氣動調節閥附件控制方案

【資料簡介】

氣動調節閥附件控制方案在現代自動化生產過程中，控制系統對閥門提出各種各樣的特殊要求，因此控制閥必須配置各種附屬裝置（簡稱附件）來滿足生產過程的需要。例如，為了改善調節閥的靜態特性和動態特性，要配用定位器；為了使工作動力氣源保持干凈和壓力穩定，必須配帶空氣過濾減壓閥；另外，為了實現如圖1所示的“常見控制閥安全失效模式”等功能特性和要求，也需相應的控制附件來達到相應的控制目的；總之，附件的作用就在于使控制閥的功能完善、合理、操控安全便捷。
 波紋管密封套筒氣動調節閥，采用套筒導向，壓力平衡式閥芯，適用于壓差較大的場合。利用平衡密封環代替上閥座，使傳統的套筒雙座閥結構變為套筒單座結構，這一改進大大提高了套筒調節閥的泄漏等級。閥蓋處采用波紋管加填料雙重密封，從根本上杜絕了介質外漏的可能性。該類型調節閥適用于有毒或者珍貴介質的流量壓力控制。閥芯利用壓力平衡式結構，啟閉力小通過較小的執行機構推力就能控制高壓差的工況。密封性能好、允許壓差大。套筒導向，導向面積大，穩定性好，結構緊湊，可以快速在線更換閥內件，維修效率高，節約人力和時間。平衡式閥芯結構確保所需的執行機構推力小。
      
一、氣動調節閥附件控制方案典型控制方案與原理分析
氣動調節閥采用雙導向結構，配用多彈簧執行機構，氣動調節閥具有結構緊湊、重量輕、動作靈敏、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優點。氣動調節閥廣泛應用于精確控制氣體、液體、蒸汽等介質，工藝參數加如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。特別適用于允許壓差小，而允許泄漏量也較小壓差不大的工作場 合。 本系列氣動調節閥產品有標準型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產品公稱壓力等級有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍DN20~200。適用流體溫度 由-200℃~+560℃，其范圍內多種檔次。泄漏量標準有II 級或IV級。流量特性為線性或等百分比。多種多樣的品種規格可供選擇。鑒于控制閥附件配置功能要求多樣化，以及現代自動化過程控制工藝要求，現在這里與業界同行共同探討，針對不同生產工藝控制環節和要求，列舉典型附件配置方案、進行逐一原理分析如下。

1.1 氣（電）正常任意調節閥位，連鎖及安全失效時閥均復位（FO或FC）
見圖2，在定位器的輸出到執行機構之間配一個兩位三通電磁閥，氣（電）正常時且配置中電磁閥帶電即P←→A相通，供給（4~20Ma）信號則實現任意閥位。當控制閥的電源出現故障時（失電或電源低于小限定值）或者控制需緊急連鎖、以及電磁閥自身接觸不良等安全失效時均可換向即A→R相通，執行機構膜頭內的氣源迅速通過其電磁閥的R口排空，此時無論定位器給定信號與否，該控制閥門均處于初始位置（此圖配置是故障開）。從而保證相關工藝過程安全生產，也保證相關設備不被損壞。

1.2 當氣（電）源正常可獨立調節、也可獨立切斷見配置
見圖3，依據現場工藝生產要求，同一臺在某個時段時需要既能獨立實現調節操作也可獨立實現切斷操作。當氣（電）源正常，系統送出4~20Ma信號給定位器，并通過氣動加速器放大，途經氣控閥R→A至單作用執行機構（此時的氣控閥僅起一個通道的作用），即此過程實現閥門任意開度位置快速調節；當氣（電）源正常且中斷供給定位器信號，對電磁閥通電或斷電操作，此時與之配置的兩位三通氣控閥實現往復換向動作，即滿足P→A相通或R→A相通，則對應閥門位置全開或全關。

1.3 可正常獨立調節、也可獨立切斷且均具備故障保持（FL）的功能（以單作用執行機構為例見圖4）
    
1）明確安全保護元件-信號比較器、氣動保位閥（氣鎖閥）的功能及特性：
①信號比較器：主要檢測當系統電信號大于設定時，則固態繼電器接通負載（電磁閥），當檢測系統電信號小于其設定時則切斷負載（電磁閥）電源。
②氣動保位閥（氣鎖閥）：作為自動控制回路中重要的安全保護元件，當控制系統氣源故障（失氣）或低于該保位閥的設定值時，自動切斷調節儀表與控制閥的通道，使控制閥的開度保證停留在故障前的位置，從而使工藝過程正常運行；氣源故障消除后，又能自動恢復正常。

2）氣動調節閥附件控制方案控制方案及控制原理闡述如下：
①當氣（電）源均正常，系統送出4~20Ma信號、（電壓AC或DC）分別給定位器和信號比較器。此時電磁閥B帶電，此時的兩位三通氣控閥相當于一通道，給定控制信號后實現閥任意位置調節。
②當信號比較器檢測到電信號或電源異常時則中斷與之連接的電磁閥B控制電源，電磁閥B換向，此時保位閥氣源進口（IN）壓力小于自身彈簧設定值，故實現故障保位。
③當主氣源斷氣或該氣源壓力低于保位閥自身彈簧設定值時，無論控制電源或電信號正常與否，該閥位均保持故障位置。
④當現場控制要求實現開關式操作時，則控制系統中斷對定位器、信號比較器信號供給。系統通過另一電纜對電磁閥B通電，再對電磁閥A通電或斷電操作，此時閥門將實現全開或全關位置動作。當出現②或③闡述異常之一時，閥均保持原位。
1.4 可任意改變控制閥動作速度（以單作用執行機構為例見圖5）
    
若現場工藝生產過程需人為改變其控制閥開或閥關動作速度即改變（延遲）動作響應，并依據控制響應指標人為地預設單向節流閥1或單向節流閥2內置的截流面積，這兩個單向節流閥應為反向連接。
1.5 三段式（始點、預設位置x%、終點）切斷閥（見圖6、7、8）
三段式氣動切斷閥現在世面上基本是由三段式氣動執行器和球閥或蝶閥組成。它是一種特殊的氣動閥門，提供了閥初始位置、預設位置、終點位置的三段式操作方式，通過預設輔助活塞的運動位移，從而達到閥某位置開度的設定。（根據經驗預設閥位x%范圍一般為10%-60%）。

它依靠電磁閥來控制其閥的適宜位置，另外增配快速排氣或節流元件，使三段式控制閥具有非常優良的開關特性。對開閥、關閥速度可以進行調整，以適應各種工藝、包括流速不穩定的單支或多支管路。防止噴濺式進液，使管道中流體變化平穩，不會因沖擊產生水錘現象使易燃流體發生爆炸，亦不會因沖擊而損壞系統中流量計及其他儀表，因而適用于石油、化工、輕工、國防等行業的流量控制系統，因此它廣泛適用于介質倉貯、灌裝、裝車等系統。
①對于單作用三段式執行器，通過控制附件的配置組成它能實現（閥兩步開、一步關）或根據要求也可實現（閥兩步開、兩步關）見圖6及其動作時序。     
②對于雙作用三段式執行器，通過控制附件的配置組成它能實現（閥一步開、兩步關）見圖7及其動作時序；（閥兩步開、兩步關）見圖8及其動作時序。
    
 1.6 切斷閥配雙作用執行器，正常時切斷、一旦斷電、斷氣或氣源低于值時閥門自動回到事故安全位置（全開或全關見圖9）原理概述如下：
①氣源電源正常時，對電磁閥進行操作（通電或斷電）則實現閥門全開或全關動作。
②當斷電或斷氣以及氣源壓力低于值時，則儲氣罐內的氣源通過與之相連的氣控閥的常出口進氣實現閥門全開或全關即事故安全位置。

過程工廠由數百甚至數千個控制回路組成，所有控制回路都聯網在一起，以生產待出售的產品。這些控制回路中的每一個都被設計成在所需的操作范圍內保持一些重要的過程變量，例如壓力，流量，液位，溫度等，以確保產品的質量。這些回路中的每一個接收并內部產生不利地影響過程變量的干擾，并且來自網絡中的其他回路的交互提供影響過程變量的干擾。