電廠控制閥在水處理系統應用
上海申弘閥門有限公司
水處理車間在電廠中一直處在非常重要的位置上，它向全廠提供用水，包括鍋爐給水、熱網用水、各重要輔機冷卻用水、凝汽器用水等等。安陽電廠水處理車間自運行以來，已有十余年的時間，設備出現不同程度的老化，其中表現為突出的是閥門老化、操作不靈活，反饋不能正常反映閥門狀態等一系列問題。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。隨著安陽電廠1、2號機組的新建，水處理車間也進行了改造，首先是控制系統的改造，由原來的西門子公司的PLC控制系統改造成日立DCS控制系統。雖然日立控制系統中已經做好了水處理控制閥門的程序，但是與原有就地閥門電磁閥箱還沒有建立起關系，這段期間運行人員只能在就地操作閥門，無法實現遠方操作，這給運行人員帶來了不小的勞動量。
1.閥門控制的基本結構
運行人員通過操作員站發出控制指令，傳送到數據處理單元，將信號送至就地電磁閥箱，或者直接在電磁閥箱面板上發出開門指令，使電磁閥動作，終使閥門達到運行人員的要求。同時，將閥門的動作狀態反饋給就地電磁閥箱和操作員站。控制閥（Control valve）由兩個主要的組合件構成：閥體組合件和執行機構組合件（或執行機構系統），分為四大系列：單座系列控制閥、雙座系列控制閥、套筒系列控制閥和自力式系列控制閥。四種類型閥門的變種可導致許許多多不同的可應用的結構，每種結構有其特殊的應用、特點、優點和缺點。雖然某些控制閥較其他閥門有較廣的應用工況，但控制閥并不能適用所有的工況，以共同構建增強性能、降低成本的*解決方案。調節閥的閥體種類很多，常用的有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉、蝶形、套筒式、球形等。在具體選擇時，可做如下考慮：
主要根據所選擇的流量特性和不平衡力等因素來考慮。
當流體介質是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥的內部材料要堅硬。
由于介質具有腐蝕性，盡量選擇結構簡單閥門。
當介質的溫度、壓力高且變化大時，應選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。
閃蒸和空化只產生在液體介質。在實際生產過程中，閃蒸和空化會形成振動和噪聲，縮短閥門的使用壽命，因此在選擇閥門時應防止閥門產生閃蒸和空化。
2.改造主要設備
本次改造主要是虛線框里的內容，即對電磁閥箱進行改造。改造后使用的設備主要有：
2.1氣管路
采用的是外徑為10CM的不銹鋼管路。管子在鋪設時的坡度符合要求，管路鋪設整齊、美觀、固定牢固，成排鋪設的管路，其彎頭弧度一致。就地電磁閥箱內管路與導線分開鋪設，并保持一定距離。[2]
2.2空氣過濾減壓閥
采用的是NUMATICS型號為P22BG03GQ的裝置。它能夠調節出口壓力，并保持出口壓力穩定，同時還能夠凈化壓縮空氣。
2.3繼電器
采用的是OMRON的，使用了兩種型號，分別是MY4NJ和MY2NJ，即四對常開接點四對常閉接點和兩對常開接點兩對常閉接點。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關"。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。
2.4電磁閥
采用的是NUMATICS牌子的設備，它也有兩種型號，L12BA452OG00040（單作用）、L12BB452OG00040（雙作用）。通過電磁閥的動作，來改變閥門進氣管路和出氣管路的通斷，從而控制閥門開和關。
2.5反饋裝置
也叫做閥門回信器，型號為ALS10，類型為機械式限位開關。例如，閥門在全開狀態，開反饋裝置接點應該閉合，開反饋回路接通，去反映閥門狀態，該裝置提供的是干接點。
2.6轉換開關
采用的是APT型號為LW39-16B-6KC-202/2裝置，它有三種狀態：遠方操作、就地操作和檢修狀態。
2.7就地/遠方狀態指示燈
采用的是APT型號為AD16-22C，電壓為220V交流，在就地電磁閥箱面板上用來指示控制方式的。
2.8閥門狀態指示燈和按鈕
為組合式的，采用的是APT的裝置。
2.9閥門氣動執行器
采用的是上海雙中自動化儀表有限公司，型號為GTD～110，供氣壓力為0.3至0.7MPa，輸出力矩為111.7至260.5N/M，旋轉角度為0～90°。是用來幫助驅動閥門動作的裝置。
2.10閥門
水處理車間的閥門基本上都是兩位閥門，即非開即關式閥門，只有兩種狀態：全開狀態和全關狀態。本次改造閥門采用的是氣動蝶閥，蝶閥是用隨閥桿轉動的圓形蝶板作啟閉件，以實現啟閉動作的閥門。蝶閥主要作截斷閥使用，主要用于低壓大中口徑管道上。
3.閥門的控制方式
閥門的控制方式有兩種操作方式：就地操作和遠控操作。
3.1就地控制
是指把就地控制箱的切換開關打到“就地"，通過控制電磁閥箱面板上的開關按鈕動作閥門。此時畫面能顯示閥門狀態，遠控被閉鎖，不能從畫面遠方操作該閥門。
3.2遠方控制
是就地電磁閥箱的切換開關切換到“遠方"位置，就可以在畫面上實現遠方操作，遠方操作又分為自動運行和手動運行方式。
3.2.1手動運行方式
所有在遠方狀態的閥門均可以單獨點擊，通過彈出的操作框打開或者關閉閥門。
3.2.2自動運行方式
通常是指在順序控制下進行的，當滿足一定的設定時間或者其他設備狀態，無需單獨手動開關閥門，從而實現自動控制功能。[1]
3.3檢修狀態
當就地電磁閥箱面板上的切換開關打到“檢修"位置時，就地控制電源和遠方控制電源全部失電，也就是無論就地還是遠方都不能對閥門進行操作，防止閥門被操作，同時還能有效的防止檢修人員在工作時發生觸電事故。
4.就地電磁閥箱控制原理
水處理車間閥門控制主要有兩種類型：單作用電磁閥控制和雙作用電磁閥控制。
4.1雙作用電磁閥控制原理
當總電源開關閉合，轉換開關打到遠方控制時，就地電磁閥箱控制面板上的遠方控制指示燈亮，去DCS的自動允許接通，做為實現遠方操作的前提條件。假設閥門為關閉狀態，此時在操作員站發出打開閥門指令，經過開繼電器的一個常閉接點，終使電磁閥一側線圈動作，開門氣路導通，通過氣動執行器作用到閥門上，使閥門轉動90°，處于*打開狀態，此時開反饋接點閉合，開繼電器線圈帶電，開繼電器的常開接點閉合，面板開指示燈亮，為紅色。開繼電器的另一個常開接點閉合，去操作員站指示閥門為全開狀態。而開繼電器的一個常閉接點斷開，防止閥門在全開狀態下，再發開閥門指令。遠方關閉閥門也是相同原理。
將轉換開關打到就地控制，面板上的就地控制指示燈亮，假設閥門處于關閉狀態，按下開門按鈕SA，電磁閥另一側線圈動作，開門氣路導通，閥門*打開，其他與遠方操作相同，手動關閥也是同樣道理，不在贅述。
4.2單作用電磁閥控制原理
工作原理如圖3所示
當總電源開關閉合，轉換開關打到遠方控制時，就地電磁閥箱控制面板上的遠方控制指示燈亮，去DCS的自動允許接通，做為實現遠方操作的前提條件。這與雙作用電磁閥是一樣的。假設閥門為關閉狀態，此時在操作員站發出打開閥門指令，電磁閥帶電，開門氣管路導通，閥門旋轉90°，處于全開狀態。開反饋接點接通，開繼電器帶電，開繼電器常開接點閉合，面板上門的全開指示燈亮（紅色），同時去DCS系統在操作員站上顯示閥門為全開信號。當關閉閥門時，控制回路被斷開，電磁閥失電，在彈簧作用下復位，閥門旋轉90°關閉，把切換開關打到就地控制位置，將轉換開關打到就地控制，面板上的就地控制指示燈亮。單作用的閥門控制，只有一個手動開關和閥門狀態指示燈，假設閥門處于關閉狀態，按下手動開關，電磁閥帶電，閥門打開，指示燈為紅色。當關閉閥門時，在就地電磁閥箱控制面板上再按一下此手動開關，控制回路被斷開，電磁閥失電，閥門關閉，指示燈滅。
4.3兩種控制作用比較
水處理采用的閥門控制之所以采用這兩種方式，是根據設備的重要程度即安全性和經濟性兩方面考慮的。采用雙作用電磁閥控制的閥門都是比較重要的閥門，并且這些閥門平時用的時間也較長，閥門打開或關閉后電磁閥不帶電，此時即使系統失電也不會改變閥門的狀態，比如水處理的各個床的進水門和出水門，可以保證*向機組提供給水，保證機組安全。
對于采用單作用電磁閥控制的閥門，只要閥門處于開狀態，電磁閥就一直帶電，所以它用在不頻繁使用的場合，要求沒有那么高，它的缺點是系統一旦失電，處于全開的閥門會自動關閉。但是單作用的電磁閥要比雙作用的電磁閥便宜。所以，根據對各閥門的不同要求綜合考慮，采用不同的控制方式。
從控制閥應用看，發展方向如下：
小型執行機構：可降低成本，提高流通能力 ．
套筒導向：采用套筒導向，有利于對中，有利于降低摩擦，有利于降噪，有利于流量特性的互換
平衡式閥芯：為降低執行機構推力或推力矩，采用平衡式閥芯是重要的，它對系統的動態性能也有改善
一體化閥芯和閥座：為克服雙座閥密封性差的缺點，采用相同材質的一體化閥芯和閥座組成閥內件，將泄漏量和不平衡力同時減到小 ．
簡單流路：流路簡單，流阻減小，不僅可使閥兩端壓損下降，而且可降低成本。
密封和摩擦：密封性能和摩擦性能是矛盾的兩方面，控制閥設計中不僅要解決密封問題，對摩擦和壽命等性能指標也必須重視 因此，填料函和填料結構的研究得到重視，旋轉型控制閥得到較廣泛應用
降低噪聲：采用多種方式降低控制閥噪聲，例如，采用降噪套筒和閥芯，采用多級閥芯，采用降噪限流板，采用擴展器等
采用與管道同直徑的控制閥和限制流通能力的閥內件:利于降低閥入口壓力和出口流體流速，不需安裝異徑管等附加管件，有利于降低成本，通過更換流通能力大的閥內件，可擴展流通能力，通過選用限制流通能力閥內件可糾正計算口徑過大的錯誤
在數字化信息化時代，將較多采用智能閥門定位器或通過數字控制器等實現非線性規律，補償被控對象非線性，將較少選用控制閥流量特性來補償被控對象非線性
閥內件的材料隨溫度變化，因此，應考慮不同溫度下熱膨脹造成的影響，也要考慮在高溫下耐壓等級的變化等，應考慮材料的耐腐蝕性、抗疲勞性等性能。
5.閥門控制系統檢修方法
當閥門出現故障不能正常動作時，一般常采用以下方式檢查：
（1）檢查系統電源是否正常，檢查電源開關狀態，電壓是否符合要求。
（2）檢查系統氣源是否正常，提供的總氣源一般在6bar左右。如果壓力太低，閥門就無法正常動作。
（3）確認是就地不能操作還是遠方不能操作。然后根據原理圖對相應的控制回路進行檢查。
（4）在控制回路中，每一個設備都可能是一個故障點，包括接線的端子排在內，應進行認真仔細的排查，終找到故障點。
（5）對故障點進行分析，對其進行修理或者更換。
（6）處理后，再次進行驗證，保證閥門確實能正常工作，并恢復安全措施。
控制閥選型的重要性
調節閥是自控系統中的執行器，它的應用質量直接反應在系統的調節品質上。作為過程控制中的終端元件，人們對它的重要性較過去有了更新的認識。調節閥應用的好壞，除產品自身質量、用戶是否正確安裝、使用、維護外，正確地計算、選型十分重要。由于計算選型的失誤，造成系統開開停停，有的甚至無法投用，所以對于用戶及系統設計人員應該認識閥在現場的重要性，必須對調節閥的選型引起足夠的重視。
控制閥選型的原則
1、 根據工藝條件，選擇合適的結構形式和材料。
2、 根據工藝對象的特點，選擇控制閥的流量特性。
3、 根據工藝操作參數，選擇合適的控制閥口徑尺寸。
4、 根據工藝過程的要求，選擇所需要的輔助裝置。
5、 合理選擇執行機構。執行機構的響應速度應能滿足工藝
控制閥在電力行業中種類與選型
1、給水閥主、副鍋爐給水閥、復合型給水調節閥：
控制要求：控制鍋爐進水，維持汽鍋液位與蒸汽流量。
工況要求：鍋爐啟動時閥門壓差可達100-300公斤，流量較小，正常運行時壓差較小，流量大，流量可調比為75:1-100:1。
閥門要求：閥體材質為WCB/WC9，對于雙閥系統中的啟動閥要求抗氣蝕，V級關閉等級，對于復合型給水閥需使用特性化閥內件同時滿足鍋爐啟動與正常運行時的需要。一般閥門選擇為故障關，(需要注意的是一般給水中為消除溶解其中的氧會加入聯胺進行處理，它會對SALITE6號合金或其它的類似合金產生不良反應，所以不使用316 SLITE堆焊的方法處理閥內件，可直接選用416不銹鋼材料)。
2、鍋爐給水泵小流量循環閥：
控制要求：使鍋爐給水泵安全啟動及運行，消除因流量過小、溫升增加、水強烈氣蝕使泵損壞。(老式電站有使用開關型的小流量控制閥，同時還有使用機械式的泵自動循環閥)。
工況情況：壓降達160-350公斤，是電站系統中承受壓差大的閥門，流量一般為正常流量的30%。
閥門要求：抗氣蝕，防堵結構，V級密封等級，泵啟動與停止運行時閥門連續工作，泵正常啟動后次閥門關閥，閥門通常為故障開。
3、高/低加熱器給水加熱器疏水、冷凝水加熱器疏水：
控制要求：控制加熱器中冷凝水的位置，及時將冷凝水排放，即高水位排放，正常水位疏水。
工況情況：介質為飽和水，加熱器之間的控制閥壓差一般為6-30公斤，后一級疏水閥直接連接冷凝器或除氧器。
閥門要求：抗閃蒸沖刷，V或VI級密封等級，閥門通常為故障開。
4、除氧器水位控制閥(DALC)：
控制要求：提供流量保持除氧器正常水位，通過加入蒸汽提高水溫消除溶解在水中的氣體。
工況情況：啟動階段流量較小，壓差較大，正常情況流量大，壓差小，工況類似給水閥。
閥門要求：較低流量時有效抗氣蝕。
5、減溫閥(減溫器)：
控制要求：將高壓水噴射入蒸汽中使蒸汽溫度達到控制要求。
工況情況：介質為水，壓差較大，閥門要求：類型多樣：噴嘴型，輔助霧化型，自我包容型及對夾型。
6、減溫減壓閥(高、低壓旁路閥)：
控制要求：將高溫高壓蒸汽調整到一定溫度壓力的蒸汽;給汽機提供一個旁路通道，鍋爐能夠獨立汽機而工作。
工況情況：高溫高壓蒸汽減溫減壓。
閥門要求：抗熱沖擊，降噪，反應迅速。
選型對附件的要求
在生產過程中，控制系統對閥門提出各式各樣的特殊要求，因此，控制閥必須配用各種附屬裝置(簡稱附件)來滿足生產過程的需要。控制閥的附件包括：
1、閥門定位器用于改善控制閥調節性能的工作特性，實現正確定位；
2、閥位開關顯示閥門的上下限行程的工作位置；
3、氣動保位閥當控制閥的氣源發生故障時，保持閥門處于氣源發生故障前的開度位置；
4、電磁閥實現氣路的電磁切換，保證閥門在電源故障時閥門處于所希望的安全開度位置；
5、手輪機構當控制系統的控制器發生故障時，可切換到手動方式操作閥門；
6、氣動繼動器使執行機構的動作加速，減少傳輸時間；
7、空氣過濾減壓閥用于凈化氣源、調節氣壓；
8、儲氣罐保證當氣源故障時，使無彈簧氣缸活塞執行機構能夠將控制閥動作到故障安全位置。其大小取決于氣缸的大小、閥門動作時間的要求及閥門的工作條件等；
總之，附件的作用就在于使控制閥的功能更*、更合理、更齊全。
6.結束語
通過我廠對水處理車間閥門控制系統的改造，實現了對設備的多種控制方式，減輕了運行人員的勞動強度，為順序控制提供前提條件，為機組的安全運行提供了安全保障。如還需了解更多閥門技術文章，請點擊減壓閥查看。
客服1號