在甲醇生產裝置中，高壓蒸汽通往中壓蒸汽的減壓調節閥開度在行程中段會發生大幅震蕩，主要是由于閥芯下行運動到閥座套筒部位瞬間突然增加的不平衡力所致，造成蒸汽管網穩定性不佳，進而影響透平運行工況。詳細介紹了閥門故障現象的整個過程和解決該問題所采取的具體方法、步驟；并對閥芯閥座進行了設計改造，改進后的閥芯閥座組合體實現了閥門在裝置中應有的全部作用，能夠全行程、全時空地保持安全穩定運行。
PV015709B是600kt/a甲醇生產裝置中高壓蒸汽管網連接中壓蒸汽管網的自動調節閥（又稱蒸汽減壓站），主要功能是穩定蒸汽管網壓力；當合成氣壓縮機發生聯鎖跳車時，用該閥把壓縮機透平所用的160t/h高壓蒸汽引入中壓蒸汽管網，實現減少蒸汽放空、降級利用有效能量的目的。
1 故障現象
自2006年開車以來，凡是經歷生產裝置開車階段，在關閥過程中當行程處于45%左右時會發生大幅度閥位震蕩的現象，造成高、中壓蒸汽管網壓力的劇烈波動。
閥位大幅波動時為了達到工藝要求，被迫采用人工搖動該閥手輪進行機械限位操作。由于閥門尺寸大、差壓高，操作手輪不但費時費力，而且震蕩失控造成蒸汽管網壓力大幅波動對關鍵設備影響極大；另外，當壓縮機意外停車時，該閥會因被限位無法作出應急響應，存在引發相關事故的潛在風險。
2 原因分析
2.1 氣動部件問題查找
合成氣壓縮機透平跳車時透平所用蒸汽要通過該閥送往中壓蒸汽管網，聯鎖動作的緊迫性要求其必須在1s之內閥位從全關達到全開，為此筆者配套設計了多個氣動元器件來增大。
中儀表空氣儲壓罐起到保證供氣量和穩定氣壓的作用，2個過濾減壓器把氣源壓力降到閥門需要的設定壓力。2個小型功率放大器將來自閥門定位器的輸出信號進行功率放大以加快執行器動作速度，其中一個功率放大器的輸出直接送到執行器膜頭，另一個功率放大器的輸出則作為后面2個大型功率放大器的輸入信號，再用復合放大的輸出連接至執行器膜頭。該配置的優點是利用大型功率放大器動作響應具有一定死區的特點，當控制信號變化較小時，僅由小型功率放大器發揮作用就能滿足需要；只有大幅變化時才使用大型功率放大器來驅動。此原理類同于幅值分級處理實現穩定的架構。聯鎖電磁閥正常時通過閥門定位器輸出氣壓到膜頭，跳車時直接送出氣源壓力使閥門迅速全開。智能型電氣閥門定位器接受來自于DCS的控制信號，將其轉換成改變閥位的氣壓調節信號。調節閥執行器由氣動膜頭接受氣壓變化進而改變閥位開度。
為了查找閥門大幅波動的原因，對于可能影響到閥位穩定性的氣動元器件，均先后進行了檢查試驗，有的還采用更換新備件來觀察效果。凡是涉及動作靈敏度的調整點，都通過正、反向調整使其保持在最有利于穩定的位置，但以上調整未能對改變閥位震蕩起到多少作用。
此外，為了排除執行器輸出力不足的可能性，將執行器膜頭有效作用面積從1400cm2升級到2800cm2，然而閥位震蕩的問題依然沒有得到好轉。
2.2 定位器參數調整
閥門定位器對于閥位動作起到至關重要的作用，為此筆者多次進行過參數優化調整，以期實現動作穩定的目的。
定位器內部參數中，對于閥門動作性能起到決定作用的主要有增益和靈敏度，此參數在SAMSON智能定位器中，由代碼17項的比例系數KP和代碼18項的微分時間區段TV來表示。比例系數KP分為0～17檔，數值越小即放大倍數越小，出廠設置原始值為7。微分時間區段TV分為1～4檔，數值越小跳變越大，出廠設置原始值為2。
智能型電氣閥門定位器具有按照不同調節對象在自校驗過程中自主進行參數優化的自整定功能。但由于開車中不能出現大的蒸汽管網波動的限制，該閥的自校驗只能在停車檢修期間的無壓、空載、冷態下完成。閥門定位器初始化自整定完成后，KP＝5，TV＝3。為了避免出現超調失穩動作，把二者調整為KP＝7，TV＝4。在靜態閥位試驗時可以看出閥門跳變已明顯趨緩，但開車時仍無法消除震蕩現象。
2.3 閥門內部結構分析
經過多次調整閥門定位器與其所屬附件，均未消除閥位震蕩現象，因而問題的焦點集中到閥門內部。由閥門制造商處確定除非內件損壞或者有異物卡在閥芯與閥座之間，否則不會出現震蕩情況。鑒于此，首先利用停車機會解體閥門檢查，取出閥芯觀察，雖然能看到因管道內少許焊渣造成的縱向劃痕，但不是點狀分布，而且劃痕不深，不足以引發卡澀導致閥位震蕩。然后對照圖紙檢查了所有部件的安裝位置，沒有發現任何錯誤。為排除劃痕的影響，在不改變原有結構的前提下，把閥芯與定位套接觸的有劃痕的位置用車床切削掉0.5mm，既去掉了多數劃痕，也可以有效地減小閥芯運動時的摩擦力，能夠消除卡澀的影響。然而，該嘗試并未獲得預期效果，開車中的震蕩現象依然存在。
經過逐一排除所有外部相關組件后，猜測閥位震蕩是由于閥門內部結構導致。圖2是調節閥內部結構剖面圖的閥芯、閥座局部截圖。以縱向中心分割線為界，右半邊剖面圖表示閥芯位于全開狀態，左半邊剖面圖則表示閥芯位于全關狀態。當閥位開度在45%～100%時，閥芯密封面上的凸臺位于入口蒸汽經第一級籠套減壓后的空間內，在此范圍內閥芯運動很順暢。而當閥芯密封面上部的凸臺進入到加強降噪籠套內部，此時凸臺上下必然因流體壓力不同增加新的差壓，該差壓的數值根據套筒孔徑推算很可觀。該推向閥芯關閉方向上的差壓作用力反應到閥桿上，就成為影響執行器動作的附加不平衡力，而閥芯凸臺進入加強降噪籠套的瞬間，即是此附加不平衡力有無的轉折點。
2.4 分析結論
明確了上述變化的細節之后，操作中引發閥位震蕩的現象就能夠得到合理解釋。閥位從全開到緩慢關閉時，開度在100%～45%區間動作順暢；當閥芯密封面上的凸臺進入到加強降噪套筒內部的瞬間，突然受到附加不平衡力的作用，閥位必然有一個向下的躍動（從趨勢記錄看約10%變化），由于實際閥位突然偏離了信號需求位置，閥門定位器會改變輸出，從而開大閥位，并且受到幾個氣動放大器的共同作用，不可避免地會出現矯枉過正的超調，出現超調之后定位器又將很快作出反向調整，使閥芯密封面上的凸臺進入到加強降噪套筒內，如此反復就引起了閥位的持續震蕩。
因此，閥門內部結構是導致閥位震蕩的根本原因，屬于制作方面的設計缺陷。
3 改進過程
針對如何消除引發震蕩的加強降噪籠套的影響，有兩套解決方案。
1）將原設計的半截加強降噪籠套長度延長至覆蓋全行程（0～100%）范圍。該方案基于保持并加強降噪設計，不會影響調節閥的所有性能。缺點是加工工藝復雜并且要求頗高，籠套上的密集開孔按照漸變過渡擴大直徑，需要精密計算，實施難度很大。
2）將原設計的半截加強降噪籠套取消。該方案加工簡單，容易實施。缺點是缺少加強降噪籠套會使閥門降噪性能有所降低，實施前必須經過評估證明其能夠保證閥門噪聲達標。
咨詢了幾家知名調節閥制造商的專業技術人員，對上述兩套方案進行計算和評估。多數意見傾向于采用方案2），既容易加工，也不會造成噪聲超標。
考慮到閥芯與閥座的配合尺寸精度要求嚴格，委托有加工實力的調節閥專業公司進行測繪與制造。相比原件，新閥座去除了原有的半截籠套，新閥芯原密封面上部的凸臺也相應做了縮徑處理。
4 改進效果
利用停車檢修機會更新了改造后的閥芯閥座，從運行結果分析，除了躍變信號稍有滯后外，均達到預期效果，完全能夠滿足工藝對蒸汽管網調節的動作響應，徹底消除了閥位震蕩現象。之后，又經過多次開車、負荷變化和停車過程的考驗，在所有工況下該閥均能夠工作穩定，證明改進效果良好。