调节阀异常振动原因分析及防范措施

调节阀异常振动原因分析及防范措施

郑敬孟

济南圣泉集团股份有限公司， 山东省 济南市 250200

摘要：随着我国现代工业油气的不断增多和迅猛发展，调节阀在其中的应用亦越发广泛，已是应用最广泛之一的仪表。其占据着生产中的重要作用，生产过程自动化基础调节阀的正常使用，对保证我们的生产质量与安全有重要的作用，对维持正常工艺过程的运行起到重要保障作用。工作过程中，由于阀件的动作不稳定，和反应迟钝，尤其振动等原因导致许多故障，影响设备运行，以致损害了企业的经济效益。因此，探究调节阀的故障原因及其解决措施是相当必要的。笔者通过分析调节阀于使用过程中的各种故障原因，提出对应的解决方案及常检建议，望能为企业良好管理调节阀，保障设备的安全稳定运行，和安全生产起到一定的指导作用。

关键词：调节阀；故障影响因素；振动分析；处理措施

引言：

调节阀是一种带有执行机构的阀门，亦称控制阀。其依据控制单元的输出信号，能通过执行机构改变阀门的开度，继而实现控制系统中的压力、流量等工艺参数，从而以满足用户端需要。

随着现代工业科技的迅猛发展，调节阀被越发广泛地应用于石油、能源、军事、水利、冶金、化工等诸多工业部门，其作用不可替代。且在政策鼓励，和技术发展的大背景下，多个重点领域如煤化工、电、油气等，以重大、高新项目工程为其依托，突破“首台套”，在国产化发展高参数调节阀上效果显著。然而，至今仍未能完全解决因大流量与大减压比、高温高压等严酷工况而导致的各类问题，较为突出便是调节阀振动现象。

一、调节阀概述

调节阀是流体机械(包括流体动力机械、电力、化工机械等)中用以控制通流能力的关键部件，其性能及安全性，是与装置整体的工作性能、效率和可靠性密切相关的。目前在炼油、电气化工等工业的生产过程中，经常发生调节阀的噪声振动、与阀杆转动等现象，甚至因振动而导致阀杆断裂等事故也不时出现，它对设备的安全与寿命，以及操作人员的身心健康产生严重的影响。故许多设计制造部门和研究单位高度地关注如何克服其振动与噪声，延长产品的使用寿命^[1]。

二、异常振动原因分析

本部件的振动与噪声根据不同的诱发因素，可大致分为气蚀振动、机械振动、和流体动力学振动等三大原因。

（一）气蚀振动

此振动基本发生于液态介质的调节阀内。调节阀内流体的缩流加速，和静压下降引起液体汽化，是它产生的根本原因。如调节阀开度越小，其前后的压差越大，那么就有越大的可能性使流体加速并产生气蚀现象，且与之对应的阻塞流压降亦越小。

（二）机械振动

根据表现形式，机械振动可分为两种状态。一是调节阀的整体振动，即整个调节阀在管道或基座上高频振颤，原因是管道或基座的剧烈振动引起整个部件的振动。这还与频率有关，即当外部频率与系统内的固有频率相等或接近时，受迫振动的能量会达到最大值、并产生共振。二是部件阀瓣的振动，介质流速的急剧增加为其主要原因，造成调节阀前后差压的急剧变化，进而引起整阀的严重振荡^[2]。

（三）流体动力学振动

介质在阀内的节流过程，也是一个受摩擦、阻力和扰动的运动过程。当湍流体通过存在不良绕流体的调节阀时会形成旋涡，接着旋涡会由于流体继续流动的尾流而脱落。

前述旋涡脱落频率的形成及其影响因素极为复杂，而且随机性很大，很难定量计算，但却存在一个客观的主导脱落频率。当这一主频率(也包括高次谐波)与调节阀及其附属装置的结构频率相接近或一致时，就发生了共振，调节阀随之产生，伴随着噪振强弱，随此频率的强弱以及高次谐波波动方向的一致性的程度而定的振动^[2]。

三、此类问题的具体处理措施

（一）将节流级数增加、减小阀门压降

因减温水系统的压降大致保持在2.32-2.8MPa范围内，故只有增加节流级数，把调节阀的单级压降减小，才能做到消除阀门振动。且同时为使阀门的流通能力得到保证，我们在其流量大于80%的额定流量时，又将调节阀设为单级节流功能。这样做，既确保了阀门的平稳运行，又保障了其流通能力。

为此目的，我们重新设计制作了调节阀的节流套，于单级节流套外，再加装一层节流套，以将阀门的流阻增加，减小阀芯的受介质冲击力，使阀门能运行平稳，降低振动。设置小流量时，阀门为二级节流，并将阀门的单级压降控制小于1.5 MPa，此法能消除振动，并大大延长阀的使用寿命；而在调节阀流量超过额定流量的80%时，阀门又变换成一级节流，很好的保证了其流通能力。

（二）机组阀杆连接方式的改造

正常运转的机组，高温高压蒸汽持续从高压调门阀芯通过，引起调门阀芯与阀杆间产生力矩，随之产生对旋子销子的剪切，加上调门支座的振动，严重影响到圆柱销，直至其断裂损坏后阀杆脱落，进而威胁机组的安全，若修理不当，则安全隐患极大^[3]。

在一段时间的机组运行后，圆柱销都会有相应的一定磨损，机检人员必须定期全面检查机器，以避免高压调门阀杆脱落，和危险的发生。想要彻底的解决次脱落现象，需要将高压调门与其阀杆的连接方式进行完全的改造，需用扇形加工件来焊接高压调门接杆与阀杆的连接处，而后要求检查员定期检查其着色与补焊裂缝。

此外还有更为有效的解决阀杆脱落现象的第二种方式，但花费巨大的新型法兰式连接方式，此法几可杜绝阀杆脱落的发生，且检修方便。但是耗资较前者过大，现阶段在这一方面，我国仍无更好的解决方案，所以国家应鼓励专业的研究，以期减少此项花费。

（三）正确选择零部件

若阀芯出现快速的忽高忽低变化，阀门的定位器又灵敏度太高，若调节器只输出比较微小的变化或飘移，则立即被转换成很大的定位器输出信号，致使阀产生振荡。而调节阀如果摩擦力太小，外界一输入有微小变化或飘移的信号，就会立即向阀芯传递，使之振动；反过来，如部件摩擦力太大，则无法在小信号时动作，大信号时的响应动作又易产生过大的现象，进而使阀产生对应的迟滞性振荡。遇此，应当将其相应部分的阻尼减小以解决，如更换填料等。

1.明确定位器的参数设置

为了保证我们的定位器能满足各种类型及尺寸的调节阀可以准确、平稳、迅速的传达到对应阀位，其相应的调节方法在硬件和软件模块都有设置，以防止超调振荡或者余差超标。同时出于有效监控配套功率放大器的实际输出，部分定位器也进行对功放器阀芯位置的监控，并参与内环回路的运算。

2.渔业DVC 2000定位器

本定位器(采用两阶段的阀杆定位算法)不在硬件设置调整部件，所依靠的是软件设定放大器的动态响应。其对于振动阀门可依据情况将响应削弱，同时增强阻尼。针对对较低调节精度要求的工况，则可增大积分死区、且降低此项增益，甚至把这一效能关闭，以将阀门振动的可能性有效降低^[4]。

3.西门子SIPARTPS 2系列定位器

这个系列的定位器设置限流器于硬件上，并在软件上设置相应34.Deba控制器(默认为0.15%)的死区。其可将限流器顺时针旋转以减小空气流量，继而降低执行器的响应速度；反之，逆时针旋转可增大空气流量，将执行器的响应速度加快。振动时应使空气流量减小，而且适当放大死区亦可有效降低振动。

4.福斯logi x 3200定位器

此定位部件的I/P转换，采用的是压电式喷嘴挡板结构，对伺服的放大则用滑阀组件。它的操作面板设为A~H的八档增益选择开关，A档增益最小，H档为最大，可在校准时快速选择定位器的增益。

5.ABB定位器

本件(TZID-C)没有在硬件上加装阻尼调节装置，但设有一进入喷嘴挡板的过滤器，要进行检查，以防止进入喷嘴的气路不畅而造成阀门喘振。

四、总结语

调节阀的结构较为复杂，其内部的不稳定流动是典型的非定常及复杂内流现象。其振动与噪声，是因多种因素的共同作用而产生的，应对机械振动、气蚀振动和流体动力学振动对阀件的影响进行充分考虑。可采取在阀门材质与其结构上合理设计、减小阀门的前后压差、避免其小开度工作，和设置多级减压结构等常用的减振降噪方法。此外，阀件的选型也应留足安全裕量，从而在实际工作状态改变后，能有强力的适应工况特性。

参考文献：

[1] 王永洲, 杨锐, 张运龙. 调节阀振动原因分析及防范措施[J]. 阀门, 2009, 000(005):44-45.

[2] 赵守仁, 陆卫东, 胡晨,等. 气蚀对调节阀的破坏原因分析及防治措施[C]// 中国仪器仪表学会;中国石油和石化工程研究会. 中国仪器仪表学会;中国石油和石化工程研究会, 2015.

[3] 辛耀宗. 某电厂高压调节阀引起振动大跳机原因分析及优化改进措施.

[4] 李娜. 论调节阀发生故障的影响因素及其处理措施[J]. 化学工程与装备, 2017(4):157-158.