1 概述
目前，兰州石化公司化肥厂的生产过程自动化程度很高。每个装置都使用大量的自动调节阀来完成过程自动控制，实现安全联锁保护功能。在生产过程中，发现大多数调节阀使用良好，但有些调节阀经常出现故障。经过大量的统计分析，发现了一定的规律，即非垂直安装的调节阀故障率较高。
2 调节阀出现故障的原因
工厂各设备上的大多数调节阀都是垂直安装的。垂直安装的调节阀，其执行机构一般不会引起支撑倾斜，不可能发生机械变形，只要阀杆与执行机构输出轴之间没有较大偏差，一般使用情况相对较好。管道、设备（非垂直安装）也有许多调节阀水平或倾斜，没有额外的平衡支撑（部分调节阀即使支撑，也会出现故障，甚至个别调节阀故障率相对较高），加上使用条件、环境、介质相对苛刻，在生产实践中发现，在相同的使用条件和环境中，故障频率高于垂直安装，总结了这些调节阀的形式和类型，进行了详细的比较分析，找出故障原因和解决方案，为调节阀的使用、维护和维护提供有益的参考。
2.1 选型安装的故障因素
无论是水平的还是侧面的，执行机构，无论是电动的还是气动的，些阀门的质量都很高。从驱动端到调节端的距离很长。调节端直接安装并固定在管道或设备上。其质量和臂产生的扭矩非常大，足以使调节阀本身的支撑发生较大的侧向变形（向下倾斜）。侧安装产生的重扭矩导致调节阀的几何尺寸变形，导致调节阀在使用和运行过程中经常出现故障。这种安装的调节阀的故障率高于垂直安装，但也发现了故障的基本规律。
2.2 物料性质的故障因素
a）在高温（蒸汽介质）环境中，大多数填料泄漏故障，内部部件容易损坏（阀芯阀座磨损失配，阀芯脱落），内部泄漏大，不易控制，调整质量差，法兰端面与工艺连接容易泄漏。图1、图2为普通调节阀和高温调节阀结构。从图中可以看出，由于散热器的距离，散热器的使用温度越高，因此高温调节阀执行器的重点距离安装轴的距离远远超过普通调节阀，非垂直安装调节阀产生的扭矩也要大得多。例如：动力C锅炉装置的几个减温减压调节阀、合成氨装置的调节阀等。
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图1 普通调节阀结构（正作用型）
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图2 高温型调节阀结构（正作用型）
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b）低温（小于-100℃）在深冷使用环境中，填料泄漏故障较多。这种调节阀具有较长的隔热和冷却长颈，环境温差较大。它们大多安装在空气和液氮洗涤装置上。它们基本上有两个支撑点，如图3所示。管道和箱壁为固定点。一端固定在管道和设备上，另一端固定在保温箱的侧壁上。阀体和长颈基本固定。只有执行机构侧悬在箱壁外。如果执行机构过重并变形，应力点在填料处，则填料处最容易单边磨损。除箱顶安装的调节阀外，空气和液氮洗涤（深冷）单元基本为侧安装和水平安装。例如，合成氨液氮洗涤装置的调节阀和空气分离装置的调节阀。
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图3 冷箱安装长颈式调节阀示意（正作用方式）
c）在高压常温使用环境下，调节阀的阀体大于低压和常压普通调节阀。执行机构需要更大的推力来克服使用中产生的更大的不平衡。因此，执行机构的尺寸也比普通型号更大、更重、更长。水平或侧安装产生的机械变形必须更大，损坏更严重。因此，大多数执行机构的输出轴密封环都会磨损，如：FV尿素合成塔压力控制调节阀等。
除上述三种情况外，还有其他特殊情况，如长、高质量的执行机构在室压和室温环境下容易损坏填料和阀门内部部件。尿素装置熔融尿液三通调节阀。
3 对阀产生的影响
a）内部部件损坏的性能形式：内部泄漏大、行程摩擦大、滞后时间长、调解质量差。具体故障是阀芯阀座磨损失配，阀芯阀座密封环磨损严重，个别部件脱落，最严重的可导致阀芯、阀座断裂等。外部部件损坏的表现形式主要是泄漏大、自动动作不灵活、现场硬手动阻力不易操作等。具体故障是填料泄漏、阀杆磨损、执行膜输出轴密封磨损、泄漏等。
b）从工艺角度来看：温度对调节阀的使用影响不大。温度变化使调节阀产生的机械尺寸变形比侧向安装重力产生的机械尺寸变形小得多。但在生产过程中，当温度急剧变化时，在一定时间范围内可能会产生较小的影响，稳定生产状态要好得多。
c）从调节阀结构形式的角度分析：不同温度场合使用的调节阀大多配备散热器或长颈温差隔离（深冷距离较长，这些调节阀安装一般有两个支撑点，一个在管道或设备上，另一个在冷却箱壁上），至少比普通调节阀有一段散热或隔离距离，阀杆填料位置不是直接工艺温度，温度条件可以改善环境温度方向，填料不会过早老化，使用周期延长。其共同特点是阀体与执行机构连接的导出端距离长，非垂直安装臂长，执行机构重力产生的扭矩大。因此，这种调节阀的垂直安装基本上没有问题，但大多数侧面和水平安装都出现了泄漏、内部损坏、调节动作不敏感等情况。这些问题很难在现场不采取支持措施来解决。如果填料在维护过程中压力不紧，则容易出现泄漏故障。如果压力过紧，调节阀的动作就不敏感，甚至每次都会出现反推力不敏感的情况。
d）从调节阀的执行方式分析：直行程调节阀在垂直安装模式下，只要求零点连接良好，就不可能产生填料偏差磨损现象。直行程侧安装的调节阀不仅需要零点对齐，而且需要整个行程对齐，否则容易产生填料偏差磨损现象，长期偏差磨损会导致严重的局部填料磨损和泄漏故障。
非垂直安装的角行程调节阀（如图4所示）如果连接不匹配，也会出现偏差磨损现象，但一般磨损缓慢，损坏程度也较轻。一般只有上密封填料磨损，下密封填料磨损较轻，填料泄漏一般较少见。因此，直行程调节阀的填料泄漏问题比角行程调节阀更多。
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图4 角行程调节阀示意（单驱动方式）
4 改进措施
根据分析结果，重力矩WF过度是造成各种故障的唯一原因。为了更好地使用、维护和维护这些非垂直安装的调节阀，应采用相应的方法来弥补安装缺陷，主要的解决方案是增加支撑。支撑方式有两种，采用刚性和柔性支撑，可根据现场情况确定。
a）增加支撑的调节阀应找到中轴并调整机械轴。尽量在使用条件下达到满意的对称度，并加固支撑锚点。
b）此外，需要支撑的调节阀应选择支撑点，应牢固稳定，可能产生机械变形的位置，或弹性（柔性）支撑方法，不能低支撑的也可采用悬挂支撑方法。无论采用哪种方法，其目的都是使阀芯、阀座、阀杆、执行机构输出轴呈直线，不产生径向力。
c）对于无法安装支撑的调节阀。首先，可以通过降低执行机构的质量，缩短连接距离，并在维护过程中进行二次校正和中间校正来解决。第二，自动调节系统上的调节阀应尽量减少调节范围和频率。具体方法：根据工艺调节指标允许的条件，尽量增加调节系统的比例（降低系统的即时放大倍数）、积分时间参数（降低系统的动作速率），尽量不使用微功能或减少微时间参数（减少或消除调节阀的阶跃动作模式），降低调节系统的动作灵敏度，相对减少填料与阀杆之间的摩擦次数和行程。第三，必须及时加油润滑，避免密封填料提前老化失效，增加调节阀的使用周期，实现安全稳定的生产运行。
5 结束语
根据实际情况处理出现问题的非垂直安装调节阀，大大延长了调节阀的使用寿命，提高了调节质量，达到了工艺生产长期稳定运行的目的。
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