指示表和输出压力指示表在Booster间歇排气时大幅波动，分析认为可能是Booster滑阀阀塞(下阀)的泄漏量较小，气源泄漏到气腔B的压力相对较小，使得P1/P2可以通过平衡腔室D/E之间达到平衡。这时，来自定位器下缸输出的Y1信号被动增大，下缸Booster输出气压增大，下缸进气量增加，阀门阀位缓慢上涨。

由于TZID对于阀位反馈的响应较灵敏(TZID定位器的反应灵敏度与TZID死区设置有关，当阀位变化比指令信号超过调节死区时，定位器即有消除阀位偏差的动作)，当阀位上涨超过死区设置值时，定位器下缸输出Y1就会减小，输出压力指示表指针减小，下缸Booster就会排气，由于滑阀阀塞密封不严导致气源管线与Booster输出连通，定位器气源压力指示表也跟随波动。

2.4 处理结果

在重新更换Booster备件之后，通过TZID操作面板给定25%、50%、75%指令信号，61H Booster间歇排气的现象及定位器输出压力指示表波动未复现。

3 结论

对于使用TZID定位器和61H Booster的气动调节阀门，在遇到阀门喘动、Booster排气声音大时，需要检查定位器的I/P或61H Booster。对于双缸阀门，在检查的时候，可以遵循如下逻辑。

①如阀门主控操作时存在喘动现象，需要检查主控到阀门的指令信号，确认指令信号无明显波动。

②将TZID定位器置于手动模式，给定中间开度信号观察阀位变化情况；若阀位基本不变,则首先检查I/P。

③如确认I/P无异常，则检查61H Booster；在手动模式给定开度下，阀位发生变化，对于双缸阀门，上缸进气时阀门关，下缸进气阀门开，如阀门往开的方向变化，需要检查与下缸相连的Booster，反之需检查上缸相连Booster。