仪表调节阀及执行器安装作业指导书.doc

仪表调节阀及执行器安装作业指导书 编制： 审核： 批准： 1　编制依据及适用范围 - 1 - 1.1　编制目的 - 1 - 1.2　编制依据 - 1 - 1.3　适用范围 - 1 - 2　作业内容及流程 - 1 - 2.1　气动执行器 - 2 - 2.2　气动执行机构 - 2 - 2.3　控制机构 - 3 - 2.3.1　调节阀的类型 - 3 - 2.3.2　调节阀的流向 - 4 - 2.3.3　调节阀的流量特性 - 4 - 2.3.4　调节阀的参数 - 6 - 2.3.5　气动薄膜调节阀的作用方式 - 7 - 2.3.6　气动薄膜调节阀的安装 - 8 - 2.3.6.1　安装前的检查 - 8 - 2.3.6.2　安装地点的确定 - 8 - 2.3.6.3　安装注意事项 - 8 - 2.4　电动执行器 - 10 - 2.4.1　电动执行器的类型 - 10 - 2.4.2　电动执行器工作原理 - 10 - 2.4.3　电动执行器的检查与调整 - 11 - 2.4.4　电动执行器的安装 - 13 - 2.5　液动执行器 - 13 - 2.5.1　液动执行机构的结构 - 13 - 2.5.2　液动执行机构的安装 - 13 - 2.5.3　烟道挡板执行机构安装 - 14 - 2.6　电磁阀 - 15 - 2.6.1　电磁阀的工作原理 - 15 - 2.6.2　电磁阀的检查与试验 - 16 - 2.6.3　电磁阀的安装 - 16 - 2.7　气动调节阀的其他附件 - 17 - 2.8　仪表供气系统安装 - 17 - 2.8.1　现场仪表供气 - 18 - 2.8.2　气源管线材质与管径选择 - 18 - 2.8.3　气源管道安装 - 18 - 3　质量保证措施 - 20 - 4　安全措施 - 21 - 调节阀及执行器的安装 1　编制依据及适用范围 1.1　编制目的 为贯彻实施公司质量管理体系，加强机电工程分公司施工质量管理工作，提高管理水平和服务质量，为了使在施工安装时形成规范化、程序化，提高工作效率。依据公司质量管理体系文件和石油化工建设的有关标准规范，特编写机电工程分公司自控专业施工用作业指导书。机电工程分公司自控工程施工的工程主要内容包括仪表单体校验、保护管安装、引压线及伴热线安装、桥架及电缆敷设、现场仪表安装、DCS系统安装及调试、系统联校、报警联锁试验等。 1.2　编制依据 本作业指导书依据有关施工现行规范、仪表工手册及多年施工经验等编制而成。 GB50093-2002 《自动化仪表工程施工及验收规范》 SH/T3521-2007 《石油化工仪表工程施工技术规程》 GB50131-2007 《自动化仪表工程施工质量验收规范》 SY4205-2007 《石油天然气建设工程施工质量验收规范 自动化仪表工程》 GB50484-2008 《石油化工建设工程施工安全技术规范》 GB/T50430-2007 《工程建设施工企业质量管理规范》 《仪表工手册》 乐嘉谦（主编） 1.3　适用范围 本作业指导书适用于中国石油天然气第七建设公司承揽工程中的自控专业中调节阀及执行器的安装施工。 2 作业流程及作业内容 2.1作业流程 执行器是自动控制系统的一个必不可少的重要环节，执行器的作用是接受控制器或手操器发送的控制信号，以其在工艺管路的位置和特性，控制工艺介质的流量，使被控变量稳定在要求范围内。执行器按照调节形式可分为调节型、切断型和调节切断型；执行器按其能源形式可分为电动、气动和液动三种，它们都是通过改变阀芯与阀座之间的流通面积来调节介质流量的。气动执行器按其执行机构形式可分为薄膜式、活塞式和长行程式，电动和液动执行器按执行机构的运动方式分为直行程和角行程两类。气动执行器具有结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、防火防爆等优点，因而在石油化工生产过程中获得广泛的使用。 2.1　气动执行器 气动执行器以压缩空气为动力源，由气动执行机构和控制机构（调节阀）两部分组成。气动薄膜调节阀结构如图-1所示。图-1 气动薄膜调节阀外形图 1—气动执行机构；2—控制阀 图-2 气动薄膜执行机构的作用形式 2.2　气动执行机构 1．气动薄膜执行机构 根据控制器输出信号的大小，产生与信号成比例的位移，其推杆位移一般为直线形式，若通过曲柄杠杆机构，则可转换成角位移形式。 气动薄膜执行机构有正、反两种作用形式，主要由气室、弹性膜片、弹簧和推杆等构成，如图-2所示。正作用是指输入信号P增大时，膜片在P的作用下克服弹簧的反作用力，使推杆向下移动，当弹簧的反作用力与膜片上的作用力相平衡时，推杆稳定在某一位置。反作用是当气室压力P增大时，推杆向上移动。执行机构的行程，即推杆的行程规格有10、16、25、40、60、100mm等。 2．气动活塞式执行机构 无弹簧气动活塞式执行机构主要部件为气缸，气缸内活塞随气缸两侧压差变化而移动，因为没有反力弹簧抵消推力，所以有很大的输出推力，特别适用于大口径、高压差的场合。其输出特性有比例式和两位式两种。比例式是指输入信号压力与推杆位移成比例关系，这种执行机构必须带有阀门定位器。两位式是根据输入活塞两侧的操作压力之差完成的，活塞由高压侧推向低压侧，就使推杆由一个极端位置移动到另一个极端位置。两位式执行机构的行程一般为25～100mm。 3．长行程执行结构 长行程执行机构具有行程长（200～400mm）、转矩大的特点，适用于输出转角和力矩大的场合。它将标准气压信号或电流信号转换成相应的位移或转角。大转矩蝶阀应选用气动长行程执行机构。 2.3　控制机构 控制机构即调节阀，是一个局部阻力可以变化的节流元件，是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置，主要由阀体、上阀盖组件、下阀盖和阀内件组成的。调节阀在执行机构的推力作用下，通过阀杆使阀芯产生位移，改变阀芯与阀座间的流通面积，从而改变被控介质的流量。 2.3.1　调节阀的类型 根据阀芯的动作形式，调节阀可分为直行程式和角行程式两大类。直行程式调节阀有直通单座阀、直通双座阀、角阀、隔膜阀和套筒阀等；角行程式调节阀有蝶阀、V形和O形球阀、偏心旋转阀等。 1．直通单座阀 只有一个阀芯与阀座，适用于要求泄漏量小、流量小，阀前后压差小的场合，不适用于高粘度或含悬浮颗粒物、纤维的流体。 2．直通双座阀 有两个阀芯和阀座，阀芯可正装或反装，改装方便。适用于流量大、阀前后压差较大，对泄漏量要求不严格的场合。不适用于高粘度或含悬浮颗粒流体。 3．角形阀　两上接管呈直角形，一般为底进侧出。适用于现场管道要求直角连接，介质为高粘度或含悬浮物和固体颗粒的场合，高压角形阀适用于高静压、大压差场合。 4．三通阀　有三个出入口与工艺管道相连接，分为分流式和合流式两种。适用于配比控制与旁路控制。 5．蝶阀　适用于大口径、大流量和浓稠浆液及含少量纤维或悬浮颗粒的场所。 6．隔膜阀　适用于强腐蚀、高粘度或含悬浮颗粒及纤维的流体，同时对流量特性要求不高的场合。 7．套筒阀　稳定性好，噪声低，适用于阀前后压差较大和流体洁净的场合。 8．球阀　适用于要求密封严密、高粘度、含纤维、颗粒状和污秽流体场合。一般用于两位式控制。 9．偏心旋转阀　适用于大压差、严密封的场合和粘度大及有悬浮颗粒介质的场合。 10．自力式调节阀　适用于负荷变化小、控制精度要求不高的场合。 2.3.2　调节阀的流向 控制阀的流开、流闭形式与阀芯、阀座的相对位置，流体的流向有关。当流体在调节阀内的流向有助于阀芯朝打开方向移动，称为流开式，当流体在调节阀内的流向有助于阀芯朝关闭方向移动，称为流闭式。调节阀在过程控制中，阀杆的位移除受控于执行机构推杆的推（拉）力，还涉及流体流动对阀芯的推力，流体对阀芯的推力方向与流体流向一致，对单座阀而言，流体的高静压或高压差对阀芯的冲刷和阀门的严密性的影响较大，选用调节阀时应考虑调节阀的结构形式对流体工况条件的适应性。调节阀是流开式还是流闭式，通常以阀芯与阀座之间的相对位置和调节阀阀体上的箭头方向来判断。 球阀、蝶形阀可任选流向，单座阀、小流量阀一般选流开式，冲刷严重的工况，可选用流闭式；角形阀对于高粘度、含固体颗粒介质，要求“自洁”性能好时，应选用流闭式；其他类型的调节阀，如要求“自洁”性好或物料对阀芯冲刷较严重，宜选择流闭式。 2.3.3　调节阀的流量特性 图-3 控制阀的流量特性 1—直线特性；2—对数特性；3—快开特性 调节阀的理想流量特性是指调节阀前后压差一定时的流量特性，只与阀芯形状有关，制造厂标明的流量特性都是理想流量特性，理想流量特性有直线（线性）、对数（等百分比）、快开和抛物线特性四种，但抛物线特性与对数特性较为接近，可用其代替，所以常用的只有线性、对数和快开特性三种，如图17-3所示。线性和对数特性的调节阀应用最为广泛。 调节阀的理想流量特性是调节阀的相对开度与流过阀的相对流量之间的关系，即： （17-1） 式中 Q—调节阀在某一开度下的流量； Qmax—调节阀全开时的流量； l—调节阀在某一开度下阀杆的行程； L—调节阀全开时阀杆行程。 由图-3可知，直线特性在小开度时，流量相对变化值大，调节作用强，易产生振荡；而大开度时，流量相对变化值小，调节作用弱，调节缓慢。对数特性在小开度时，调节缓和平稳；大开度时，调节灵敏。快开特性在开度较小时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快达到最大，此后再增大开度，流量变化很小。 随着调节阀开度的改变，实际工艺管道中流体流量的变化会引起与调节阀串联的工艺管道、阀门、设备的压力损失的相应变化，所以，调节阀前、后的压差也要改变，这样，控制阀的流量特性就与理想流量特性不一样。这种实际工作条件下的流量特性称为调节阀的工作流量特性。它不仅取决于阀芯形状，还取决于与调节阀连接的工艺管道的具体安装情况。 (a) 直线理想特性 （b）等百分比理想特性 图-4 串联管道时阀的工作特性 对于理想流量特性为直线及等百分比流量特性的调节阀，串联管道工作时在不同的S（调节阀全开时阀前后压差与系统总压差之比）值下，工作特性畸变情况如图-4。 当S＝1时，表示管道压力损失为零，系统总压差均在阀上，这时特性与理想特性一致，当S＞0.6时，可以认为特性没有变化。随着S值的减小，管路阻力损失增加，工作特性曲线的上部就向下降落，直线型向快开型畸变，等百分比型向直线型畸变，使得小开度时调节不稳定，大开度时调节迟钝，从而影响控制质量。因此，实际使用时，S值不能太小，通常希望S不低于0.3。 调节阀理想流量特性的选择，不仅要考虑生产负荷的变化，还应依据管路系统的阀阻比S。通常根据控制系统的被控变量和干扰因素选择调节阀的流量特性，当工艺管路的阀阻比S＞0.6时，由于管路系统对控制阀的特性影响不大，可根据实际需要的工作特性选择与其相近的理想特性。当S介于0.3到0.6之间时，通常选择等百分比特性调节阀。 如果调节阀经常在小开度下工作时，宜选用等百分比特性；而用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择快开特性。 如某系统要求在负荷小时，同样的行程变化值下，流量变化小，调节平稳缓和；负荷大时，流量变化大，调节灵敏有效，此时应选等百分比特性的调节阀。 2.3.4　调节阀的参数 1．调节阀的流量系数 流量系数C是调节阀可调能力的性能指标，是选择调节阀口径大小的关键依据。调节阀口径的选择，应在正常生产负荷下适当放宽可调余度。计算流量系数的基本公式是以牛顿流体的伯努利方程为基础推导出来的，流经调节阀的介质应为牛顿流体，对泥浆、胶状液体等非牛顿型流体不适用。流量系数公式为：