调节阀的安装和调试
引言
随着科学技术的进步，生产过程自动化中用来控制流体流量的调节阀已普遍应用于各个行业。对于热力、化工控制系统，作为最终控制过程介质各项质量及安全生产指标的调节阀，在稳定生产、优化控制、维护及检修成本控制等方面起着举足轻重的作用。在调节阀的应用中，计算与选型是前提，安装与调试是关键，使用与维护是目的。调节阀如果安装不当，或者调试不好，就起不到调节的作用，甚至会成为系统的累赘。
1、调节阀的安装
1.1 安装的基本原则
调节阀的安装应遵循国家有关标准，按照设计图纸和设计文件的规定严格执行。例如，建筑安装工程质量检验评定标准、工业自动化仪表施工及验收规范、电气设备安装工程施工及验收规范等；安装所需的设备、辅助设备及主要材料应符合现行国家标准的有关规定。
1.2 安装前的检验
调节阀及附件从出厂到安装前，在运输途中受到运输工具所激发的随机振动和装卸时受到的各种冲击，以及在运输和储存过程中，环境的温度、湿度等变化，这些都可能造成调节阀及附件的性能发生变化。因此，有必要在安装前进行部分性能的检验。
调节阀安装前的检验主要包括下列内容：外观、静态特性、泄漏量、空载全行程时间、耐压强度、绝缘性能、气密性和密封性等，其中前5项为必检项目。当然，对检验的场所也有一定的要求。例如：环境温度要求在10～35℃；空气相对湿度不大于75％；场地有足够的空间，且光线充足或有照明条件；周围不能有剧烈的振源和强磁场干扰；电源、气源符合要求等。
1.3 安装注意事项
调节阀的安装，必须确保安全性，确保使用性能，易于操作和维护，节约安装费用。下面就针对这四点谈一谈安装时需要注意的具体问题。
1.3.1 确保安全性
1）防止泄漏
安装过程不允许调节阀产生泄漏。在使用过程中，如果在填料涵、法兰垫片等部位形成缝隙或微孔就可能产生泄漏。如果流体介质的操作条件苛刻，比如高温、高压、流体有腐蚀性，那么损坏将加剧，泄漏的危险性就更大。防止泄漏的方法很多，在安装过程中，填料的选择、密封方法的选择、选用密封性能好的调节阀等，都是必须考虑的因素。
2）安装放泄阀
任何一个管路设计和安装，在切断时都不可避免地积有高压流体，如果积聚流体的潜在能量很大，应在调节阀的两侧安装放泄阀，这样，在系统切断之后，调节阀中残留的高压流体的能量能得到释放，保护人员安全，有利于调节阀的维修，也可以考虑选用能限制流量的放泄阀。
3）安全的管线
在安装调节阀前，全部安装管件和管线都要吹扫干净，因为管线中的砂粒、水垢、铁屑等会损坏调节阀内表面，尤其是要求严格的密封面。当系统压力波动严重时，建议在管线上安装缓冲设施。如果被排放的流体是有害气体或液体，那么排放流体用的管线必须连接到安全地点，也可以连接到安全的特定容器中，这样可以保护人员不受伤害，同时也不会对环境造成污染。
1.3.2 确保使用性能
安装调节阀时，要尽量保证其性能不受影响。这种影响会破坏调节阀选择时所考虑的各种因素。
1）调节阀上、下游切断阀和旁路阀的安装
上、下游切断阀与调节阀之间的直管段长度应考虑管路阻力和对流体流动状态的影响。直管段长度长，有利于流体经切断阀后的稳定，可使流体流动平稳，减少紊流影响，降低噪声；直管段长度短，流体经切断阀后还未稳定就进入调节阀，使噪声增大，但直管段长度短有利于降低管路阻力，提高调节阀两端压降，使流量特性的畸变减小，有利于控制系统的稳定运行。因此，应权衡利弊，综合考虑。按照经验，通常上游侧应有10D～20D的直管段，下游侧有3D～5D的直管段（D为管道直径），必要时应设置整流装置。
调节阀拆卸维修时，可用旁路阀对生产过程进行操作。当被控流量过大，用调节阀无法正常调节时，作为应急措施，也可用旁路阀作为调节阀的并行连接方案，对过程进行控制。为降低成本，大口径调节阀安装手轮执行机构，可代替旁路阀进行操作。旁 路阀的安装应便于操作，它与调节阀及上、下游切断阀一起组成调节阀组。因此，安装调节阀时应与切断阀和旁路阀配套考虑，并同时完成施工安装。旁路阀公称直径与管道公称直径相同，耐压等级也与工艺耐压等级一致。
2）泄放阀、放空阀、排污阀的安装
为便于调节阀拆卸，在拆卸前必须进行阀前和阀后压力的泄放，泄放阀应安装在调节阀与上、下游切断阀之间。放空阀和排污阀用于排放流体中夹带的不凝气体和冷凝液，假若安装时被控流体是气体或蒸汽时，为便于冷凝液的排放，排污阀宜安装在调节阀组的最低处；而被控流体是液体时，为便于不凝气体的排放，放空阀宜安装在调节阀组的最高处。
3）调节阀与管道的连接
调节阀与管道的连接方式有螺纹连接、法兰连接和焊接连接等区别。螺纹连接方式用于小口径调节阀的安装，必须同时安装可拆卸的活动连接件；法兰连接方式有普通式法兰连接和夹持式连接两种，管道连接法兰的公称直径应与调节阀的通径一致，耐压等级也应与调节阀的耐压等级一致，法兰面与管道轴线的垂直度允许偏差为l°；尽量避免采用焊接连接方式。调节阀连接时，不应使连接管道内部出现新的凸出物，例如，密封垫、焊接缝等不应在管道内凸出。同时，应注意调节阀内流体的流向应与阀体上标注的箭头方向一致，特殊情况下可不受此限制。
4）执行机构的安装
通常，执行机构与调节阀阀体直接连接，但液动执行机构、长行程执行机构等与调节阀阀体分开时，安装执行机构时应注意执行机构的连杆和机械活动部件应灵活，无松动或卡扭等现象；连杆长度合适，保证在全行程范围内动作稳定、灵活可靠；手轮执行机构有侧装和顶装两种，安装时应留有操作空间，手轮操作应灵活，没有卡死或扭转现象，有手轮转动方向与阀开度关系的标注，限位装置应调整合适，起到保护作用；液动执行机构应低于控制器安装，如果必须高于控制器安装时，其高度差应不超过1.0m，并且应在管路集气处安装排气阀，靠近控制器处安装自动切断阀。
5）阀门定位器的安装
阀门定位器的阀位检测装置与调节阀阀杆或阀轴直接连接，因此，安装时应保证反馈信号能够正确、及时地反映阀位信号和变化。通常，阀门定位器与调节阀配套供应，由制造厂完成两者的连接。当生产过程控制需要添加阀门定位器时，应保证阀门定位器阀位检测装置动作的正确、可靠和灵活，反馈杆支点的机械间隙应尽量小，阀门定位器的信号管线应正确连接，气源管线和输出管线、输入管线应标记；阀门定位器的阀位显示信号应有利于操作和维护人员观测。
6）其他附件的安装
其他附件包括阀位传感器、电磁阀、限位开关、继动器、电气转换器等，安装应符合产品说明书有关规定。
7）球形阀和所有的直行程调节阀都要尽可能垂直安装，即执行机构安装在调节阀的上方，因为在垂直安装的情况下，执行机构在调节阀的正上方，此时的安装位置关系最容易保证上阀盖连接件的弯曲位移和受到的应力最小，导向件的变形量也最小。要尽可能避免水平安装，当然在垂直管道上安装调节阀时则不可避免，这时就一定要考虑执行机构的自重、系统振动和热膨胀等影响，可以考虑添加吊杆或支撑来消除影响。
8）角行程调节阀的安装，如球阀和蝶阀，阀轴水平安装比较理想，这样可以防止管道低处流体所含污物进入阀轴的转动轴承，同时调节阀打开方向要有利于排开流体中的固体颗粒，即蝶阀的阀板和球阀的球芯转动时应该从底部向上转动。
1.3.3 易于操作和维护
调节阀的安装位置要考虑人员操作的方便性。操作人员要能看到指示器的显示数据，能看到储罐的玻璃液位计，并能手动调节液位，能看到管道的压力表或阀杆的位移刻度，能用某些参数指示器来预估参数变化等。除此之外，还必须考虑到调节阀在现场维修和日常拆卸的可能性，维修费用的高低在很大程度上取决于人员接近调节阀的方便程度。尤其是安装位置高的调节阀，更应该考虑这一点。当然，方便操作固然重要，但也要考虑到日后维护的可能性。
1）如果需要拆卸带有阀杆和阀芯的顶部组件，调节阀的上方应留有足够的空间；如果需要拆卸底部法兰和阀杆、阀芯的部件，调节阀的底部应留有一定的空间；如果需要拆卸调节阀附件，如手轮、阀门定位器、保位阀等，调节阀的侧面应留有相应的空间。根 据经验，拆卸用的空间，通常调节阀顶部与上方障碍物之间最小距离为450mm，调节阀底部与下方障碍物之间最小最距离为500mm，侧面最小距离为350 mm。
2）为了拆卸阀体法兰上的螺栓，在设计用大小头连接调节阀入口和出口配管时必须考虑这一间隙尺寸。比如大口径调节阀，或者是安装在高空的调节阀，否则，维修时拆卸调节阀将非常困难。
1.3.4 节约安装费用
在设计和安装调节阀时，都力求在保证满足使用要求的同时使成本最低，这时必须考虑调节阀、管件和管线、辅助设备三个方面。后两项都是为了实现调节阀的功能，我们要力求这两项最省，当然，这主要在数量和规格上下功夫。在安装中，约有20%~30%的费用是这两项产生的。例如，为了适应设备连续生产的需要，许多工业系统都安装有切断阀和旁路阀，切断阀用来隔断调节阀，维修时需要用到旁路阀，多增加一个切断阀或旁路阀，就要增加相应的连接管线，这些都会增加费用；而有的配管方案，只需一个切断阀就能起到维修时隔断调节阀的全部作用，这样的配管方案会节约一些安装费用。
2、调节阀的调试
仪表设备在安装过程中受到搬运或装配引起的机械应力的作用，会使其性能发生变化，一般来说，这种影响比较小。但为了可靠起见，调节阀安装后，在生产开车前应进行现场调试，分线路调试和系统调试两个步骤。
2.1 线路调试
线路调试用于检查连接调节阀的信号线路、气源管线或液压管线的连接是否正确。
1）调节阀输入信号的连接
通常，与阀门定位器一起检查。调节阀输入信号来自控制器，从控制器输出一个起点信号，检查调节阀是否在起点位置；输出一个终点信号，检查调节阀是否在终点位置。为此，应检查供气气源压力、过滤减压器工作、液压系统供给的油压、供电是否正常，输出信号是否正确等，并在测量范围内至少取5点检查输入信号与阀位之间是否满足所需关系。应检查气开、气关的作用方式是否正确，是否满足生产过程的工艺要求。
2）调节阀输出信号的连接
调节阀输出信号是阀位信号，可以是模拟量信号或数字量信号。应在检查调节阀输入信号的同时，检查阀位信号是否正确。采用HART或智能电气阀门定位器时，应检查阀位状态信息能否正确传输。调节阀全行程运行过程中应注意阀芯和阀座是否有机械振动和异常噪音。
3）手轮机构调试
检查手轮机构能否正确转动和动作，限位和锁定装置是否好用。
4）当出现偏差超过允许偏差极限时，应进行相应的调试。例如，改变阀位开关的位置，检查接线或管路是否有泄漏等。
2.2 系统调试
调节阀是控制系统的终端执行元件，运行前需进行系统调试。系统调试工作应与工艺操作配合进行。
1）负反馈调试
控制系统应满足负反馈要求，应将控制器、检测变送单元、调节阀(包括阀门定位器)和被控对象一起考虑，并设置控制器的正、反作用。负反馈准则是控制系统开环总增益为正。设置好控制器正、反作用后，可在控制器测量端模拟输入信号，使其增加或减小，观测控制器输出变化是否符合作用方式的要求，并检查调节阀的动作方向是否正确，是否能够使被控变量向减小方向变化。
2）调节阀压降的检查
调节阀压降检查在进行清水模拟调试时进行。在调节阀全行程运行过程中，检查调节阀两端压降的变化，是否有空化或闪蒸现象发生，流量变化情况如何，是否符合当初设计的流量特性等。
3）响应时间的检查
一些控制系统对调节阀的响应时间有严格要求，这时应检查调节阀的响应时间。在控制器输出信号改变时开始计时，到调节阀阀位到达最终稳态位置的63％所需的时间即为响应时间，其时间应满足工艺生产过程的操作要求。
3、结论
调节阀安装和调试具有一定的技巧，上面只是作者在日常工 作中摸索出来的一些基础性经验。当然，调节阀有气动调节阀和电动调节阀之分，它们在安装时会有不同的侧重点，这需要广大的专业技术人员在长期的实践工作中不断总结，不断提高。随着企业全面走向市场，企业生产经营管理将进一步深化，系统调节越显重要。我们在选好调节阀后，如何正确安装和调试就成了一个关键的问题。因此，自动化仪表专业人员在具备一定的专业知识的前提下，需要掌握一定的安装技巧和方法，使调节阀发挥重要作用。
