電廠控制閥在水處理系統(tǒng)應(yīng)用

                       電廠控制閥在水處理系統(tǒng)應(yīng)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(wǎng)用水、各重要輔機(jī)冷卻用水、凝汽器用水等等。安陽電廠水處理車間自運(yùn)行以來，已有十余年的時(shí)間，設(shè)備出現(xiàn)不同程度的老化，其中表現(xiàn)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(tài)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(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p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(diào)節(jié)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(jī)組的新建，水處理車間也進(jìn)行了改造，首先是控制系統(tǒng)的改造，由原來的西門子公司的PLC控制系統(tǒng)改造成日立DCS控制系統(tǒng)。雖然日立控制系統(tǒng)中已經(jīng)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(guān)系，這段期間運(yùn)行人員只能在就地操作閥門，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作，這給運(yùn)行人員帶來了不小的勞動量。
1.閥門控制的基本結(jié)構(gòu)
運(yùn)行人員通過操作員站發(fā)出控制指令，傳送到數(shù)據(jù)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(fā)出開門指令，使電磁閥動作，終使閥門達(dá)到運(yùn)行人員的要求。同時(shí)，將閥門的動作狀態(tài)反饋給就地電磁閥箱和操作員站。控制閥（Control valve）由兩個(gè)主要的組合件構(gòu)成：閥體組合件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合件（或執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)），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(dǎo)致許許多多不同的可應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)有其特殊的應(yīng)用、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。雖然某些控制閥較其他閥門有較廣的應(yīng)用工況，但控制閥并不能適用所有的工況，以共同構(gòu)建增強(qiáng)性能、降低成本的*解決方案。調(diào)節(jié)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(zhuǎn)、蝶形、套筒式、球形等。在具體選擇時(shí)，可做如下考慮：
主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素來考慮。
當(dāng)流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時(shí)，閥的內(nèi)部材料要堅(jiān)硬。
由于介質(zhì)具有腐蝕性，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單閥門。
當(dāng)介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時(shí)，應(yīng)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(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實(shí)際生產(chǎn)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(shí)應(yīng)防止閥門產(chǎn)生閃蒸和空化。
2.改造主要設(shè)備
本次改造主要是虛線框里的內(nèi)容，即對電磁閥箱進(jìn)行改造。改造后使用的設(shè)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(shè)時(shí)的坡度符合要求，管路鋪設(shè)整齊、美觀、固定牢固，成排鋪設(shè)的管路，其彎頭弧度一致。就地電磁閥箱內(nèi)管路與導(dǎo)線分開鋪設(shè)，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(diào)節(jié)出口壓力，并保持出口壓力穩(wěn)定，同時(shí)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(diǎn)四對常閉接點(diǎn)和兩對常開接點(diǎn)兩對常閉接點(diǎn)。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)"。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。
2.4電磁閥
采用的是NUMATICS牌子的設(shè)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(jìn)氣管路和出氣管路的通斷，從而控制閥門開和關(guān)。
2.5反饋裝置
也叫做閥門回信器，型號為ALS10，類型為機(jī)械式限位開關(guān)。例如，閥門在全開狀態(tài)，開反饋裝置接點(diǎn)應(yīng)該閉合，開反饋回路接通，去反映閥門狀態(tài)，該裝置提供的是干接點(diǎn)。
2.6轉(zhuǎn)換開關(guān)
采用的是APT型號為LW39-16B-6KC-202/2裝置，它有三種狀態(tài)：遠(yuǎn)方操作、就地操作和檢修狀態(tài)。
2.7就地/遠(yuǎn)方狀態(tài)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(tài)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(zhí)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(zhuǎn)角度為0～90°。是用來幫助驅(qū)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(guān)式閥門，只有兩種狀態(tài)：全開狀態(tài)和全關(guān)狀態(tài)。本次改造閥門采用的是氣動蝶閥，蝶閥是用隨閥桿轉(zhuǎn)動的圓形蝶板作啟閉件，以實(shí)現(xiàn)啟閉動作的閥門。蝶閥主要作截?cái)嚅y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(yuǎn)控操作。
3.1就地控制
是指把就地控制箱的切換開關(guān)打到“就地"，通過控制電磁閥箱面板上的開關(guān)按鈕動作閥門。此時(shí)畫面能顯示閥門狀態(tài)，遠(yuǎn)控被閉鎖，不能從畫面遠(yuǎn)方操作該閥門。
3.2遠(yuǎn)方控制
是就地電磁閥箱的切換開關(guān)切換到“遠(yuǎn)方"位置，就可以在畫面上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作，遠(yuǎn)方操作又分為自動運(yùn)行和手動運(yùn)行方式。
3.2.1手動運(yùn)行方式
所有在遠(yuǎn)方狀態(tài)的閥門均可以單獨(dú)點(diǎn)擊，通過彈出的操作框打開或者關(guān)閉閥門。
3.2.2自動運(yùn)行方式
通常是指在順序控制下進(jìn)行的，當(dāng)滿足一定的設(shè)定時(shí)間或者其他設(shè)備狀態(tài)，無需單獨(dú)手動開關(guān)閥門，從而實(shí)現(xiàn)自動控制功能。[1]
3.3檢修狀態(tài)
當(dāng)就地電磁閥箱面板上的切換開關(guān)打到“檢修"位置時(shí)，就地控制電源和遠(yuǎn)方控制電源全部失電，也就是無論就地還是遠(yuǎn)方都不能對閥門進(jìn)行操作，防止閥門被操作，同時(shí)還能有效的防止檢修人員在工作時(shí)發(fā)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(dāng)總電源開關(guān)閉合，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到遠(yuǎn)方控制時(shí)，就地電磁閥箱控制面板上的遠(yuǎn)方控制指示燈亮，去DCS的自動允許接通，做為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作的前提條件。假設(shè)閥門為關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)在操作員站發(fā)出打開閥門指令，經(jīng)過開繼電器的一個(gè)常閉接點(diǎn)，終使電磁閥一側(cè)線圈動作，開門氣路導(dǎo)通，通過氣動執(zhí)行器作用到閥門上，使閥門轉(zhuǎn)動90°，處于*打開狀態(tài)，此時(shí)開反饋接點(diǎn)閉合，開繼電器線圈帶電，開繼電器的常開接點(diǎn)閉合，面板開指示燈亮，為紅色。開繼電器的另一個(gè)常開接點(diǎn)閉合，去操作員站指示閥門為全開狀態(tài)。而開繼電器的一個(gè)常閉接點(diǎn)斷開，防止閥門在全開狀態(tài)下，再發(fā)開閥門指令。遠(yuǎn)方關(guān)閉閥門也是相同原理。
將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到就地控制，面板上的就地控制指示燈亮，假設(shè)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，按下開門按鈕SA，電磁閥另一側(cè)線圈動作，開門氣路導(dǎo)通，閥門*打開，其他與遠(yuǎn)方操作相同，手動關(guān)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(dāng)總電源開關(guān)閉合，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到遠(yuǎn)方控制時(shí)，就地電磁閥箱控制面板上的遠(yuǎn)方控制指示燈亮，去DCS的自動允許接通，做為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作的前提條件。這與雙作用電磁閥是一樣的。假設(shè)閥門為關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)在操作員站發(fā)出打開閥門指令，電磁閥帶電，開門氣管路導(dǎo)通，閥門旋轉(zhuǎn)90°，處于全開狀態(tài)。開反饋接點(diǎn)接通，開繼電器帶電，開繼電器常開接點(diǎn)閉合，面板上門的全開指示燈亮（紅色），同時(shí)去DCS系統(tǒng)在操作員站上顯示閥門為全開信號。當(dāng)關(guān)閉閥門時(shí)，控制回路被斷開，電磁閥失電，在彈簧作用下復(fù)位，閥門旋轉(zhuǎn)90°關(guān)閉，把切換開關(guān)打到就地控制位置，將轉(zhuǎn)換開關(guān)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(gè)手動開關(guān)和閥門狀態(tài)指示燈，假設(shè)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，按下手動開關(guān)，電磁閥帶電，閥門打開，指示燈為紅色。當(dāng)關(guān)閉閥門時(shí)，在就地電磁閥箱控制面板上再按一下此手動開關(guān)，控制回路被斷開，電磁閥失電，閥門關(guān)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(jù)設(shè)備的重要程度即安全性和經(jīng)濟(jì)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(shí)用的時(shí)間也較長，閥門打開或關(guān)閉后電磁閥不帶電，此時(shí)即使系統(tǒng)失電也不會改變閥門的狀態(tài)，比如水處理的各個(gè)床的進(jìn)水門和出水門，可以保證*向機(jī)組提供給水，保證機(jī)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(tài)，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(diǎn)是系統(tǒng)一旦失電，處于全開的閥門會自動關(guān)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(jù)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(yīng)用看，發(fā)展方向如下：
小型執(zhí)行機(jī)構(gòu)：可降低成本，提高流通能力 ．
套筒導(dǎo)向：采用套筒導(dǎo)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(zhí)行機(jī)構(gòu)推力或推力矩，采用平衡式閥芯是重要的，它對系統(tǒng)的動態(tài)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(diǎn)，采用相同材質(zhì)的一體化閥芯和閥座組成閥內(nèi)件，將泄漏量和不平衡力同時(shí)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(shè)計(jì)中不僅要解決密封問題，對摩擦和壽命等性能指標(biāo)也必須重視 因此，填料函和填料結(jié)構(gòu)的研究得到重視，旋轉(zhuǎn)型控制閥得到較廣泛應(yīng)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(kuò)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(nèi)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(nèi)件，可擴(kuò)展流通能力，通過選用限制流通能力閥內(nèi)件可糾正計(jì)算口徑過大的錯(cuò)誤
在數(shù)字化信息化時(shí)代，將較多采用智能閥門定位器或通過數(shù)字控制器等實(shí)現(xiàn)非線性規(guī)律，補(bǔ)償被控對象非線性，將較少選用控制閥流量特性來補(bǔ)償被控對象非線性
閥內(nèi)件的材料隨溫度變化，因此，應(yīng)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(yīng)考慮材料的耐腐蝕性、抗疲勞性等性能。
5.閥門控制系統(tǒng)檢修方法
當(dāng)閥門出現(xiàn)故障不能正常動作時(shí)，一般常采用以下方式檢查：
（1）檢查系統(tǒng)電源是否正常，檢查電源開關(guān)狀態(tài)，電壓是否符合要求。
（2）檢查系統(tǒng)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(rèn)是就地不能操作還是遠(yuǎn)方不能操作。然后根據(jù)原理圖對相應(yīng)的控制回路進(jìn)行檢查。
（4）在控制回路中，每一個(gè)設(shè)備都可能是一個(gè)故障點(diǎn)，包括接線的端子排在內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的排查，終找到故障點(diǎn)。
（5）對故障點(diǎn)進(jìn)行分析，對其進(jìn)行修理或者更換。
（6）處理后，再次進(jìn)行驗(yàn)證，保證閥門確實(shí)能正常工作，并恢復(fù)安全措施。
控制閥選型的重要性

調(diào)節(jié)閥是自控系統(tǒng)中的執(zhí)行器，它的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)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(rèn)識。調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞，除產(chǎn)品自身質(zhì)量、用戶是否正確安裝、使用、維護(hù)外，正確地計(jì)算、選型十分重要。由于計(jì)算選型的失誤，造成系統(tǒng)開開停停，有的甚至無法投用，所以對于用戶及系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該認(rèn)識閥在現(xiàn)場的重要性，必須對調(diào)節(jié)閥的選型引起足夠的重視。
控制閥選型的原則

1、 根據(jù)工藝條件，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料。
2、 根據(jù)工藝對象的特點(diǎn)，選擇控制閥的流量特性。
3、 根據(jù)工藝操作參數(shù)，選擇合適的控制閥口徑尺寸。
4、 根據(jù)工藝過程的要求，選擇所需要的輔助裝置。
5、 合理選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度應(yīng)能滿足工藝
控制閥在電力行業(yè)中種類與選型

1、給水閥主、副鍋爐給水閥、復(fù)合型給水調(diào)節(jié)閥：
控制要求：控制鍋爐進(jìn)水，維持汽鍋液位與蒸汽流量。
工況要求：鍋爐啟動時(shí)閥門壓差可達(dá)100-300公斤，流量較小，正常運(yùn)行時(shí)壓差較小，流量大，流量可調(diào)比為75:1-100:1。
閥門要求：閥體材質(zhì)為WCB/WC9，對于雙閥系統(tǒng)中的啟動閥要求抗氣蝕，V級關(guān)閉等級，對于復(fù)合型給水閥需使用特性化閥內(nèi)件同時(shí)滿足鍋爐啟動與正常運(yùn)行時(shí)的需要。一般閥門選擇為故障關(guān)，(需要注意的是一般給水中為消除溶解其中的氧會加入聯(lián)胺進(jìn)行處理，它會對SALITE6號合金或其它的類似合金產(chǎn)生不良反應(yīng)，所以不使用316 SLITE堆焊的方法處理閥內(nèi)件，可直接選用416不銹鋼材料)。
2、鍋爐給水泵小流量循環(huán)閥：
控制要求：使鍋爐給水泵安全啟動及運(yùn)行，消除因流量過小、溫升增加、水強(qiáng)烈氣蝕使泵損壞。(老式電站有使用開關(guān)型的小流量控制閥，同時(shí)還有使用機(jī)械式的泵自動循環(huán)閥)。
工況情況：壓降達(dá)160-350公斤，是電站系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，V級密封等級，泵啟動與停止運(yùn)行時(shí)閥門連續(xù)工作，泵正常啟動后次閥門關(guān)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(shí)將冷凝水排放，即高水位排放，正常水位疏水。
工況情況：介質(zhì)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(shí)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(dá)到控制要求。
工況情況：介質(zhì)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(diào)整到一定溫度壓力的蒸汽;給汽機(jī)提供一個(gè)旁路通道，鍋爐能夠獨(dú)立汽機(jī)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(yīng)迅速。
選型對附件的要求

在生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)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(chǎn)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(diào)節(jié)性能的工作特性，實(shí)現(xiàn)正確定位；
2、閥位開關(guān)顯示閥門的上下限行程的工作位置；
3、氣動保位閥當(dāng)控制閥的氣源發(fā)生故障時(shí)，保持閥門處于氣源發(fā)生故障前的開度位置；
4、電磁閥實(shí)現(xiàn)氣路的電磁切換，保證閥門在電源故障時(shí)閥門處于所希望的安全開度位置；
5、手輪機(jī)構(gòu)當(dāng)控制系統(tǒng)的控制器發(fā)生故障時(shí)，可切換到手動方式操作閥門；
6、氣動繼動器使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作加速，減少傳輸時(shí)間；
7、空氣過濾減壓閥用于凈化氣源、調(diào)節(jié)氣壓；
8、儲氣罐保證當(dāng)氣源故障時(shí)，使無彈簧氣缸活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠?qū)⒖刂崎y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(shí)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完善、更合理、更齊全。
6.結(jié)束語
通過我廠對水處理車間閥門控制系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備的多種控制方式，減輕了運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，為順序控制提供前提條件，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供了安全保障。如還需了解更多閥門技術(shù)文章，請點(diǎn)擊減壓閥查看。