1 引言
在焦化廠的焦炭煉制過程中，爐內(nèi)溫度和壓力都是比較關(guān)鍵的因素。爐壓一般是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動調(diào)節(jié)閥來控制，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)在煉焦過程中根據(jù)爐膛壓力變化來控制閥門開度。
鐵雄能源焦化廠的焦?fàn)t調(diào)節(jié)閥之前采用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)控制，但因為：工作環(huán)境為室外，周圍工作溫度為90左右，對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)來說環(huán)境溫度過高；現(xiàn)選用的國產(chǎn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，很難滿足動作過于頻繁的要求；由于電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)全開全關(guān)時間為30s，無法滿足現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥全開全關(guān)的時間控制最短5s的要求。由此需要進(jìn)行設(shè)備改造，要求改造的設(shè)備滿足現(xiàn)場的以上要求。
2 技改方案
調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥門和其他附件等組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)起驅(qū)動作用，閥起調(diào)節(jié)作用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按利用的能源分為3大類：電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)[1]。針對現(xiàn)場控制要求，采用電動控制顯然滿足不了。目前國內(nèi)外1000Nm左右快開快關(guān)型的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)最快做到10s，而且需要特殊定做，價格也偏高。如果采用氣動控制，其最大的優(yōu)點就是能實現(xiàn)快速控制，而且成本較低。于是計劃棄用電動控制采用氣動控制，即采用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套電氣定位器的控制方案。
氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是快速動作的機(jī)構(gòu)。壓縮空氣作為動力源，能在較短的時間內(nèi)，迅速充滿整個容積并達(dá)到系統(tǒng)工作壓力。通常這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變速的，工作周期的變化在百分之幾秒到幾分鐘之間，并按控制信號作無級變速。當(dāng)使用壓縮空氣作為動力時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)把控制信號（氣動或電動）變成位移。如圖1所示，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶有閥門定位器時，氣動信號送入閥門定位器；當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不帶閥門定位器時，控制信號（0.02～0.1MPa）直接送入調(diào)節(jié)閥。

氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)加電氣定位器的系統(tǒng)控制原理如圖2所示。系統(tǒng)在正常情況下采用電氣定位器5進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，當(dāng)氣源壓力消失或減少到預(yù)定值時，儲氣罐3的壓力可補(bǔ)償系統(tǒng)的壓降。由氣動控制閥4控制的氣路會自動切換到氣罐氣路，這樣就可以利用氣罐的壓力來短期維持整個系統(tǒng)的運(yùn)行。要求現(xiàn)場能提供不小于5kg的潔凈儀表氣源壓力，現(xiàn)場實際提供的壓力為10kg，能滿足控制要求。

3 具體選型
3.1 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)
實際選用氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的齒輪齒條式。根據(jù)負(fù)載要求，選擇雙作用式的，其動作較單作用式的也更加靈活平穩(wěn)。在對雙作用氣動執(zhí)行器進(jìn)行選型時，根據(jù)需要的扭矩值，再增加10%的安全值，然后根據(jù)氣源工作壓力查找扭矩表。根據(jù)現(xiàn)場閥門開關(guān)實際需要的扭矩，查產(chǎn)品選型表后確定為GEX19090（可在500kPa時提供最大986Nm的扭矩）。
3.2 電氣閥門定位器
閥門定位器能夠增大調(diào)節(jié)閥的輸出功率，減少調(diào)節(jié)信號的傳遞滯后，加快閥桿的移動速度，能夠提高閥門的線性度，克服閥桿的摩擦力，并消除不平衡力的影響，從而保證調(diào)節(jié)閥的正確定位。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，檢測和調(diào)節(jié)儀表經(jīng)常采用電動儀表，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)又要求采用氣動儀表。這是因為電動儀表信號結(jié)構(gòu)快、靈敏度高，而氣動調(diào)節(jié)閥則結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，而且防爆[2]。在這種系統(tǒng)中，必須有電氣轉(zhuǎn)換器。為保證閥門的定位作用，還要安裝電氣閥門定位器。電氣閥門定位器的主要功能是從控制器接收4~20mA直流電信號，轉(zhuǎn)換成輸出氣壓信號，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作。它能夠起到電氣轉(zhuǎn)換器和氣動閥門定位器兩種作用，同時根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移行程進(jìn)行反饋，使閥門的位置能夠按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號進(jìn)行正確定位。
在本設(shè)計中，根據(jù)控制要求選用YT1000系列、雙作用式電氣閥門定位器。該定位器在5～200Hz范圍內(nèi)無共振現(xiàn)象；正向和反向之間可方便轉(zhuǎn)換；空氣消耗量小，經(jīng)濟(jì)性好。
3.3 氣動保位閥
基于現(xiàn)場的工況，出于安全考慮，需要對主供給壓力進(jìn)行控制。也就是當(dāng)主供給壓力低于設(shè)定壓力時，能讓執(zhí)行器停在最后位置上，避免出現(xiàn)執(zhí)行器在壓力不足或突然失壓的情況下自動關(guān)閉。氣動保位閥就是實現(xiàn)閥位保護(hù)的裝置。氣動保位閥安裝接管圖如圖3所示。需要指出的是，保位閥在氣路切斷后，只能短時維持氣壓穩(wěn)定；如果需要較長時間的閥位穩(wěn)定，必須用到系統(tǒng)設(shè)置的儲氣罐以保持較長時間的供氣。

在綜合考慮了信號大小、最高供給壓力、信號接口和重量等參數(shù)后，選用YT500。該型號的保位閥對微小壓差反應(yīng)敏感，把執(zhí)行器鎖定在最后位置上，完全能適應(yīng)系統(tǒng)要求。
4 現(xiàn)場安裝調(diào)試
關(guān)于機(jī)械連接部分，利用現(xiàn)場現(xiàn)有的連桿機(jī)構(gòu)，再提供一套手輪、輸出軸和拐臂用于和執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及現(xiàn)場閥門的連接。當(dāng)需要檢修或要用手輪轉(zhuǎn)動閥門時，首先關(guān)閉氣源，然后將離合器手柄切換到手動位置，轉(zhuǎn)動手輪即可實現(xiàn)手動操作。當(dāng)需要自動控制時，先將手輪切換到自動狀態(tài)，通過切換離合器手柄（此時手輪不起作用）打開氣源，即可用氣動控制。
氣動調(diào)節(jié)閥對氣源的要求比較高，所以應(yīng)該選用過濾比較好的儀表氣源。如果使用非儀表氣源很可能造成電氣定位器排氣小孔堵塞以及氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的積水現(xiàn)象。在最初設(shè)計的時候，沒有考慮這個問題，也沒有加氣源過濾器，結(jié)果因為現(xiàn)場氣源較臟造成電氣定位器的排氣小孔堵塞，導(dǎo)致整個系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。建議在現(xiàn)場提供氣源不潔凈時，加裝過濾器，并定期更換濾網(wǎng)。最終系統(tǒng)加了具有較好調(diào)壓性能、自帶溢流裝置的過濾調(diào)壓閥T50才順利運(yùn)行。
空氣過濾減壓器用于凈化來自空氣壓縮機(jī)的氣源，并能把壓力調(diào)整到所需的壓力值，具有自動穩(wěn)壓的功能。在安裝過濾減壓閥時，必須按箭頭方向或輸入、輸出方向，分別與管道連接。氣源保護(hù)系統(tǒng)如圖4所示。

5 結(jié)束語
在此方案的支持下，對整個氣動控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和安裝。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，該系統(tǒng)除了能滿足正常頻繁調(diào)試要求之外，還能滿足開關(guān)時間5s的要求，很好地解決了調(diào)節(jié)閥控制問題，滿足了控制要求。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 劉忠信，張志華.幾種小型壓力調(diào)節(jié)器[J].石油儀器，001，15（5）：37-39.