石化領(lǐng)域中閥門定位器診斷功能的分析及應(yīng)用

曹峻峰（中國(guó)寰球工程公司 北京市朝陽(yáng)區(qū) 10012）

引言：

由于石化工業(yè)生產(chǎn)具有易燃、易爆、有毒、強(qiáng)腐蝕性、工作環(huán)境惡劣等特征，所以是一項(xiàng)高危險(xiǎn)的行業(yè)，一旦發(fā)生意外事故，往往造成十分慘重的傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，高危險(xiǎn)性迫使石化企業(yè)加大了自動(dòng)化和智能化控制設(shè)備的投入，生產(chǎn)過(guò)程控制需要大量控制閥及其診斷性維護(hù)，以實(shí)現(xiàn)安全強(qiáng)化的高效能管理過(guò)程，從而將危險(xiǎn)性盡最大可能降到最低。智能閥門定位器作為控制閥的主要部件，診斷技術(shù)不斷發(fā)展與完善，智能閥門定位器診斷技術(shù)在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越大的診斷、控制和檢測(cè)作用。

一、智能閥門定位器針對(duì)傳統(tǒng)閥門定位器的優(yōu)勢(shì)

1.傳統(tǒng)的閥門定位器是由調(diào)節(jié)器或輸出安全柵送來(lái)的4～20mAD C電流輸入線圈時(shí)，使位于線圈之中的動(dòng)鐵磁化而工作的。因?yàn)閯?dòng)鐵位于永久磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，因此，兩磁場(chǎng)相互作用，對(duì)動(dòng)鐵產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩，使它以支點(diǎn)為中心偏轉(zhuǎn)。如信號(hào)增加，則杠桿左側(cè)應(yīng)向下運(yùn)動(dòng)。這時(shí)固定在杠桿上的擋板便靠近噴嘴，使放大器背壓增高，經(jīng)放大后的輸出氣壓作用于凋節(jié)閥的膜頭上，使其閥桿下移。閥桿的位移通過(guò)拉桿轉(zhuǎn)換為反饋軸和反饋壓板的角位移，再通過(guò)調(diào)量程支點(diǎn)使反饋機(jī)體運(yùn)動(dòng)。固定在杠桿另一端上的反饋彈簧被拉伸，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)反饋力矩，使杠桿平衡，同時(shí)閥桿也穩(wěn)定在一個(gè)相應(yīng)的確定位置上，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)電流與位置之間的比例關(guān)系。但是，傳統(tǒng)的閥門定位器的放大器恒節(jié)流孔極易發(fā)生堵塞，背壓最大、放大器球閥卡死，噴嘴與擋板關(guān)不嚴(yán)等缺點(diǎn)。

2.在石油化工生產(chǎn)中，智能型閥門定位器與常規(guī)閥門定位器相比，具有一些顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和特征。在進(jìn)行調(diào)試矯正過(guò)程中，智能閥門定位器比常規(guī)閥門定位器操作方便、簡(jiǎn)單，更容易掌握。與常規(guī)閥門定位器相比，智能閥門定位器不需要其他一些調(diào)節(jié)控制設(shè)備的輔助就能夠進(jìn)行自動(dòng)化的識(shí)別和控制操作，并且在過(guò)程中可以自動(dòng)化進(jìn)行最優(yōu)狀態(tài)的控制調(diào)整，能夠?qū)Σ煌恼{(diào)節(jié)控制要求進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)置。例如，在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，如果需要調(diào)節(jié)控制閥門進(jìn)行強(qiáng)制全部關(guān)閉時(shí)，它的智能化操作控制系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)調(diào)節(jié)輸入的信號(hào)變化將其控制調(diào)節(jié)的生產(chǎn)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)制切斷，以此實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的強(qiáng)制全部關(guān)閉設(shè)置。這一切都得歸功于智能型閥門定位器使用的軟件控制系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)設(shè)定的軟件系統(tǒng)，運(yùn)行中使用的是一個(gè)全自動(dòng)的配置程序。

二、石化領(lǐng)域中智能閥門定位器診斷功能的分析與應(yīng)用

1.當(dāng)閥門初始化時(shí)，整臺(tái)閥的性能得到測(cè)試，參數(shù)得到優(yōu)化，如果產(chǎn)生故障，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息。報(bào)警信息：預(yù)防性報(bào)警——控制閥狀態(tài)輕度磨損，將來(lái)還會(huì)繼續(xù)磨損，但目前閥門還能正常工作；維修報(bào)警—— 閥門狀態(tài)已嚴(yán)重磨損，目前尚能正常工作，但隨時(shí)可能發(fā)生故障；故障報(bào)警—— 提醒設(shè)備操作員，閥門已經(jīng)發(fā)生故障。反應(yīng)檢測(cè)信息出現(xiàn)在控制閥哪些部件上；分析造成故障的原因—— 如何解決上述故障。

2.在使用前通過(guò)智能閥門定位器可以對(duì)控制閥進(jìn)行原始初始化，初始化后的全部閥門原始狀態(tài)信息被定位器存儲(chǔ)。這樣帶智能定位器的控制閥開始自動(dòng)初始化工作，包括確定定位器的機(jī)械行程范圍和自動(dòng)調(diào)整其工作時(shí)的最佳指標(biāo)參數(shù)等，定位器根據(jù)當(dāng)前確定的這些機(jī)械方面的信息和指標(biāo)參數(shù)應(yīng)用信號(hào)算法來(lái)控制閥門的開閉。閥門的工作狀態(tài)正常與否是至關(guān)重要的，定位器實(shí)時(shí)對(duì)其不間斷地檢測(cè)與分析，一旦產(chǎn)生故障，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，所有檢測(cè)分析的結(jié)果都存儲(chǔ)在定位器的存儲(chǔ)器中，以至向設(shè)備操作員或維修工程師提供診斷與維修故障方面的信息等。

3.智能閥門定位器利用其標(biāo)準(zhǔn)診斷功能雖然能夠識(shí)別診斷主要的閥門狀態(tài)錯(cuò)誤，但是對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)查明故障的直接原因是一件很困難的事情，用戶需要一個(gè)能夠查出故障原因的可行性的“診斷報(bào)告”。所以目前智能閥門定位器廠家在提供標(biāo)準(zhǔn)診斷功能之外還進(jìn)行了診斷功能的擴(kuò)展，以滿足用戶的各種需求。擴(kuò)展主要集中在以下兩個(gè)方面：

（1）在智能閥門定位器內(nèi)安裝輔助傳感器，執(zhí)行器需要斷開時(shí)，利用此傳感器檢測(cè)此時(shí)的氣動(dòng)輸入和輸出信號(hào)的變化大小，從而判斷閥內(nèi)件與執(zhí)行器的工作情況是否正常。對(duì)于這種方法，絕大多數(shù)廠家都是安裝壓力傳感器來(lái)測(cè)量加載到執(zhí)行器膜片上的壓力，這種壓力與閥位相關(guān)。在線操作模式下，只有把閥運(yùn)行時(shí)的信號(hào)記錄下來(lái)，才能夠提供摩擦力和壓力分析報(bào)告，這樣就能得出一個(gè)比較行之有效的“診斷報(bào)告”。

（2）通過(guò)特殊的程序軟件在參考初始閥位有小幅改變后，無(wú)論是在線還是離線，響應(yīng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化就會(huì)被記錄在智能閥門定位器的存儲(chǔ)器中，從而形成一個(gè)清晰的變化圖象，通過(guò)這個(gè)變化圖象分析是延遲時(shí)間和傳送時(shí)間是增加還是減少，并通過(guò)圖象分析結(jié)合數(shù)學(xué)仿真模塊分析的方法對(duì)閥門工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)、診斷分析。這樣也能得到一個(gè)“診斷報(bào)告”，便于用戶查出故障原因。

（3）診斷過(guò)程和測(cè)試應(yīng)該完全在定位器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)類似交通燈編碼系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出狀態(tài)報(bào)警，同時(shí)這些報(bào)警會(huì)被過(guò)程控制系統(tǒng)顯示在適當(dāng)?shù)氖跈?quán)等級(jí)上維修人員對(duì)報(bào)警感興趣，操作員則未必感興趣中信息的預(yù)診斷分析功能及處理，提示維修人員將來(lái)要出現(xiàn)的維修情況。

三、石化領(lǐng)域中智能閥門定位器診斷功能的發(fā)展展望

1.制定嚴(yán)格的控制閥以及定位器軟件標(biāo)準(zhǔn)，所有的工程軟件或者過(guò)程控制軟件必須完全符合該標(biāo)準(zhǔn)。

2.逐級(jí)分類診斷信息，分類的越詳細(xì)越好，滿足不同的各個(gè)層次的用戶需求。

結(jié)束語(yǔ)

智能閥門定位器是一種能對(duì)石油化工生產(chǎn)系統(tǒng)中的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)診斷的重要系統(tǒng)裝置。氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥已經(jīng)非常廣泛的應(yīng)用到了石油化工行業(yè)的生產(chǎn)中，許多石油化工生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行都離不開它的調(diào)節(jié)控制。所以閥門定位器調(diào)節(jié)質(zhì)量的好壞對(duì)于氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥使用有直接的影響，從而也對(duì)石油、化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)有很大的影響。

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