随着我国有色行业的迅猛发展，气动薄膜调节阀由于结构简单、操作方便、使用可靠、防火防爆等特点，广泛应用于氧化铝的生产过程。而作为自动调节系统的重要一环，它的工作状态的好坏将直接影响自动控制过程，本文以自己的工作实践为基础，详细叙述气动薄膜调节阀的工作原理、选型过程、安装及维修。
气动薄膜调节阀
气动执行器由执行机构和调节机构组成。气动执行机构包括：气动薄膜、气动活塞、气动长行程三种执行机构、调节机构为：阀、闸板、调节阀等，有直、角行程 2 种。
工作原理：当 0.2~1kg/cm2 时的信号压力输人薄膜气室中，产生推力使推杆部件移动、弹簧被压缩产生的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡。推杆的移动即是气动薄膜执行机构的行程。正作用式：当薄膜气室的信号压力为零时，推杆部件位于下方，当薄膜气室内输人信号压力时，使推杆部件向下移动;反作用式：当薄膜气室的信号压力为零时，推杆部件位于上方，当薄膜气室内输人信号压力时，使推杆部件向上移动。
流量特性是指阀位开度和流量大小的关系，直接影响调节质量和系统的稳定性，与被调参数和设备对象，工艺流程有关。
1、理想流量特性调节阀两端压差不变时相对流量与相对开度(行程)的关系：Q/Qmax=f×l/L式中，Q 为某一开度时，调节阀的流量及阀杆行程;f 为阀芯系数;Qmax、L 为调节阀全开时的zui大流量及阀杆全行程。理想流量特性取决于阀芯的尺寸，不同的阀芯曲面得到不同的理想流量特性。
2、工作流量特性分析调节阀前后端压差变化情况下得到的流量特性。分为直线特性、对数特点、抛物线特性等。抛物线特性介于直线和对数之间。经计算、分析，直线特性调节阀工作在小开度时调节性强，相对流量变化率过于激烈，不易控制，小干扰大克服容易过头，引起系统振荡，而在大开度时，相对变化率下，调节性能弱，太迟钝，大的干扰不能很快克服;对数特性是指单位开度变化所引起的相对流量变化值与此点相对流量成正比.经计算、分析，对数阀在小开度时放大倍数小，缓和平衡，利于操作控制，而在大开度时放大倍数大，工作能灵敏有效，是zui常用的阀门。
3、 流量特性选择规则工业生产中常用的调节阀如直线、对数、快开特性，一般选取直线、对数特性即可满足工艺调节要求，快开特性适应于二位调节，对于比较难控制和要求较严的对象，从以下几个方面考虑：
a、用调节阀的非线性去补偿过程的非线性，使系统总的增益变化较小，稳定;
b、工艺管道情况，考虑工艺管道阻力情况;
c、适应系统的负荷波动;
d、考虑调节阀的工作条件和使用寿命;
e、调节阀工作特性改善。
3 流量能力 C 值的计算方法和调节阀口径的确定
C 值的定义：我国规定在调节阀前后压差为 1kPa、液体重度为 1kPa3 的情况下，以每小时通过调节阀门的流体 m3数值，表示流通能力 C 值的大小(以氧化铝料浆为例。)
调节阀压差：S=ΔP/(∑ΔPF+ΔP)
式中，ΔP 为调节阀差压;∑ΔPF 为zui大流量时管路阻力降。
C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2
式中，Q、G 为工艺所提供的体积或重量流量;ΔP 为阀门前后压差;r 为重度。
C 值的选取和公称通径 Dg 及阀座直径 dg 的确定，由工艺提供的zui大流量和对应的zui小压差。计算出 Cmax，便可选取合适的阀。
4 气动薄膜调节阀应用实例
沉降工段负责将高压溶出的料浆通过洗涤、沉降槽的作用下，将赤泥沉淀、分离出来。在料浆输送过程中，需要大量的气动调节阀来调节流量。根据现场的工艺环境或计算，气动阀采用了美国 FISHER-ROSEMOUNT 公司生产的气动调节阀，由阀门定位器和调节阀组成。阀门定位器采用了位移式气动阀门定位器，其负反馈闭环系统。见图 1。
图 1 沉降料浆闭环系统
图中 A 为波纹管的有效面积;C 为测量组件的刚度;K 为三级功率放大器的放大倍数;KL 为输人信号传动杠杆比;KF 为反馈信号传动杠杆比;KV/(TVs+1) 是气动调节阀的传递函数，是一个一阶周期环节，KV 为调节的放大系数，与执行机构的薄膜有效面积和弹簧刚度及调节的结构等因素有关;TV 为调节阀的时间常数，也与气室大小等因素有关。
上述负反馈系统中，阀杆输出位移 Y 与输人的调节器压力领信号 P 之间的传递函数：
W(s)=Y/P≈AEKL/CKF
AE、KL、C、KF 一定时，Y 与 P 之间成一一对应的比例关系。也就是说，通过电一气阀门定位器的电气转换，定位器接受来自调节器或控制系统的电流信号(4~20mA)，这个信号改变执行机构气室的压力 P，使阀门的位置达到给定值 Y，从而达到调节的目的。
4.1 调节阀反向动作和流量特性在应用过程中，由于生产需要将一台气关式调节阀改成气开式调节器，在以前就需将阀芯反装，或采用反作用式执行机构。在现场改装比较麻烦，而且需有一定的备品才行。采用阀门定位器后，正作用定位器的输人信号从 20~100kPa 变化时，它的输出信号从 20~100kPa 变为 100~20kPa 即可。具体结构中，用到一个凸轮和两个喷嘴。左喷嘴用以实现正作用，右喷嘴实现反作用。左、右喷嘴与放大器的气路用背压切换板来沟通。调节阀的流量特性可以通过改变反馈凸轮的几何形状来改变。改变反馈凸轮的几何形状能够改变调节阀的反馈量，使定位器的输出特性发生变化，从而修正了流量特性。
4.2 手动机构的配置当气源信号或电信号出现故障时，或者当执行机构的主要元件(膜片、弹黄等)损坏时，就需把自动操作改为手动操作，需转动手轮维持调节阀的调节功能;另一方面，这种机构也可作为调节阀行程的限位器，当信号压力为零时，调节阀不是全开就是全关，如果工艺过程要求调节阀有少量的流量，可利用手轮来达到目的。手轮机构有顶装式和侧装式，顶装式只能为单方向限制行程，如果在选型或安装时，选用侧装式可以根据工艺的要求安在左或右侧实现限位。总之，手动机构可提高调节阀运行的可靠性，特别是调节阀台增设旁路，使用口径较大的调节阀时，使用手轮机构从投资费用或占地面积都很合算。所以自动操作完成正常和执行机构无故障时，由于不使用手动机构，为此经常要加油防锈。
(1)气动调节阀应安装在便于维护、修理的地方。
(2)当选定调节阀的公称通径与工艺管径不同时应加装异接头进行连接。
(3)安装在有振源的场合，应增加防振措施。
(4)安装时，必须使阀体上或法兰上的箭头方向指向介质方向。
(5)安装前，需要认真清洗管道内焊渣和其它杂物，在安装后，应将阀芯处于zui大开度，并对管道和阀再一次清洗，以防杂物卡住和损伤节流件。
气动薄膜调节阀的正确选型、安装、使用、维修，不仅能够提高过程控制的可靠性，而且能够快速解决阀的故障，增加阀的使用寿命对企业的节能降耗有着可观的经济效益。
单座气动薄膜调节阀具有结构紧凑、重量轻、动作灵敏、压降损失小、阀容量大、流量特性精确、维护方便等优点，可用于苛刻的工作条件。单座气动薄膜调节阀是由多弹簧气动薄膜执行机构和低流阻精小型单座调节阀阀体组成，配用的多弹簧执行机构高度低、重量轻、装备简便。
单座气动薄膜调节阀常见故障如下：
一、气源系统故障
1、仪表风线堵塞。由于球阀在仪表分支风线末端有节流作用，风线中赃物在此处易堆积堵塞。致使仪表风压过低，调节阀不能全开全关，甚至调节阀不动作。
2、空气过滤减压阀故障。空气过滤减压阀长时间使用赃物太多，减压阀漏风，减压阀设定输出压力过底，使输出的仪表风压小于规定的压力。致使调节阀动作迟缓，不能全开全关甚至不动作。
3、铜管连接故障。铜管老化漏风，接头连接处松动或赃物堵死铜管使仪表信号风压低致使调节阀不动作，不能全开全关，手动状态阀位不稳定产生调节振荡。
4、仪表风系统故障。空压站异常，装置净化风罐异常，切水不及时使风线结冰，仪表风线漏风或被赃物堵死，造成装置仪表风压过低甚至无风。
5、仪表风支线阀门未开，造成调节阀不动作。常发生于装置大修，改造后开车期间。
二、电源系统故障
1、电源线接线端子处松动，短路，脱落，极性接反故障。由于现场振动，接线不牢造成接线松动或灰尘太多造成接触不良使控制室到达现场的信号时有时无，致使调节阀动作混乱产生调节振荡。由于接线失误，设备进水或受潮等原因使电源线接线处短路从而使调节阀接受到的信号比调节器的信号便低，造成调节阀不能全开全关。脱落及极性接反调节阀不动作。极性接反常发生于安装新表，从新接线，装置大修等情况。
2、电源线中间接头或中间受伤处故障。电源线受环境的振动、外力的拉扯，绝缘胶带失效绝缘性能下降及接头进水高温烘烤等原因使电源线接头松动或似断非断，电源线之间短路或对地短路，接线头或电源线断裂。致使调节阀动作不连续，不能全开全关，不动作。在维修过程中电源线中间接头接反，造成调节阀不动作。
3、调节阀不受调节器控制故障。在装置大修，改造后开车过程中电源线接错或控制室内组态有错误造成调节阀不受调节器控制。
三、电气转换器故障
1、零点、量程不准。由于安装调试不准或现场振动、温度变化等原因使转换器输出信号的零点、量程不准。致使调节阀不能全开全关，泄露量大，限量等现象。在对转换器现场调校中首先应保证转换器信号小表指示准确。平常应对信号小表进行维护。
2、节流孔堵塞。仪表风赃物堵塞节流小孔。致使调节阀不动作。
3、输出不线性。由于转换器中的线圈、部件老化或受现场振动、环境温度的影响，使转换器的输出不线性，致使在对其进行零点、量程调节过程中不能达到要求值，调节阀动作不线性，不能全开全关。
四、阀门定位器故障
<一>、电气阀门定位器
1、零点、量程不准。由于定位器安装过程中调试不准或现场振动、温度变化及调节阀阀杆行程改变，反馈杆位置的改变等原因使调节阀最小开度和最大开度与控制室的信号不一致。致使阀门定位器输出的信号不能使调节阀全开全关，造成泄露量大，限量等现象。在对定位器现场调校中首先应保证调节阀动作良好，反馈系统安装牢固动作良好，然后通过标准信号来进行调整。使调节阀的行程与控制信号一致。
2、节流孔堵塞。赃物堵塞节流孔。使定位器无输出信号，导致调节阀不动作。
3、喷嘴、挡板间有赃物。受现场环境的影响，定位器使用一段时间后会附着一层灰尘，影响喷嘴挡板的背压，从而影响定位器的输出。造成调节阀状态不稳，产生震荡。
4、密封不好。长期使用的定位器各种紧固螺母、密封垫片易发生松动、老化现象，造成定位器漏风。使调节阀不能全开全关，阀位不稳，产生调节振荡。
气动薄膜调节阀具有结构紧凑、重量轻、动作灵敏、流体通道呈～流线型、压降损失少、阀容量大、流量特性精确、拆装方便等优点。广泛应用于精确控制气体、液体、蒸汽等介质，工艺参数如压力、流量、温度、液位保持在给定值。 气动薄膜调节阀的特点有以下9点如下： 1、气动薄膜调节阀的执行机构的输入输出特性呈现线性关系，既输出位移量与输入信号压力之间成线性关系。输出的位移称行程，由行程显示板显示。一些反作用执行机构还在膜盒上部安装阀位显示器，用于显示阀位。国产气动薄膜调节阀执行机构的行程有10mm、16mm、25mm、40mm、60mm和100mm等六种规格。 2、执行机构的膜片有效面积与推力成正比，有效面积越大，执行机构的推力也越大。 3、正、反作用执行机构的结构基本相同，由上膜盖、下膜盖、薄膜膜片、推杆、弹簧、调节件、支架和行程显板等组成。 4、正、反作用执行机构结构的主要区别是反作用执行机构的输入信号在膜盒下部，引出的推杆也在下部，由于薄膜片的良好密封，因此，在阀杆引出处不需要进行密封。 5、可通过调节件的调整，改变弹簧初始力，从而改变执行机构的推力。 6、气动薄膜调节阀可添加自锁装置，实现控制阀的自锁和保位。 7、可添加阀门定位器，实现阀位检测和反馈，提高控制性能。 8、气动薄膜调节阀可添加位移转换装置，使直线位移转换为角位移，用于旋转阀体。 9、气动薄膜调节阀可添加手轮机构，在自动控制失效时采用手轮进行降级操作，提高系统可靠性。 气动薄膜调节阀在运行使用中，会有各种工艺介质流经自动阀，其中有工艺原料的块状物质、蒸汽冲刷来的泥沙、石块、铁屑、铁皮，还有仪表安装和技改中焊接、气割掉入管道的焊渣等。这些异物和阻流物质，对自动阀的正常工作和精度影响较大，久而久之，会形成堵塞、卡死。 现场一般采取如下措施： 1、卡塞 (1)清洗法。这种方法适合用在工艺停车检修时。需要拆卸调节阀清理，去除污垢和异物。值得注意的是，拆卸时，一定要把压缩空气关闭，以免造成不必要的伤害。仪表的密封垫和密封圈可以也同时更换。 (2)利用冲刷法。这种方法在现场使用的较多。当调节阀堵塞时，通常是先询问工艺主任或OCC人员，是否可以反复开关自动阀，利用现有的工艺介质的流动压力来达到冲洗的目的。如现有的介质和工况不适合，也可以在条件满足的情况下，用外来的蒸汽或者有一定压力的水进行冲洗。冲洗时，注意阀门的开度控制在适当位置。 (3)装设过滤器过滤。在工艺管道上装设过滤器也是仪表自动阀维护的常用措施。尤其是工艺上十分重要和口径较小的调节阀多用此方法，可以确保自动阀的开度正常，工况稳定。 2、内漏 调节阀的阀座内进入较小的铁渣和硬物，长期停留不能排出时，其阀垫、密封圈和阀芯都会受到不同程度的破坏，影响调节阀的渗漏能力。特别是对反应釜制氢工艺的高压管线的自动阀，一点点的破坏甚至划痕都会造成内漏，影响安全生产。 (1)研磨。选择相应的粗砂和细砂对自动阀的阀垫和阀芯进行研磨，提高阀垫和阀芯的接触密封面的光滑度和啮合度。若调节阀使用在高压系统，则需对调节阀进行打压试验后，再正常使用。 (2)增强执行机构密封。通过此方法可以保证调节阀的关闭严实，密封可靠。通常采用移动弹簧的工作范围、选用大动力源的执行机构和选取小刚度的弹簧来实现。 3、外漏 调节阀的填料不按期更换，自动阀锁紧装置的螺丝因振动而松动，包括刚检修过后的调节阀底座螺丝没校紧或用力不均匀都会造成调节阀的外漏。可以采用如下办法： (1)更换新填料来增强阀杆的密封，也可以选取密封油脂对阀杆进行密封。 (2)可以适当使用高密封性的金属缠绕垫或者四氟填料，尤其蒸汽调节阀，必须选用金属加石墨的缠绕垫。 (3)采用透镜垫来密封上、下盖，若阀座和阀体的密封是平面密封，建议选用透镜垫密封，效果显著。 4、调节阀控制不稳 导致控制不稳的原因很多，如选型设计不合理，阀门口径选的过小或过大;OCC工艺操作人员使用不当，仪表和工艺参数设置不合理;组态失误而没有进行调试;工艺介质压力增大、流量不稳定等;有时候是这几种因素共同作用导致的结果。 经常采取以下具体方法： (1)选择合适的阀门口径。若考虑到经济性和时间，也可以考虑选用合适的变径来增大或缩小调节阀与工艺管道的连接管径。 (2)对PID值进行合理的设置，并经过实际的调试运行合格后，投入使用。 (3)加强调节阀运动机构的刚度，以缓解调节阀的振动。 (4)调整调节阀的结果类型，避免共振现象的发生。
3.气动薄膜调节阀的九大特点
气动薄膜调节阀的九大特点
4.气动薄膜调节阀现场故障采取措施
气动薄膜调节阀现场故障采取措施
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