在焦化厂的焦炭炼制过程中，炉内温度和压力都是比较关键的因素。炉压一般是由执行机构带动调节阀来控制，即执行机构在炼焦过程中根据炉膛压力变化来控制调节阀开度。
铁雄能源焦化厂的焦炉调节阀之前采用电动执行机构带动调节阀来实现控制，但因为：工作环境为室外，周围工作温度为90左右，对电动执行机构来说环境温度过高；现选用的国产电动执行机构，很难满足动作过于频繁的要求；由于电动执行机构全开全关时间为30s，无法满足现场调节阀全开全关的时间控制最短5s的要求。由此需要进行设备改造，要求改造的设备满足现场的以上要求。
一、技术改革方案
调节阀又称控制阀，主要由执行机构、阀门和其他附件等组成。执行机构起驱动作用，阀起调节作用。执行机构按利用的能源分为3大类：电动执行机构、气动执行机构和液动执行机构[1]。针对现场控制要求，采用电动控制显然满足不了。目前国内外1000Nm左右快开快关型的电动执行机构最快做到10s，而且需要特殊定做，价格也偏高。如果采用气动控制，其最大的优点就是能实现快速控制，而且成本较低。于是计划弃用电动控制采用气动控制，即采用气动执行机构配套电气定位器的控制方案。
气动执行机构是快速动作的机构。压缩空气作为动力源，能在较短的时间内，迅速充满整个容积并达到系统工作压力。通常这种执行机构是变速的，工作周期的变化在百分之几秒到几分钟之间，并按控制信号作无级变速。当使用压缩空气作为动力时，执行机构把控制信号（气动或电动）变成位移。如图1所示，当执行机构带有阀门定位器时，气动信号送入阀门定位器；当执行机构不带阀门定位器时，控制信号（0.02～0.1MPa）直接送入调节阀。
图1 阀门定位器和执行机构框图
气动执行机构加电气定位器的系统控制原理如图2所示。系统在正常情况下采用电气定位器5进行调节控制，当气源压力消失或减少到预定值时，储气罐3的压力可补偿系统的压降。由气动控制阀4控制的气路会自动切换到气罐气路，这样就可以利用气罐的压力来短期维持整个系统的运行。要求现场能提供不小于5kg的洁净仪表气源压力，现场实际提供的压力为10kg，能满足控制要求。
1.气源处理单元 2.单向阀 3.储气罐 4.气动控制阀 5.电气定位器 6.双作用气动执行器
图2 气动控制系统原理简图
二、选型
1、气动执行机构
实际选用气动活塞执行机构中的齿轮齿条式。根据负载要求，选择双作用式的，其动作较单作用式的也更加灵活平稳。在对双作用气动执行器进行选型时，根据需要的扭矩值，再增加10%的安全值，然后根据气源工作压力查找扭矩表。根据现场阀门开关实际需要的扭矩，查产品选型表后确定为GEX19090（可在500kPa时提供最大986Nm的扭矩）。
2、电气阀门定位器
阀门定位器能够增大调节阀的输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速度，能够提高阀门的线性度，克服阀杆的摩擦力，并消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。在调节系统中，检测和调节仪表经常采用电动仪表，而执行机构又要求采用气动仪表。这是因为电动仪表信号结构快、灵敏度高，而气动调节阀则结构简单、使用方便，而且防爆[2]。在这种系统中，必须有电气转换器。为保证阀门的定位作用，还要安装电气阀门定位器。电气阀门定位器的主要功能是从控制器接收4~20mA直流电信号，转换成输出气压信号，控制执行机构的动作。它能够起到电气转换器和气动阀门定位器两种作用，同时根据执行机构的位移行程进行反馈，使阀门的位置能够按调节器输出的控制信号进行正确定位。
在本设计中，根据控制要求选用YT1000系列、双作用式电气阀门定位器。该定位器在5～200Hz范围内无共振现象；正向和反向之间可方便转换；空气消耗量小，经济性好。
3、气动保位阀
基于现场的工况，出于安全考虑，需要对主供给压力进行控制。也就是当主供给压力低于设定压力时，能让执行器停在最后位置上，避免出现执行器在压力不足或突然失压的情况下自动关闭。气动保位阀就是实现阀位保护的装置。气动保位阀安装接管图如图3所示。需要指出的是，保位阀在气路切断后，只能短时维持气压稳定；如果需要较长时间的阀位稳定，必须用到系统设置的储气罐以保持较长时间的供气。
1.调节阀 2.气动保位阀 3.调节器 4.空气过滤减压阀 5.阀门定位器
图3 气动保位阀安装接管图
在综合考虑了信号大小、最高供给压力、信号接口和重量等参数后，选用YT500。该型号的保位阀对微小压差反应敏感，把执行器锁定在最后位置上，完全能适应系统要求。
三、现场调试安装
关于机械连接部分，利用现场现有的连杆机构，再提供一套手轮、输出轴和拐臂用于和执行机构以及现场阀门的连接。当需要检修或要用手轮转动阀门时，首先关闭气源，然后将离合器手柄切换到手动位置，转动手轮即可实现手动操作。当需要自动控制时，先将手轮切换到自动状态，通过切换离合器手柄（此时手轮不起作用）打开气源，即可用气动控制。
气动调节阀对气源的要求比较高，所以应该选用过滤比较好的仪表气源。如果使用非仪表气源很可能造成电气定位器排气小孔堵塞以及气动执行机构的积水现象。在最初设计的时候，没有考虑这个问题，也没有加气源过滤器，结果因为现场气源较脏造成电气定位器的排气小孔堵塞，导致整个系统不能正常运行。建议在现场提供气源不洁净时，加装过滤器，并定期更换滤网。最终系统加了具有较好调压性能、自带溢流装置的过滤调压阀T50才顺利运行。
空气过滤减压器用于净化来自空气压缩机的气源，并能把压力调整到所需的压力值，具有自动稳压的功能。在安装过滤减压阀时，必须按箭头方向或输入、输出方向，分别与管道连接。气源保护系统如图4所示。
图4 气源保护系统
四、结论
在此方案的支持下，对整个气动控制系统进行了设计和安装。经过现场调试，该系统除了能满足正常频繁调试要求之外，还能满足开关时间5s的要求，很好地解决了调节阀控制问题，满足了控制要求。
