控制阀是工业过程控制中现场应用存量最多的执行器,作为控制回路终端执行元件同时也是管道受压设备。据有关公司的调查统计表明,包括控制阀在内的终端执行元件的故障率是最高的,故障总数中占比达到50%(参见图1)。那么,究竟有哪些控制阀的部件最易出现故障呢?如何才能提升控制阀的使用寿命呢?下面,仪控君就带着大家来一起了解一下吧!


控制阀在现场应用时出现各种故障,可来自执行机构、调节机构(阀)或所连接的阀门定位器、空气过滤减压阀、手轮机构等附件装置,据控制阀故障的不完全统计,易出故障的部件按故障频次排序见下表(表格点击可放大)。

阀芯是阀内件中最为关键的部件,同时是控制阀的可动部件,阀芯与阀座配合使用,可紧密关闭切断流体,可通过改变节流截面积来调节流体通过量,进而达到过程控制的目的。阀芯的形状(或笼式阀的套筒开口形状)决定着控制阀的流量特性,如常见的线性、等百分比、快开特性和抛物线特性等。阀芯阀座的尺寸以及阀内流路决定着控制阀的最大流通能力。阀芯阀座的选材及其工艺处理决定着控制阀的工况应用和可靠性。阀芯和阀座处于控制阀截流处,最易受到流体的冲刷、侵蚀、腐蚀,以及液体流体的空化气蚀,造成阀芯和阀座的密封面损坏,阀芯脱落或断裂。流路中进入异物也容易卡在阀芯阀座处。控制阀选型流通能力过大造成正常运行在小开度冲刷最厉害,严重影响阀芯和阀座的使用寿命。控制阀选型计算时出口流体流速应控制在经验值(液体流速5-7m/s和气体流速0.3马赫)之内,超过时也会使截流处流速过快(截流处流速约是出口流速的3倍以上),造成严重冲刷。阀芯和阀座的故障最高。
密封填料由填料函部件和填料组成,是对阀杆运动的动密封,是防止控制阀阀杆径向环缝外泄漏、保证阀杆正常提升以及维持控制阀静态和动态特性不可忽视的部件。在控制阀运行中所有发生的故障统计中,密封填料泄漏故障率较高。填料材料主要有PTFE和石墨两种。PTFE填料摩擦力小无需润滑且适于多种介质,填料环一般由弹簧加载,自动调整。石墨填料工作温度较高,高温时需润滑,摩擦力较大。填料长期与阀杆相对运动(摩擦),受介质渗透和受温度影响变质、老化,引起填料函外泄漏。目前趋向应用组合型填料或特殊型填料,要注意组合填料的放置顺序,以及要成组更换。

通常为金属平垫片、金属缠绕片、石墨垫,处于受压部位,若密封面有问题、阀盖紧固不均衡、垫片选择有误或质量不佳,垫片密封处容易发生外泄漏。
执行机构推力设置过大,引起弯曲;流体冲击、腐蚀引起阀杆与阀芯脱开。在阀座处遇有焊渣、硬块等异物卡堵时,执行机构推动阀杆关闭动作,造成受力点中心偏离,此时阀杆极易弯曲,严重时阀杆无法做提升移动,控制阀失去调节能力。尽管问题出在管道内异物(管道安装清洗原因或工艺生产操作原因)或流体原因,但直接影响了控制阀使用,更换和修理阀杆也必须停用控制阀并解体装配。
阀体是阀门主要部分,用于连接管道和实现流体通路,并可安置阀内件,接触各种介质并承受流体压力,应符合使用压力、温度、冲蚀、腐蚀条件等各方面要求,并根据工程实践、安装要求决定阀体形状、结构和连接。阀体型式、材料是其两大要素。阀体常见材料有铸铁、球墨铸铁、铸钢、铸不锈钢、锻钢、锻不锈钢、合金材料以及有色金属、陶瓷、塑料等。阀体结构型式多而相似,应用工况各有不同。阀体最易受到流体的冲刷、侵蚀、腐蚀,以及液体流体的空化气蚀,造成阀体内壁受损,甚者穿孔泄漏。应用经验不足和设计选型不当是造成阀体故障的深层次原因。

执行机构膜片薄膜基本是用NBR或EPDM材料成形,有着较好的强度和密封性。膜片动作频率偏高、环境温度超高、使用周期过长,都会造成膜片的老化或破损,出现漏气故障或动作失常。通常膜片的动作使用寿命较高,若遇到极端情况,如阀门定位器输出剧烈振荡,可能很短时间内就使膜片损坏。或执行机构有大的冲击动作,也会影响膜片使用寿命或导致膜片撕裂。
执行机构防水不好、环境湿度太大、环境气体有腐蚀性,或弹簧压力设置不好、多弹簧分布失衡,造成弹簧锈蚀、腐蚀、疲劳,引起弹簧损坏影响行程。
执行机构推杆上过脏积垢造成密封磨损,温度异常或使用周期长,造成密封老化,引起气密性下降、漏气。

推杆和阀杆的连接器由于控制阀震动,造成连接器震松脱落;或环境腐蚀造成连接器锈蚀。
长期往复动作造成密封环磨损,或气缸内壁有缺陷造成密封环磨损。
气动管路接头紧固件等出现漏气。
阀门定位器调整未到位、性能下降、仪表空气不合格、老化损坏,造成定位控制出现严重偏差。阀位反馈的机械连接脱开或阀位传感器失灵导致阀门定位器输出异常。机械型阀门定位器的喷嘴挡板结构、电磁转换单元易出故障;智能型阀门定位器的气动部件中的电气转换器或压电阀易出故障。

维护人员在日常巡回检查中,要向当班工艺操作人员了解控制阀的运行情况,现场查看控制阀及其附件的能源供给情况(气源、液压油或电源等),检查控制阀静密封点、动密封点有无泄漏,连接管线和接头有无松动或腐蚀,查看控制阀的动作是否灵活,有无异响和振动,并做好巡检记录。
日常维修主要工作有:
消除不平衡作用的应力;消除锈蚀点和污物;检查控制阀支撑;气源排水排污;传动部件检查;填料函检查,以及填料压紧或更换;安全运行检查。
日常维修可进行的主要内容有:
更换气动薄膜执行机构的膜片、弹簧;更换气动活塞执行机构的活塞密封环;填料函更换;阀芯和阀座研磨和密封性测试;传动部件的更换;气动部件的清洗或更换。

让调节阀一开始就尽量在最大开度上工作,如90%。这样,汽蚀、冲蚀等破坏发生在阀芯头部上。
随着阀芯破坏,流量增加,相应阀再关一点,这样不断破坏,逐步关闭,使整个阀芯全部充分利用,直到阀芯根部及密封面破坏,不能使用为止。
同时,大开度工作节流间隙大,冲蚀减弱,这比一开始就让阀在中间开度和小开度上工作提高寿命1~5倍以上。如某化工厂采用此法,阀的使用寿命提高了2倍。
减小S,即增大系统除调节阀外的损失,使分配到阀上的压降降低,为保证流量通过调节阀,必然增大调节阀开度,同时,阀上压降减小,使气蚀、冲蚀也减弱。
具体办法有:
阀后设孔板节流消耗压降;
关闭管路上串联的手动阀,至调节阀获得较理想的工作开度为止。
对一开始阀选大处于小开度工作时,采用此法十分简单、方便、有效。
通过把阀的口径减小来增大工作开度。
具体办法有:
换一台小一档口径的阀,如DN32换成DN25;
阀体不变更,更换小阀座直径的阀芯阀座。

把破坏严重的地方转移到次要位置,以保护阀芯阀座的密封面和节流面。
增长节流通道最简单的就是加厚阀座,使阀座孔增长,形成更长的节流通道。
一方面可使流闭型节流后的突然扩大延后,起转移破坏位置,使之远离密封面的作用;另一方面,又增加了节流阻力,减小了压力的恢复程度,使汽蚀减弱。
有的把阀座孔内设计成台阶式、波浪式,就是为了增加阻力,削弱汽蚀。这种方法在引进装置中的高压阀上和将老的阀加以改进时经常使用,也十分有效。
流开型向着开方向流,汽蚀、冲蚀主要作用在密封面上,使阀芯根部和阀芯阀座密封面很快遭受破坏;流闭型向着闭方向流,汽蚀、冲蚀作用在节流之后,阀座密封面以下,保护了密封面和阀芯根部,延长了寿命。
故作流开型使用的阀,当延长寿命的问题较为突出时,只需改变流向即可延长寿命1~2倍。

为抗汽蚀(破坏形状如蜂窝状小点)和冲刷(流线型的小沟),可改用耐汽蚀和冲刷的特殊材料来制造节流件。这种特殊材料有6YC-1、A4钢、司太莱、硬质合金等。
为抗腐蚀,可改用更耐腐蚀,并有一定机械性能、物理性能的材料。这种材料分为非金属材料(如橡胶、四氟、陶瓷等)和金属材料(如蒙乃尔、哈氏合金等)两类。
采取改变阀结构或选用具有更长寿命的阀的办法来达到提高寿命的目的,如选用多级式阀,反汽蚀阀、耐腐蚀阀等。
对两位型调节阀,当动作频率十分频繁时,膜片会很快在作上下折叠中破裂,破坏位置常在托盘圆周。
提高膜片寿命的最简单、最有效的办法是减小行程。减小后的行程值就为1/4dg。如dgl25的阀,其标准行程为60mm,可减小到30mm,缩短了50%。
此外,还可以考虑如下因素:
在满足打开与关闭的条件下尽量减小膜室压力;
提高托盘与膜片贴合处光洁度。