馮東石

(中國石化天津分公司，天津 300270)

新型智能閥門定位器在煉油裝置中的應(yīng)用

馮東石

(中國石化天津分公司，天津300270)

闡述一種智能閥門定位器原理和特性，同時(shí)對實(shí)際應(yīng)用中所遇到的故障及原因進(jìn)行了總結(jié)分析，為煉油裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)和設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供參考。

智能閥門定位器 調(diào)節(jié)閥 故障診斷 故障分析

在自動化程度越來越高的化工行業(yè)中， 調(diào)節(jié)閥起著至關(guān)重要的作用， 一旦其發(fā)生故障， 將直接影響裝置的安全運(yùn)行， 對生產(chǎn)過程影響非常大。運(yùn)用智能閥門定位器， 能夠改善調(diào)節(jié)閥的流量特性和性能， 可以通過與DCS 或總線設(shè)備進(jìn)行數(shù)字信息通訊， 提升企業(yè)生產(chǎn)控制能力，為裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障[1～3]。某石化公司煉油部生產(chǎn)裝置中運(yùn)用了一種新型智能閥門定位器，效果優(yōu)于普通定位器。

1 常規(guī)定位器存在的不足

常規(guī)定位器主要存在以下缺陷。

a)常規(guī)定位器多為機(jī)械力平衡原理，采用噴嘴擋板機(jī)構(gòu)， 可動件較多， 容易受溫度波動、外界振動等干擾的影響。

b)常規(guī)定位器內(nèi)反饋彈簧部件長時(shí)間工作彈力易改變，長周期工作定位精度下降。

c)由于噴嘴本身的特性， 執(zhí)行器在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)也要大量消耗壓縮空氣， 易被灰塵或污物顆粒堵住，使定位器不能正常工作。

d)常規(guī)定位器手動調(diào)校時(shí)需要使用專用設(shè)備，不隔離控制回路是不可能的， 且零點(diǎn)和行程的調(diào)整互相影響， 須反復(fù)整定， 費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 非線性嚴(yán)重時(shí)， 則更難調(diào)整。

2 新型智能閥門定位器的工作特性和優(yōu)點(diǎn)

2.1 智能閥門定位器的工作特性

定位器基于全數(shù)字化工作原理，沒有傳統(tǒng)閥門定位器的痕跡。采用微處理器外來的控制信號(給定)和反饋的閥位行程信號進(jìn)行比較，若出現(xiàn)偏差，微處理器用一個五步開關(guān)程序來控制壓電閥單元，給出適當(dāng)?shù)臄?shù)字脈沖信號，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出到執(zhí)行器的氣壓，實(shí)現(xiàn)定位控制。當(dāng)偏差為零或在允許范圍內(nèi)，沒有控制脈沖給壓電閥，進(jìn)氣和排氣的壓電閥都在閉合保持狀態(tài)，壓縮空氣消耗微量。另外定位器由于采用典型的壓電閥結(jié)構(gòu)，理論上耗氣量較底，現(xiàn)場使用時(shí)，隨著使用時(shí)間延伸和執(zhí)行機(jī)構(gòu)/控制閥動態(tài)使用的變化，針對壓電閥的PWM脈寬調(diào)制常會出現(xiàn)動態(tài)變化的狀況，有可能導(dǎo)致脈動輸出加劇，控制閥動作不穩(wěn)定或閥位震蕩。

智能數(shù)字式閥門定位器的校驗(yàn)簡單，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同自動校準(zhǔn)大約需要10～15 min，校驗(yàn)初始化過程無需人為干預(yù)。

2.2 智能閥門定位器的優(yōu)點(diǎn)

2.2.1實(shí)時(shí)信息控制， 提高安全性

智能定位器是一種雙向數(shù)字通訊， 能實(shí)時(shí)地傳送當(dāng)前的狀況信息工藝和儀表人員可以及時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)， 使工藝生產(chǎn)更高效、順利地進(jìn)行。智能定位器支持遠(yuǎn)距離操作，支持定位器參數(shù)拷貝粘貼到一臺新定位器， 用HART 通訊器在現(xiàn)場接線盒或控制室的安全區(qū)域都可以訪問設(shè)備信息， 從而提高操作人員的安全性。

2.2.2自診斷和控制能力

a)現(xiàn)場總線的通信:智能閥門控制器都包含現(xiàn)場總線通訊能力， 包括功能塊及下列診斷: 關(guān)鍵閥門使用跟蹤參數(shù); 儀表健康狀態(tài)參數(shù); 預(yù)定格式閥門性能階躍維護(hù)測試。

b)標(biāo)準(zhǔn)控制與診斷:智能閥門控制器都包含標(biāo)準(zhǔn)的控制與診斷。標(biāo)準(zhǔn)診斷包括下列診斷測試:動態(tài)誤差帶、驅(qū)動信號、輸出信號等。

c)先進(jìn)診斷: 具有先進(jìn)診斷的儀表可完成標(biāo)準(zhǔn)診斷所包含的動態(tài)掃描測試內(nèi)容加上動態(tài)掃描測試， 即閥門特征測試以及階躍診斷測試。閥門特征測試可讓您確定閥門/ 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的摩擦力、臺架測試壓力信號范圍、彈簧剛度及閥座關(guān)閉力。

2.2.3性能優(yōu)化整定

由于性能優(yōu)化整定能在閥門行程表現(xiàn)出不穩(wěn)定之前檢測到閥門內(nèi)部的不穩(wěn)定， 因此它比手動調(diào)整更有效， 可用HART275 進(jìn)入自動設(shè)置(Auto Setup) 菜單中選擇性能優(yōu)化整定(Performance Tuner) 。然后按照HART275 的提示就能完成數(shù)字式閥門控制器的整定。

3 應(yīng)用問題分析及解決措施

某石化公司煉油部運(yùn)用了這種新型智能閥門定位器， 經(jīng)過幾年的運(yùn)行與維護(hù)，發(fā)現(xiàn)一些故障問題，并采取相應(yīng)措施得以解決。

3.1 調(diào)節(jié)閥突然不動作

儀表維護(hù)人員接1#柴油加氫工藝操作員電話，調(diào)節(jié)閥FV-101 突然沒有開度， 儀表人員及時(shí)到現(xiàn)場， 待控制閥切出后對FV-101 進(jìn)行檢查。檢查該閥的儀表風(fēng)氣源， 氣源壓力正常， 液晶顯示正常，自動模式給4～20 mA信號控制閥無動作，將定位器控制模式切到手動，按功能鍵控制閥開關(guān)正常，對定位器進(jìn)行自檢操作，自檢完成后定位器投用自動模式給4～20 mA輸入信號控制閥無動作，判斷定位器主板故障，更換后投用正常。

3.2 調(diào)節(jié)閥閥位不準(zhǔn)

工藝人員反映TV3738A現(xiàn)場閥位與主控顯示不一致， 主控DCS輸出開到100%， 現(xiàn)場閥位只能開到80%， 工藝人員將該閥切出后， 儀表維護(hù)人員首先將定位器和閥斷開連接， 給調(diào)節(jié)閥加強(qiáng)制信號， 該閥能全開， 說明該閥沒有問題， 由此判斷該調(diào)節(jié)閥失去線性， 按智能定位器功能鍵重新進(jìn)行調(diào)校后該調(diào)節(jié)閥可正常投入使用。關(guān)于調(diào)節(jié)閥閥位不準(zhǔn)的問題， 特別是在調(diào)節(jié)閥解體或者是在初始安裝的時(shí)候， 調(diào)節(jié)閥的閥位常出現(xiàn)閥位不準(zhǔn)， 這種情況下往往是定位器到反饋桿的支點(diǎn)位置沒有調(diào)整好， 或調(diào)節(jié)閥自動調(diào)校時(shí)有卡的現(xiàn)象， 定位器把卡點(diǎn)認(rèn)為是量程點(diǎn)，也可導(dǎo)致閥位不準(zhǔn)現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.3 調(diào)節(jié)閥喘振

煉油汽柴加氫裝置生產(chǎn)中， LV-201 曾發(fā)生喘振現(xiàn)象，控制閥工作在40%～60%時(shí)有喘振現(xiàn)象，其它點(diǎn)工作正常。懷疑該閥有可能死區(qū)或阻尼系數(shù)不合適，調(diào)整后無效，更換反饋檢測精密電位器， 重新調(diào)校之后， 喘振想象消除。 另部分調(diào)節(jié)閥智能定位器輸入信號不變，控制閥慢慢脫離控制點(diǎn)一定位置后能快速回到原位，類似緩慢喘振。定位器達(dá)到正常工作點(diǎn)時(shí)壓電閥關(guān)閉無氣源輸出，由于輸出管道或調(diào)節(jié)閥膜頭有漏氣導(dǎo)致控制閥慢慢動作，當(dāng)定位器檢測到給定和反饋達(dá)到一定差值時(shí)，定位器輸出使控制閥回到控制點(diǎn)位置，這樣造成了緩慢喘振。解決辦法是檢查氣路密封性， 消除漏氣。

3.4 調(diào)節(jié)閥動作遲鈍

造成調(diào)節(jié)閥動作遲鈍的直接原因是定位器輸出壓力緩慢或不正常。對于智能定位器我們首先采用HART275 進(jìn)行校驗(yàn)， 如果還是動作遲鈍， 可用HART275 進(jìn)入自動設(shè)置菜單中選擇性能優(yōu)化整定或者穩(wěn)定/優(yōu)化來改善調(diào)試結(jié)果， 如果調(diào)節(jié)閥動作仍然遲鈍， 可判斷定位器本身產(chǎn)生了故障， 此種情況的故障原因有以下3種。

a)定位器到轉(zhuǎn)動部分卡死， 造成無反饋力。解決辦法是將轉(zhuǎn)動部分加表面油潤滑， 解除卡死。

b)定位器里的壓電閥受臟物影響關(guān)不嚴(yán)。解決辦法是檢查、清洗壓電閥。

c)控制閥氣缸容積大，定位器輸出排氣風(fēng)量小閥門開關(guān)動作慢。解決辦法是加裝氣動增速器。

3.5 調(diào)節(jié)閥關(guān)不嚴(yán)

在儀表的日常維護(hù)中經(jīng)常遇到調(diào)節(jié)閥關(guān)不嚴(yán)的問題， 在確認(rèn)閥芯閥座無磨損、閥芯閥座間無異物卡、調(diào)節(jié)閥膜頭無漏氣、調(diào)節(jié)閥前后壓差也正常的情況下， 檢查閥門定位器。制氫PSA雙氣缸程控閥關(guān)不到位，檢查定位器輸入信號正常，兩個輸出風(fēng)壓表指示壓力相等，但閥位與輸入信號對應(yīng)不上，校驗(yàn)給信號兩個輸出有變化但差值小，閥門動作慢且關(guān)不嚴(yán)，初步判斷定位器壓電閥故障，解體檢查壓電閥發(fā)現(xiàn)壓電閥密封膜片有輕微損傷漏氣。解決方法，更換壓電閥模塊組件。

4 結(jié)語

由于采用微處理器和新型元件， 智能定位器的性能有了很大的提高， 即能用于有彈簧的單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 也適用于無彈簧的雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其工作電源全部取自4～ 20 mA 信號電源， 不需要增加輔助電源，通過安裝上位軟件提升了對控制閥的監(jiān)控和管理，控制閥故障率大大降低。 這種智能定位雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但隨著其應(yīng)用數(shù)量的增大也發(fā)現(xiàn)存在部分不足，例如智能定位器調(diào)校自檢需要控制閥全行程動作數(shù)次，不自檢定位器無法正常投用。有的工藝條件不允許定位器故障時(shí)對閥門進(jìn)行全行程動作調(diào)校，給原型更換造成一定難度。智能定位器有復(fù)制初始化數(shù)據(jù)(定位器置換)功能，但與正確初始化過的定位器相比，精度和動態(tài)特性是有限的，且操作過于復(fù)雜耗時(shí)?？傊?，智能定位器的使用應(yīng)“因地制宜”合理使用，最大限度地發(fā)揮其效能，提高裝置穩(wěn)定運(yùn)行水平。

[1] 尚群立,蔣鵬. 智能電氣閥門定位器的研制[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào),2007(04):718-721.

[2] 王沁,徐科軍,姜鵬,等. 壓電式閥門定位器參數(shù)尋優(yōu)自整定方法[J]. 電子測量與儀器學(xué)報(bào),2011(07):612-619.

[3] 王秀娟,邱宣振,何衍慶. 智能閥門定位器與非智能閥門定位器比較[J]. 醫(yī)藥工程設(shè)計(jì),2005(01):36-37.

TheApplicationofNewIntelligentValvePositionerinOilRefining

Feng Dongshi
(SINOPEC Tianjin Branch, Tianjin, 300270)

The principle and characteristics of an intelligent valve positioner are expounded. And the faults and causes encountered in the practical application are analyzed and summarized, which provide a reference for the safe and stable production of the oil refining equipment and the safe operation of the equipment.

intelligent valve positioner; control valve; fault diagnoses; fault analysis

2016-10-19

馮東石，助理工程師，1992年畢業(yè)于天津電大工程儀表自動化專業(yè)，現(xiàn)在天津分公司煉化部，主要從事儀表運(yùn)行和管理工作。