气动阀门定位器节能技术开发应用.pdf

节能技术和产品 气动阀门定位器节能技术开发应用 宝钢股份特殊铜 事业部 条铜厂 蔡新 摘 要 文章介绍 了特钢事业部条钢厂针对精整分厂 6台退 火炉所使 用的气动阀门定位器故 障率 高， 耗 气量 大 的情 况 ， 与 能源环 保部 共 同研 制 出一 种节 能 的新型 阀 门定位 器 ， 它 能够在 提 高工 作性 能 、 降低 故 障率的 同时 ， 将 工作耗 气量 压低 到原 来的 1 ／ 7以 下 ， 为 条钢厂 节约 了大量 的氮 气 消耗 。 关 键词 气动 阀 门； 定位 器 ； 应 用 ； 节能 En e r g y Sa V i n g Te c h n o lo g y De v e l o p me n t a n d Ap p l ic a t ion o f Pn e u ma t i c P o s it i o n e d Va lv e Ca i Xi n Ab s t r a c t T h is a r t i c l e i n t r o du c e d t h e s i t u a t i o n i n 2 0 0 7 t h a t t h e a i r o p e r a t e d v a l v e p o s i t io n e r i n t h e s p e c i a l s t e e l s e r v i c e s d e pa r t me n t b a r i r o n f a c t o r y a r e i n f a i l u r e r a t e ，wh i c h i s u s e d i n 6 a n n e a l i n g f u r n a c e s o f t h e f i n i s h i n g br a n c h f a c t o r y i s t o o h i g h ．T h e n i t r o ge n c o n s u mp t i o n i s t o o bi g．W it h t h e e n er g y e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n d e p a r t me n t c o o p e r a t i o n ，b a r i r o n f a c t or y de v elo ps o n e k i n d o f e n e r g y-s a v i n g n e w v alv e p o s it i o n e r ， i t c a n r e d u c e t h e f a i l u r e r a t e du r i n g t h e e n h a n c e me n t o pe r a t i n g p e r f o r ma n c e，a n d pu l l d o wn t h e wo r k i n g ga s c o n s u mp t i o n t o o r i g i n a l b e l o w 1 ／ 7，wh i c h c a n s a v e t h e ma s s iv e n i t r o g e n c o n s u mp t i o n f o r t h e b a r i r o n f a c t o r y ． Ke y wo r d s a i r o p e r a t e d v a l v e ；p o s i t io n e r ；a pp l i c a t i o n ；e n e r g y s a v i n g 1前 言 气动 阀门定位器是一种将 电气信号转换成压 力信号的转换装置 ， 以压缩空气或氮气 为工作气源 来控制工业炉调节阀的开度大小 。 普遍用于工业炉 温度自动控制系统 中对气动 阀门执行机构的连续 控制。在特殊钢条钢厂的各条产线 中， 气动阀门定 位器得到了较为广泛的使用。然而 ， 有部分投产时 间较早 的产线存在相 当数量 的旧制式气动阀门定 位器 ， 它们都是采用上世纪八十年代的落后技术生 产出来的， 故障率高， 耗气量大。它们的运行 ， 造成 压缩空气使用状况偏紧张 ， 部分区域氮气耗量居高 不 下。 条钢 厂精整分厂热处理炉投产于上世纪九十 年代 ，在空／ 燃气调节阀所使 用的阀门定位器采用 的都是Z P D系列阀门定位器 ， 该系列阀门定位器耗 气量相 当大 ， 并且故障率高 ， 引起该区域氮气耗量 居高不下 ，严重影响了该区域工序能耗指标的完 成。同时， 定位器故障对热处理炉的温度控制带来 了较大的负面影响 ，引起空燃 比无法达到最佳状 态 ， 使吨钢天然气消耗上升。 【 作者简介】蔡新 ， 1 9 6 9年 】月2 7日生， 工程硕士， 宝钢股份特殊钢事业部务钢厂设备管理室仪表主管工程师 ， 主要研究方向 P C I 总线控制 、 集散 和现 场总 线过程控 制 、 节能技 术 开发 应 用等 上 鼋节 能 S - 4 ANG} 4 A；E N R G C0NSERVA r { ON 2 O{ 0 盘 鼍 鬻 23 节能技术和产品 由于精整分厂热处理炉使 用Z P D系列 阀门定 位器的数量较 多， 经 多次论证 ， 若简单地 以当前市 场上先进的阀门定位器替换 ， 对企业来说是一个难 以承受的经济负担 ， 为此 ， 条钢厂协 同能环部成立 了一个课题小组 ， 钻研以廉价的费用实现 阀门定位 器耗气量的显著降低 ， 同时克服其高故障率。 课题小组经过反复设计和实验 ， 研制出一种新 型 阀门定位器。该定位器采用了当前较 为先进 的 “ 先导阀” 节能技术 ， 其内置调压器可充分消除因气 路压力变化对定位器动作的影响 ， 再辅以微处理器 智能控制等先进技术 ， 实现分程控制 ， 从而使阀门 定位器具有较好的线性度 、 灵敏度和滞后度 ， 同时 将工作耗气量压低到最低限度 ， 比Z P D系列阀门定 位器要低一半以上 ， 而价格却比同类产品低了将近 一 半左右。该阀门定位器是一种性价 比较高的产 品， 为降低棒一产线氮气的使用消耗具有较大的实 用价值和推广价值。 2 新型节 能阀 门定位器 的研制 2 ． 1气动阀门定位器的工作原理 气动阀门定位器是按力平衡原理工作的， 实现 由输入 的4 ～ 2 0 mA电流信 号控 制气动 阀门由0～ 1 0 0 ％的开启度。其工作原理如下 见图1 】 。 当需要增加阀门开启度 ， 计算机控制系统 的输 出电流信号就会上升 ，力矩马达0产生 电磁场， 挡 4 2 O 图1 气 动 阀 门定 位 器 工 作 原理 24 E ∞C O N S E R V A T IO N 板②受电磁场力远离喷嘴③。 喷嘴③和挡板②间距 变大 ， 排 出放大器④r a lS 的线轴⑤上方气压。受其 影响线轴⑤向右边移动，推动挡住底座⑦的阀芯 ⑨， 气压通过底座⑦输入到执行机构⑩。随着执行 机构气室⑩内部压力增加，执行机构推杆⑥下降， 通过反馈杆⑩把执行机构推杆的位移变化传达 到滑板⑩。这个位移变化又传达到量程④反馈杆， 拉动量程弹簧1 6 。当量程弹簧1 6 和力矩马达①的 力保持平衡时， 挡板②回到原位 ， 减小与喷嘴③间 距。随着通过喷嘴③排出空气量的减小， 线轴⑤上 方气压增加。线轴⑤回到原位 ， 阀芯⑧重新堵住底 座⑦， 停止气压输入到执行机构⑩。当执行机构⑩ 的运动停止时 ， 定位器保持稳定状态。 2 - 2 节能技 术关键 点 先导 阀技术 的使用 通过对 阀门定位器工作原理的研究 。 课题小组 认为要解决耗气量大的问题关键在于放大器的排 气。经过技术调研和多次论证 ， 最终选择 以先导式 电磁阀替代放大器。 先导式电磁阀 见图2 是 由电磁铁首先控制气 路 ， 产生先导压力 ， 再由先导压力去推动主阀阀芯， 使其动作。 尸 图2 先 导 阀 工作 原 理 如图②所示 先导阀是由湿式阀用电磁铁 、 阀 芯、 传动柱塞 、 阀套 、 顶针杆 、 钢球 、 钢球座、 复位弹 簧等组成 。阀芯与阀体 为螺纹联接。传动柱塞一端 连接电磁铁衔铁， 另一端顶住钢球。因此无论是上 端 电磁铁 的推力还是下端弹簧的作用力都使两钢 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 能技术和产品 球与顶针杆成连动关系。 顶针杆两端与阀芯之间各 有一段环形控制容腔 ， 并分别与阀芯上的径向孔道 连通。当电磁铁断电时， 从P 腔进入的压 力气直接 作用在先导阀的球座上， 而复位弹簧 的弹性力也 同 向作用在球座上 ， 使先导 阀下 阀口关闭， 上阀口打 开 ， 因而使压 力气路与控制气路A阻断 ， 控制气路 与回气路T 开通 。 在这种情况下 ， 控制气路处于卸荷 状态 当电磁铁得电时 ， 传动柱塞推动上钢球 向下 移动 ， 上阀口关闭， 下阀口打开， 因而阻断了控制气 路与回气路的通道。 与此 同时压力气路与控制气路 开通。 压力气经先导 阀的控制容腔进入 阀体 的斜 向 孔道使控制气路处于工作状态。 先导 阀技术 的使用在很大程度上减 少了工作 气源的使用量 。当电磁铁断电时， 压力气路与控制 气路阻断 ， 控制气路与回气路开通 ； 当电磁铁得 电 时， 控制气路与回气路的通道被阻断 ， 与此同时压 力气路与控制气路开通。 控制气体始终保持在先导 阀的气腔 中， 而没有被排 出来 ， 从而节约了工作用 气， 实现节能 ； 而 旧的阀门定位器没有先导 阀， 它是 通过放大器 内部 的一个气路分配器来引导和分配 压力气路， 未被分配到控制气路的多余压力气就被 直接向外释放 ， 工作气体连续地外泄 ， 直接对空排 放 ， 导致了工作气源的大量浪费。 位器的工作气路上分别安装了一个流量计 ， 对新旧阀 门定位器的耗气量进行现场测量 ， 测量情况如下 新型阀门定位器的耗气量为0 ． 3 0 m3 ／ h 。 旧阀门定位器的耗气量为2 l 2 5 m 。 4 总 结 新研制的阀门定位器在条钢厂棒一精整1 退火 炉现场进行安装调试 ， 一次成功 ， 实现了预期的全部 功能 ， 到 目前为止运行良好无故障。经现场安装的流 量计测定 ， 原来使用阀门定位器的氮气耗量为2 ．2 5 m h 左右 ， 而新型阀门定位器的氮气耗量仅0 ． 3 0 m3 ／ h 左右 现场实测 ， 比原来的阀门定位器节约用气达8 6 ．7 ％， 新研制的阀门定位器一个就要节约氮气消耗1 ．9 5 m3 ／ h ， 一年下来可以节约氮气消耗达1 ． 7 万立方米， 折合标 煤6 ．0 4 I] ， 具有较为可观的节能效益 ， 而其制作成本仅 为当今国外进口产品价格的一半左右。 新型 阀门定位器的研制成功是特殊钢事业部 节能科研项 目的一项重要成果 ， 节能效果和实用效 果都是显而易见 的， 具有较大的推广价值。如果在 特殊钢事业部各主要生产分厂推广使用， 将为特殊 钢事业部有效遏制吨钢工序能耗、 实现节能降耗 目 标提供强有力的支撑作用。 参考 文献 3 新 型 阀门定 位器 的现 场耗气 测 定 1 、 流 体 力学和 热 工理论 基础 机械 _ T - 业 出版 为了检验新型阀门定位器的节能耗气指标， 条钢 社 厂在新型阀门定位器的工作气路上和邻近一个旧定 2 、 过程控制 系统 机械工业 出版社 位于青浦的上海远跃轻工机械有限公 司开发 生产 的“ WZ E R 型热能压缩式二效蒸发器 ” 被列入 2 0 0 9 年青浦 区专利新产品计划项 目，该 设备是低 温加热和低温蒸发 ， 适用于热敏性物料 ， 可大量节 省能源 ， 降低运行费用 ， 具有显著的经济效益和社 会效益。 经测试 ， 在保持蒸发量不变的情况下 ， 较普 通双效浓缩器和单效浓缩器 节省蒸汽分别为4 5 ％ D 6 7 ％， 节省水分 别为4 8 ％ 1 1 6 5 ％， 具有显著的节 蒸汽、 节水效果。 WZ E R 型热能压缩式二效蒸发器综合技术在国 内处于领先， 达到国际先进水平 ， 并拥有 自主知识产 权 ，已获实用新型专利。该产品广泛应用于中药、 食 品、 化工行业中水提物料的浓缩， 不仅适用新建设备 ， 还可以对原使用的浓缩器进行技术改造。 陈雅星 譬 书 簿 ㈦n 譬 2 5i 0 10 蔓 箬 湖