淺析智能型定位器在乙烯項目中的應用

王秋杰

(中沙(天津)石化有限公司 設備管理部，天津 300271)

天津乙烯項目主要包括： 1 Mt/a乙烯裝置、650 kt/a裂解汽油加氫裝置、300 kt/a線性低密度聚乙烯裝置、300 kt/a高密度聚乙烯裝置、450 kt/a聚丙烯裝置、40 kt/a環(huán)氧乙烷、360 kt/a乙二醇裝置、350 kt/a苯酚丙酮裝置、200 kt/a丁二烯、120 kt/a MTBE等工藝裝置以及公用工程、儲運和輔助設施。

調(diào)節(jié)閥是流體輸送中的重要部件，在大型化工裝置中應用最廣泛的是氣動調(diào)節(jié)閥。閥門主要用于啟閉、節(jié)流和保障管道及設備的安全，所以其能否穩(wěn)定、精確地調(diào)節(jié)直接影響著裝置的安全平穩(wěn)運行。鑒于調(diào)節(jié)閥在化工裝置中的重要性，項目集中采用某品牌的智能型定位器，充分利用其在線診斷軟件，實時監(jiān)控閥門的運行狀態(tài)，努力實現(xiàn)將事后維修轉(zhuǎn)化為預知性維修，最大限度地降低因閥門原因非計劃停車的風險。筆者簡要介紹了智能型定位器在化工裝置中應用所積累的經(jīng)驗。

1 智能型定位器的作用

智能型定位器是調(diào)節(jié)閥的主要附件，它將閥桿位移信號作為輸入的反饋測量信號PV,以控制器(DCS)輸出信號作為設定信號SP進行比較，當兩者有偏差時，改變其到執(zhí)行機構的輸出信號MV，使執(zhí)行機構動作，建立了閥桿位移與控制器輸出信號之間的一一對應關系。因此，智能型定位器組成以閥桿位移為測量信號，以控制器輸出為設定信號的反饋控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的操縱變量是閥門定位器去執(zhí)行機構的輸出信號。智能型定位器工作原理如圖1所示。

2 調(diào)節(jié)閥故障現(xiàn)象及對策

2．1 調(diào)節(jié)閥故障現(xiàn)象

項目運行一年后，某裝置連續(xù)出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥不可控的現(xiàn)象，如閥門故障后，出現(xiàn)閥位有時停留在故障前位置，有時又突然關閉等現(xiàn)象。通過對整個回路的檢查，基本排除了控制系統(tǒng)及中間電纜的問題，為不影響生產(chǎn)運行，儀表工對智能型定位器進行重啟操作，之后調(diào)節(jié)閥正常運行?；谥悄苄投ㄎ黄鞴收蠒r，調(diào)節(jié)閥完全處于不可控狀態(tài)，這對生產(chǎn)平穩(wěn)運行產(chǎn)生巨大的影響，甚至會導致停車。表1 為調(diào)節(jié)閥故障記錄。

圖1 智能型定位器工作原理示意

表1 調(diào)節(jié)閥故障記錄

2．2 智能定位器故障原因

基于上述調(diào)節(jié)閥的故障現(xiàn)象，為避免類似情況的發(fā)生，對定位器解體后，發(fā)現(xiàn)所有I/P、放大器等內(nèi)部組件存在油漬及雜物的現(xiàn)象。由此可以推斷，部分異物也會進入I/P內(nèi)，將其內(nèi)部節(jié)流孔堵塞(節(jié)流孔直徑為150 μm)；另外噴嘴也會發(fā)生堵塞(噴嘴處直徑為200 μm)。定位器噴嘴工作原理如圖2所示，一旦噴嘴處被異物所堵，所有氣量將通入放大器，使閥門處于全開或全關狀態(tài)；一旦節(jié)流孔堵塞，通入放大器的氣量保持不變，閥門處于當前位置，不可調(diào)節(jié)。以上兩種情況反應了某裝置閥門出現(xiàn)故障的現(xiàn)象。

圖2 智能定位器噴嘴原理示意

2．3 智能定位器故障處理

鑒于裝置正處于生產(chǎn)運行期間，為最大限度地降低閥門故障的風險，定期對儀表風進行排疑處理，針對特別重要的閥門擇機檢查更換定位器。2013年，利用各裝置停車檢修機會，對全廠儀表風管線進行吹掃打靶，對其露點、粉塵、油含量等數(shù)據(jù)進行檢測，從源頭處給予處理；對所有過濾減壓閥進行檢查、更換；對所有定位器內(nèi)各組件進行吹掃、清潔。

3 智能定位器診斷功能的應用

3．1 定位器診斷功能的優(yōu)勢

智能定位器診斷功能的充分利用能夠有效地將事后維修向事前維修轉(zhuǎn)變，通過合理地開展預見性維護活動，大幅降低檢修的成本，減少各裝置非計劃停車的次數(shù)。在應用過程中，能夠?qū)λ姓{(diào)節(jié)閥進行在線監(jiān)視；通過對數(shù)據(jù)的分析歸納，及時發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥存在的隱患，有針對性地采取措施進行處理。圖3為定位器在線、離線診斷功能相結(jié)合的應用流程。

3．2 定位器診斷功能介紹

智能定位器不僅能夠在線監(jiān)視與閥門有關的64個參數(shù)及其趨勢記錄，而且通過動態(tài)性能測試能夠了解閥門存在的故障，做出科學的決策，減少維護的成本。

1) 閥門特性曲線。檢測并提供壓力- 全行程(-5%～105%)的曲線、執(zhí)行機構彈簧彈性系數(shù)、彈簧預緊力實際值、實際填料摩擦力以及理想的摩擦力范圍、實際閥座關緊力等信息。閥門特性曲線提供了最完整的閥門診斷信息，以評估閥門組件的故障問題，為閥門檢修做出科學決策，減少閥門故障對生產(chǎn)的影響。

圖3 定位器診斷流程示意

2) 動態(tài)誤差帶。提供全行程(-5%～105%)-輸入信號的曲線,有8 000個采樣點,帶分析數(shù)據(jù)?？商峁﹂y門的滯后、死區(qū)以及動態(tài)誤差的圖形化與數(shù)據(jù)分析。

3) 階躍響應。提供30個階躍響應，帶分析數(shù)據(jù)?？稍u估閥門如何對DCS信號作出響應，獲得閥門超調(diào)、滯后、死區(qū)、t63和t86的數(shù)據(jù)分析。

4) 在線性能診斷。根據(jù)化工行業(yè)的生產(chǎn)特性，性能診斷由連續(xù)、間斷性、定時定期三種方式相結(jié)合。診斷出執(zhí)行機構與儀表的性能狀態(tài)，計算閥門的摩擦與死區(qū)的數(shù)值，并畫出它們的趨勢曲線，發(fā)現(xiàn)問題故障產(chǎn)生的原因并提供有效的解決辦法。在線性能診斷可在線監(jiān)控閥門的性能，及早發(fā)現(xiàn)潛在的閥門問題，實現(xiàn)閥門的預防性維護。減少非計劃的停車，增加設備運行時間，從而有效地提高工廠產(chǎn)出。

5) 生成的診斷報告。在線診斷軟件可導出可讀格式，直接輸入到儀表設備管理系統(tǒng)(AMS)里；MS Word電子格式，用于存儲記錄；MS Word硬拷貝格式，用于記錄歸檔。

3．3 定位器診斷功能的應用實例

筆者以某項目中調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)的故障為例，簡要介紹定位器診斷功能在實際處理問題中的良好應用，希望讀者以此為參照能夠充分利用診斷功能，努力做到調(diào)節(jié)閥的預防性維護。

3．3．1調(diào)節(jié)閥的故障現(xiàn)象

某項目中的調(diào)節(jié)閥進行在線診斷后，存在如下缺陷： 行程偏差較大(25%)；I/P的驅(qū)動信號較大(90%)；死區(qū)較大(6%)。

3．3．2調(diào)節(jié)閥的故障分析

鑒于調(diào)節(jié)閥在線診斷中發(fā)現(xiàn)的問題，為進一步分析故障原因，對調(diào)節(jié)閥進行一次行程試驗，得到異常曲線，故障現(xiàn)象有以下三種： 閥門關閉時存在卡住的現(xiàn)象，即輸入信號大于25%時，調(diào)節(jié)閥才開始動作；調(diào)節(jié)閥不能全開；調(diào)節(jié)閥在關閉過程中抖動較大。

通過對該閥門解體檢修，發(fā)現(xiàn)汽缸和閥門的連接桿、滑塊以及滑軸等處存在磨損的現(xiàn)象。通過對相關部件的修復及更換，調(diào)節(jié)閥回裝并投入運行。

3．3．3調(diào)節(jié)閥修復后的效果

調(diào)節(jié)閥進行檢修后，再次進行離線診斷測試，閥門特性和動態(tài)偏差帶曲線及數(shù)據(jù)表明閥門性能得到改善,閥門重新置于投入使用狀態(tài)。

3．4 定位器診斷功能的發(fā)展趨勢

調(diào)節(jié)閥被安裝在各種過程裝置上，長期穩(wěn)定、可靠地高負荷運轉(zhuǎn)，地位十分重要。帶智能定位器的調(diào)節(jié)閥，通過其診斷軟件實時監(jiān)測自身的狀況，為設備操作員和維修工程師采集重要的信息，實現(xiàn)了閥門故障診斷智能化。只有充分地利用診斷功能才能有效地將被動式的維修轉(zhuǎn)變?yōu)檫m時的維護，實現(xiàn)企業(yè)的效益最大化。調(diào)節(jié)閥事前、事后維護流程如圖4 所示。

圖4 調(diào)節(jié)閥事前、事后維護流程示意

另為保證調(diào)節(jié)閥精準地調(diào)校、嚴密地關斷，還需在以下幾方面繼續(xù)完善：

1) 在閥體設計、執(zhí)行器方面加以改進，提高智能定位器可靠性，加強密封以及材質(zhì)的多樣化。

2) 提高閥芯、閥座材料質(zhì)量，使閥門不易卡死，零件損壞后容易更換，產(chǎn)品便于調(diào)試。

3) 定位器應向智能化、標準化、精小化、旋轉(zhuǎn)化、安全化和無線化方向發(fā)展，實現(xiàn)數(shù)字通信、自診斷、標準化的選型程序，實現(xiàn)產(chǎn)品的互換性。

4) 提供正確的選型，提高調(diào)節(jié)閥使用的可靠性和壽命。

5 結(jié)束語

筆者淺析了智能型閥門定位器在乙烯項目中的應用，只有精心地維護、細心地分析，才能發(fā)揮其優(yōu)勢，從而保證裝置的安穩(wěn)長滿優(yōu)運行。智能型閥門定位器是未來定位器發(fā)展的方向，期待智能型定位器在工業(yè)控制系統(tǒng)中有更加廣泛的應用前景。

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