气动调节阀的仪控调试

王丹 蒋泰铿

【摘 要】作为现代工业控制系统的终端控制元件，调节阀对核电站的安全性和经济性发挥着重要作用，而以压缩空气为动力源的气动调节阀在福清核电机组中有广泛的应用且在调试阶段问题较多。本文阐述气动调节阀工作原理及其在控制回路中的重要作用，介绍阀门电气转换器、定位器等主要控制附件的功能，结合自身调试经历，从仪控角度对气动调节阀的单体调试和系统调试过程中的调试重点进行分析、总结，分享调试经验，对解决气动调节阀的调试故障、提高调试质量具有实际意义，也是后续机组气动调节阀调试的重要参考依据。

【关键字】气动调节阀;仪控;调试;故障处理

中图分类号： TH138.52文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）07-0072-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.028

【Abstract】As a terminal control element of modern industrial control system， control valves play an important role for nuclear power plants safety and economy. Pneumatic control valves are widely used in Fuqing NPP， and there are many problems during the commissioning phase. This thesis describes the operating principles of pneumatic control valves and the important role in the control loop， introducing the functions of electrical converter，positioner and other major control accessories. With commission experiences， the thesis analyzes and summarizes the key points of commissioning and some common faults ，sharing commissioning experience. The thesis has practical implications for solving the commission failures and improving the commissioning quality，and also an important reference for the follow-up units.

【Key words】Pneumatic control valve; I&C; Commission; Trouble-shooting

0 前言

核电站系统回路中介质流动是由泵和阀门控制的，流量主要由阀门来控制，而调节阀可以连续和比较精确的调节流量。气动调节阀以洁净压缩空气为动力，接收标准信号，驱动阀体运动，通过改变阀芯与阀座间的流通面积，从而达到调节流量的作用。它的远程操作和控制的实现，使得运行人员在主控室就能准确的知道阀门的实际位置，根据机组的状态需要来控制阀门，以满足现场的需要，所以人们常把调节阀比喻为生产过程自动化的“手足”。

一个控制系统的质量受到控制系统各组成部件的影响，主要取决于控制系统组成部件中最薄弱环节的影响。调节阀是节流装置，属于动部件，与检测元件和变送器、控制器比较，在控制過程中，调节阀需要不断改变节流件的流通面积，以适应负荷变化或操作条件的改变，而且很难采用隔离的方法与过程介质隔离。调节阀的活动部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、“漏”的主要原因，它不仅造成资源或物料的浪费，也污染环境，引发事故。所以，从控制系统整体看，一个控制系统控制得好不好，都要通过调节阀来实现[1]。

1 控制附件的组成及功能

气动调节阀常见的控制附件和功能：

（1）减压阀：降低控制气源压力，以适宜执行机构的工作压力;（2）过滤器：滤去压缩空气中的水和其他杂质，保证进入电/气转换器、定位器以及执行机构的压缩空气的清洁。许多产品是减压阀和过滤器一体化设计;电气转换器（E/P）：将控制系统来的4～20mA电流信号转换成0.02～0.1MPa（3～15psi）的气压控制信号;（3）定位器：是阀位控制的核心部件，对调节阀的阀位进行精确控制;阀位变送器：通过连杆与阀杆的位移同步产生转角移动，转换成4～20mA电信号，线性地反映阀门的开度;（4）行程开关：通常安装在阀门的全开和全关位置，用以发出阀门全开和全关的信号送到控制系统;

为了实现某些特殊的控制功能，一些执行机构上还配备了其他的控制部件，如实现联锁功能的电磁阀，实现保位功能的锁气器，加快动作速度的放大器。

2 气动调节阀的调试重点

气动调节阀安装后，在生产过程启动前应进行调节阀的现场调试，调试正常才能投入使用，同时及时发现存在的故障，有利于尽快解决。气动调节阀现场调试主要包括以下几个方面：

2.1 调试前确认

检查手轮机构能否正确转动和动作，检查完毕后将手轮机构处于“中性点”位置，否则阀门不能自动调节。

确认阀门开度指示牌位置正确、安装牢靠，否则请机械调整合格。

检查供气管线上的手动隔离阀是否已打开，供气气源压力是否正常。

2.2 单体调试

2.2.1 管线检查

（1）检查气源管线回路安装是否正确，管线管径是否正确

根据设计、厂家图纸，检查仪表附件选择及连接是否满足要求，检查供气管线管径是否选择正确。

（2）气路紧固件是否松动，控制回路是否有漏气

在调试期间，由于各仪表附件紧固件松动、漏气导致阀门不能正常运行的现象非常普遍。可通过听声、喷检漏液等方式确认是否泄露及漏点，通常采取紧固方式处理，特别注意不能在卡套式紧固件处缠生料带。

2.2.2 控制附件调校

气动调节阀控制附件较多，需严格控制各附件的输入、输出，以确保阀门能正常运行，如过滤减压阀的设定压力是否合适、电气转换器输入电信号为4～20mA，对应输出信号应为3～15psi，定位器、行程反馈器、放大器等功能测试则需要对调节阀进行整体性调校验证。

标准信号发生器将输入信号平稳地按增大和减小方向输入电气转换/定位器，测量各点对应的阀门开度（行程）是否满足控制要求。主要分为5个关键调校点：0%、25%、50%、75%、100%开度进行验证，使行程反馈器反馈值与现场阀门开度一致。由于无法确定调节阀的实际行程值，始点和终点两个关键点必须调准，不然会因阀门关闭不严导致内漏发生或调节精度不够。调节阀全行程运行过程中应侦听调节阀阀芯和阀座是否有机械振动和异常杂音。

做好信号电缆绝缘包扎。阀门拆除EP接线时不要碰到EP外壳，从而导致接地，电磁阀拆除接线时不要接地和短路。将EP线和电磁阀线用绝缘胶带包扎好并固定在不影响检修的位置。拆除的设备及现场设备开口注意封堵，通常用有色塑料布对开口点进行包扎。拆除的较小零部件应装入塑料封口袋中，并做好标记。

如发生信号电缆接地等异常情况，因DCS卡件有过电流保护功能，此时DCS一层显示BAD点，DCS二层画面会出现洋红色，这时需要由DCS维护人员将气动调节阀控制信号所在DCS通道的卡件拆下，重新复位即可消除故障。

2.2.3 动作性能检查

一些控制系统对调节阀的开关时间有要求时，应检查调节阀的开关时间。在全开位给关闭信号，到触发全关信号的时间，为关阀时间;在全关位给开启信号，到触发全开信号的时间，为开阀时间。

行程检查：从阀门全开到全关，或全关到全开的行程，观察阀杆和执行机构推杆是否发生卡涩或其他故障。

2.3 系统调试

2.3.1 负反馈调试

控制系统能够正常工作最终需要实现一个完整的闭环负反馈回路控制回路[2]，因此，理论上应将控制器、检测变送器和调节阀（包括阀门定位器）和被控对象一起考虑，并设置控制器的正、反作用。而从工程实际应用来分析，其中主要有如下三个因素：

（1）过程特性（Kp）：如疏水水位调节和给水水位调节

（2）执行器特性（Kv）：如气开型和气关型调节阀

（3）调节器特性（Kc）：如正作用调节器和反作用调节器。

测量变送器环节均为正，可不考虑。要组成负反馈，要求闭合回路上所有环节（包括调节器的运算部分在内）的增益的乘积为正数，如下图1。

调节器动作特性和执行器动作特性如何正确区分？当发现现场的需求与设备的实际动作相反时，是否可任意选择一个修改就可以？

参照前面理论描述似乎是可以的，但是实际现场应用的DCS方案中是不允许的。在福清核电DCS控制方案中这两个参数是有严格区别的，调节器的动作特性只与过程特性有关，补水阀的水位调节器必须设置为反作用，疏水阀的水位调节器必须设置为正作用，无论这些阀门是气开型或者气关型。PID模式参数中INCOPT为调节作用选择：“0”=反作用，“1”=正作用[3]。

设置好调节器正、反作用方式后，可在调节器测量端模拟输入信号，使其增加或减小，观测调节器输出变化是否符合作用方式的要求，并檢查调节阀的动作方向是否正确，是否能够使被调变量向减小方向变化。

福清核电DCS中调节器参数设置值均默认为0，即为反作用，仪控人员在调试过程中要根据实际需要进行更改，确保参数设置符合设计要求。

DCS中执行器特性设置为：阀门的气开型零满点对应4～20mA信号，而气关型零满点对应20～4mA信号[3];DCS侧该参数位于输出模块AOUTR中，ATC参数设置为1，即为气关阀，ATC=0，即为气开阀，配置为气关时满开度DCS将输出4mA。

所以单从参数设置上这两个是完全独立的参数，正确配置这两个参数对于用户来说非常方便，无论是哪种执行器，在画面上看到的100%或操作的100%都能得以正确执行，无需关注底层的差别。

2.3.2 模拟和逻辑控制验证

一般来讲，所有的调节阀均有模拟和逻辑控制功能，例如，气开型调节阀在失气的时候为关位置，在得气的时候就要工作在调节状态。逻辑控制实现调节阀的超驰开或者关功能;模拟控制实现调节阀依据过程需求实现中间开度。通常，调节阀均可以实现一个方向的逻辑控制，逻辑控制是优先于模拟控制的，只有阀门处于模拟控制状态下调节器输出才有实际效果。

3 结论

核电机组调试是验证其前期设计、施工、安装等阶段可靠性、确保核电机组安全投运的关键环节，调试人员在调试过程中要严格按照生效调试规程进行实施;福清核电调试阶段发现气动调节阀故障率较大，通过对气动调节阀仪控调试重点进行分析、总结，有效利用经验反馈工具，共享交流，可以快速有效的解决调试故障，提高阀门的可靠性。

【参考文献】

[1]吴国熙.调节阀的使用与维修，北京：化学工业出版社，2008：4-8.

[2]周春晖.过程控制工程手册，北京：化学工业出版社，1984：30-38.

[3]查方兴.IAs系统及应用，上海福克斯波罗有限公司，2007：64-68.

[4]牛玉兰.气动调节阀在核电厂中的应用及常见问题分析，科技资讯，2012年第2期.