控制阀故障分析及对策

黄光明

(中国轻工业长沙工程有限公司， 湖南 长沙 410004)

控制阀在石油化工行业和制浆造纸等行业应用广泛，是生产过程中用来控制流体流量、压力和液位的一种常用的调节设备。在控制阀的应用中，计算和选型是前提，安装和调试是关键，使用和维护是目的。控制阀如果选型不当，安装不当或者调试不好，就起不到调节作用。因此熟悉掌握控制阀工作原理和维修技能相当重要，本文介绍气动控制阀常见的故障和处理方法。

1 控制阀的原理

气动控制阀以压缩空气为动力源，通过气缸、薄膜为执行机构，并借助电气阀门定位器、转换器、电磁阀，保位阀等附件，实现开关量或者连续调节，接收分散控制系统(DCS)的控制信号来调节介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。气动阀主要分为气开型和气关型两种，特点是控制简单、反应快速、本质安全、不需要采用防爆措施。

2 控制阀故障的表现形式和原因

气动控制阀故障形式主要为： 内漏阀门不动作、开度波动较大、出现卡塞现象、动作正常但流量未变化。原因主要有： 阀体故障、气缸故障、定位器故障、DCS故障、控制电缆故障、维修保养不到位、阀门品质问题、选型或者设计原因、气动元件故障。

2.1 阀体故障及对策

2.1.1阀体常见故障

阀体常见故障如下：

1)蝶阀金属阀座损坏导致阀体被卡住；蝶阀固定插销脱落或者半球阀阀芯与阀杆连接螺栓滑丝，主要表现为阀轴看起来已经动作但实际阀芯并未动作。

2)球阀阀体内部磨损导致阀门容易被卡或者阀门动作迟缓；球阀软密封垫圈损坏导致阀门内漏或者被卡。

3)半球阀阀轴轴套损坏导致阀门动作困难。

4)蒸汽阀阀杆密封因高温老化导致蒸汽泄漏；蒸汽阀消音板脱落，导致阀门经常被卡住而且管道噪音异常大。

5)阀杆内部磨损或者腐蚀导致阀门内漏；阀杆填料处密封件损坏而泄漏。

2.1.2阀体常见故障原因及对策

引起阀体故障的原因及解决方案主要如下：

1)阀芯阀座泄漏的产生原因为阀芯阀座表面磨损或者被腐蚀，执行机构作用力太小，阀座螺纹被磨损而松动。故障处理方式： 改善研磨结合面，调整执行机构和阀杆的连接，拧紧螺栓或者更换阀芯阀座。

2)阀座环与阀体之间泄漏的产生原因为拧紧力矩太小，阀体表面光洁度差，垫片不合适，阀体有小孔或者有毛刺。故障处理方式： 加大拧力，重新清洗和处理阀体，更换合适的垫片，重新将阀体焊接处理。

3)填料泄漏的产生原因为阀杆光洁度不好或者产生弯曲，填料盖没有压紧或者填料类型不合理，填料层堆得太高，填料出现腐蚀坑或者填料盖变形损坏。故障处理方式： 磨光阀杆并压直，重新拧紧或更换填料；安装间隔环，减少高度，改为性能好的填料，修理更换压盖及相关的法兰螺栓等。

4)阀杆及阀振动而导致阀杆连接处脱开或者折断，产生原因为力矩太大，销子连接不合适。故障处理方式： 改用阀芯阀杆整体件或者焊接阀芯，将连接件连接牢固，消除振动因数。阀振动的产生原因为密封填料泄漏，旁路未调好，定位器增益太高，支撑不好有振动源。故障处理方式： 润滑填料并调整，重新调整旁路，选用低增益型定位器，将阀固定牢固避开振动源。

2.2 气缸故障原因及对策

2.2.1气缸常见故障

气缸故障如下：

1)执行机构限位螺栓脱落导致气缸漏气，引起阀门不能动作或者动作迟缓，达不到预定开度。

2)气缸O形密封环损坏导致漏气，引起阀门动作困难或者不能动作。

3)气缸活塞变形导致摩擦力增大，气缸螺栓松动引起气缸漏气，从而引起阀门动作困难。

4)气缸带动阀体动作的联动机构松脱或者生锈导致阀门动作困难。

5)气缸容量偏小或者气缸弹簧故障导致阀门动作困难。

2.2.2气缸常见故障原因及对策

引起气缸损坏的原因及解决方案如下：

1)活塞密封处泄漏的产生原因为气缸光洁度太差；活塞环装配密封性不够，密封环使用温度过高，密封件使用时间太长损坏。故障处理方式： 研磨气缸并重新调整气缸限位螺栓，根据使用温度重新选择密封环，更换时应正确安装。

2)气缸限位螺栓松动的处理方式： 重新将螺栓拧紧。

3)活塞摩擦力大的处理方式： 重新涂润滑油,重新清洗及研磨气缸和活塞。

4)阀门动作困难不能达到固定行程，执行机构弹簧定值不够或者弹簧损坏,限位块位置不准。处理方式： 校准、重调、更换弹簧。

2.3 定位器故障原因及对策

2.3.1定位器常见故障及原因

定位器常见故障和原因如下：

1)定位器电路板故障引起阀门动作不正常。

2)小滑阀损坏或者有磨损引起阀门动作异常，原因为仪表空气洁净度不高，或者有脏物进入定位器内部导致小滑阀磨损从而引起阀门动作异常。

3)定位器比例阀损坏引起阀门动作异常。

4)滑动变阻器损坏导致阀门定位不准,引起阀门动作出现异常,主要原因为环境温度过高且有水等其他液体进入导致变阻器损坏。

5)定位器气源接口的O形密封环断裂，导致断裂的O形密封环卡住小滑阀阀杆，使之不能动作。

6)定位器葛兰头处密封性不好，导致定位器电路板进水损坏。

7)因管道振动过大，周围环境温度过高，湿度过大，引起电路板出现故障。

2.3.2定位器常见故障处理方式

分析上述故障原因，处理方式如下：

1)葛兰头处密封问题导致定位器进水引起电路板损坏。故障处理方式： 提高葛兰头密封性，从而避免定位器内部进水导致电路板损坏。

2)因仪表空气湿度大且灰尘较多，导致小滑阀进入脏物而引起小滑阀磨损，从而使阀门动作不正常。故障处理方式： 增加空气过滤器以改善仪表空气质量。

3)因周边温度过高、湿度过大、振动过大导致滑动变阻器及电路板频繁损坏。故障处理方式： 将电路板和小滑阀及滑动变阻器分离，做成分离式阀门定位器。

4)因定位器O形密封环经常断裂，导致小滑阀阀杆被卡住，主要原因为气源压力过大，正常情况应为0.5 MPa左右，高于0.5 MPa时会导致密封圈老化加快，容易损坏。故障处理方式： 使气源压力保持在0.4 MPa左右，另外需提供质量更好的密封圈。

2.4 工艺参数和设计选型引起的控制阀故障和对策

由工艺参数和设计选型原因引起的控制阀故障如下：

1)工艺参数改变导致管道压差过大等原因引起的阀门不能动作。

2)因介质原因导致阀体结垢，引起阀门动作异常。

3)因管道堵塞引起的阀门不能正常动作。

4)因设计选型原因，执行机构偏小，力矩不够，阀门不能正常动作，阀体材质不合适，导致阀体损坏。

分析上述故障原因，提出解决方案如下：

1)压差过大导致控制阀不能正常开启。处理方式： 在控制阀前后加装1台旁通阀。

2)因工艺原因阀体结垢而导致控制阀不能正常开启。处理方式： 增加冲洗水管，另外定期拆开阀门清洗阀体，必要时打磨阀芯。

3)管道堵塞导致控制阀不能动作。处理方式： 优化操作方式，尽量不使管道堵塞，另外拆开管道冲洗阀门。

4)关于设计选型问题。处理方式： 在设计阶段尽量优化各种工艺参数，保证选型时不会因为工艺参数不准导致选型出现问题。

2.5 DCS相关原因导致控制阀故障及对策

由DCS I/O卡故障、控制电缆损坏或者干扰等原因导致控制阀故障如下：

1)I/O卡件损坏没有信号输出导致控制阀不能动作。

2)DCS输出信号不稳定，导致控制阀开度波动，使控制阀动作不正常。

3)控制电缆损坏或者绝缘不好、接线松动导致信号不正常从而引起控制阀动作不正常。

4)由于保养不到位导致定位器进水，气缸腐蚀漏气，气源管卡套脱落漏气等原因引起控制阀动作不正常。

5)由于巡查不细致，隐患未及时发现导致进一步扩大，最终引起控制阀动作异常。

分析上述故障原因，提出解决方案如下： 日常应做好维修保养和巡检工作，发现隐患及时处理；当控制阀开度出现波动时及时检查PID参数设置是否正确并及时调整参数。

2.6 气动元件损坏或者气源压力偏低导致控制阀故障及对策

由气动元件损坏或者气源压力偏低导致控制阀故障如下：

1)气源软管老化破损或者不锈钢气源管漏气导致气源压力偏低，使控制阀动作出现异常。

2)空气过滤器断裂或者过滤器滤芯过脏导致控制阀动作出现异常。

3)气源压力偏低或者气源未开导致控制阀动作出现异常。

分析上述故障原因，提出解决方案如下：

1)更换质量更好的气源软管或者空气过滤器；定期巡检，发现气源软管或者空气过滤器有破损漏气迹象时，或者滤芯过脏需找机会尽快更换。

2)调整气源压力满足气动阀门最小气源压力要求。

3 控制阀故障实例分析

以某1 Mt/a 化学漂白木浆厂工程调试运行期间控制阀所发生的故障为实例进行分析，通过几个典型的故障事例进行分析，具体情况见表1所列。

表1 制浆车间调试试运行期间控制阀故障统计

1)辅助工段白液槽出口控制阀故障。白液槽出口控制阀不能动作，拆开阀体检查，阀门结垢严重，导致阀体卡死使阀门不能动作。经检查，球阀的阀芯与阀座之间有死角，介质容易沉积，易造成结垢卡死。故障处理方式： 定期拆开阀门进行清洗，必要时打磨阀芯，更换旋塞型控制阀或者气动隔膜阀。改善效果： 每3个月一次停车检修清洗阀体后，再未出现阀体结垢卡死故障。

2)锅炉主给水控制阀故障。锅炉主给水控制阀从调试完到投运以来，时常发生内漏，分析阀体腐蚀的现象，主要原因属于汽蚀。引起阀体汽蚀的主要原因是控制阀进口压力大，因此需要降低控制阀进口压力。故障处理方式： 降低给水泵的扬程，在泵的叶轮位置上安装导流套；在运行中注意锅炉蒸汽运行情况，增加阀出口压力，降低阀进口压力；在安装阶段，需将阀门拆下来冲洗管道，在运行时，注意定期清洗阀体。通过这些措施的调整，控制阀从2015年运行至今，未出现损坏情况。

3)制浆车间未漂塔稀释水泵已经开启，但管道内无流量，经检查发现因阀门前后差压变化大，当介质通过阀内部时，流通面积急剧变化，流通变得不稳定，对阀板产生巨大冲击力，当阀板长期受冲击力作用时，使阀板和插销之间受到应变力作用，金属产生疲劳，导致蝶阀固定插销脱落。故障处理方式： 对重要工段蝶阀插销点焊加固，更换成一体式蝶阀阀板。改善效果： 在该段对蝶阀插销点焊加固后，未再出现插销脱落问题。

4)制浆车间内振动大，湿度和温度高的地方，控制阀定位器频繁损坏，导致阀门不能动作。经检查发现因管道振动较大，周围环境温度高，湿度大，导致定位器电路板损坏。故障处理方式： 将定位器反馈与检查部分分离，避免了因管道振动大，周围环境温度高，湿度大而损坏定位器内部精密零件。改善效果： 经过定位器分离后，再未出现因管道振动而出现阀门损坏情况。

通过以上改善措施，使制浆车间控制阀由原来每月发生20多起故障，降低到每月发生2起以下，甚至零故障，使控制阀故障率大幅降低。

4 结束语

通过对控制阀故障原因分析，采取合适的处理方式和改善方法，可以大幅降低控制阀故障率，提高控制阀利用率，确保阀门长期安全稳定的运行对稳定制程生产有很大的作用，可以大幅提高生产效益，另外该控制阀故障总结对仪表维护和工程技术人员有一定的参考价值。