半山公司燃气轮机控制阀的（三断）保护方案及分析

摘 要：本文阐述了杭州半山公司热工控制中涉及到的控制阀三断保护中的几种方案，分析了各方案的工作原理及优、缺点及适用条件。

关键词：三断保护；控制阀；保位阀；电磁换向阀

中图分类号：TM611.3 文献标志码：B

气动调节阀工作时需要有电源、气源与信号源，三种信号任一个的缺失都会引起阀门动作不正常。在工业生产过程中，普遍采用三断保护功能来保证调节阀的可靠。

执行机构一般需要有输入装置，位置反馈装置，手轮等等，由于连接的附件多种多样，所采取的保护措施和方案又各不相同[ 1 ]。气动执行机构断气情况下，关阀和开阀可以利用阀体中气缸压力和弹簧反力实现。

鉴于控制阀三断试验的重要性，半山公司于年初对本单位下属各台燃气轮机热工控制所涉及到的各阀门进行了统一实验，并对各类型阀门进行了必要的技术总结。下面就半山公司广泛应用的三断保护装置中的保位功能方案进行分析。

由于在我厂FISHER DVC2000的定位器比较多见，所以专门针对该种型号的定位器进行了设置的检查和改进。该类阀门由于构造相对简单，控制气源经过减压阀后直接进入定位器，单向控电磁换向阀，再进入阀门上缸， DVC2000控制进气量的大小决定阀门的开度。由于没有保位阀，过程控制相对简单。

此类阀门的三断试验如下：

（1）断气源

当控制系统气源故障（失气）时，输入气源压力与控制阀弹簧产生的反力不平衡，该控制阀的阀位动作开启。

（2）断电源

当控制系统电源故障（失电）时，输出电压消失，电磁阀失电，电磁阀内的滑阀在复位弹簧的作用下滑动，将执行机构气缸内膜室的压力排空，阀门开启。

（3）断信号

当控制系统信号失去时，电磁阀保持不动，气动保位阀的膜室封闭，定位器的输出信号压力不变，与复位弹簧产生的作用相平衡，阀位保持在当前位置。

定位器将阀门位置反馈信号直接输出。一般情况下，FISHER DVC2000的定位器本身自带的位置反馈模块可以把阀门当前位置反馈给控制系统。

该类定位器的优点：阀门所需空间较小，所用附件较少，不需要安装阀门信号反馈。安装、调试方便。“三断”试验可以发现，对故障的反应较快。

该类定位器的缺点：电磁阀一直得电，寿命相对较短。电磁阀阀芯容易堵塞，对附件配用的可靠性与气源的清洁度要求较高。

第二类，加入信号比较器的保位装置，由于其相对较为复杂，而且使用的频率也相对较低，但大体的工作基本相同，在此就不再累述了。

本方案主要由气动控制阀、定位器、转换器、保位阀、信号反馈装置组成。阀门相对位置信息由信号反馈装置给出。其工作原理如下：

（1）断气源

系统气源失去时，气动保位阀关闭，气缸内的压力维持不变，气室内压力与弹簧的反作用力相抵消，阀位保持在故障发生时刻的位置。

（2）断信号

当控制系统信号失去时，定位器的输出信号丢失，用于控制信号丢失的气动保位阀自动关闭，将定位器的输出信号压力锁定在气动控制阀的膜室内，气室内压力与控制阀的弹簧产生的反作用力相平衡。控制阀保持在故障位置。由于本方案没有电源，故无断电源保护。

本方案的优点：由于阀门只有断气，断信号保护，而无断电保护，可用于防爆要求较高的工况场所。

本方案的缺点：由于本类型阀门所需附件较多，安装较为复杂，断信号保护动作后，阀门会有短时性滞后。阀位反馈需另外配反馈装置，较复杂。

第三类，智能型阀门定位器，由执行机构与相关附件（控制阀、气控换向阀、定位器、自锁阀、单向阀、减压阀、储气罐等）组成，断电与断信号时阀门保位。并且定位器带有位置反馈功能，所以该类型阀门功能较为全面。

当气源故障（失气）时，单向通路阀闭锁，内部滑阀在弹簧的反向作用下复位，气路从正常气源管路切至储气罐供气，其内部的气体可以保证阀门地若干次动作。

但是由于储气罐的容量有限，内部压力必定随着阀门的动作下降，这只是一种暂时性的供气方式，不可长期使用。其配用的储气罐的容量应大于一般保护用储气罐的容量。储气罐的容量决定了阀门动作的次数。当然也可按实际灵活运用。

本方案的优点：

由于有储气罐的存在，只实现断电与断信号保护就可。阀门安装紧凑。安装、调试简单。保护动作时，阀门动作迅速，系统反应比前两类均块。而阀门本身具有位置反馈功能，无需另装其他附件。当气源消失时，储气罐内的剩余气体可以保证阀门若干次的正常动作。

本方案的缺点：

阀门造价昂贵，在防爆要求高的区域使用时应考虑其可靠性。而且在实际运行过程中，发现该类型阀门定位器的连杆常出现与定位器滑轮脱出的情况，在2016年6月13日，半山公司#2燃气轮机在停机过程中，高压旁路压力调节阀出现指令与阀门位置不符的情况，检修值班人员至现场后发现连杆与定位器位置传感器滑轮脱出引起。装复后阀门位置反馈正常。

结论

以上列出的几种保护方案只是阀门动作的一些基本形式，若要实现不同的保护目的可在上述方案中适当修改。由于所列方案各有优、缺点，在实际使用中，应根据现场的具体情况，可按实际需要选用不同的方案。但从可靠性上讲，类型一与类型三控制阀的可靠性较高。可按现场条件与运行的具体要求灵活选择。

参考文献：

[1] 陈福湘.大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书 设备及系统分册[M].北京：中国电力出版社，2009：5-6.

作者简介：

刘晟（1983-），男，浙江杭州人，工学硕士，工程师，现从事电厂热工控制方面的工作。

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