加氫裝置高壓調(diào)節(jié)閥在線診斷技術(shù)

方群偉

(中國石油化工集團(tuán)公司 武漢分公司，武漢 430082)

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加氫裝置高壓調(diào)節(jié)閥在線診斷技術(shù)

方群偉

(中國石油化工集團(tuán)公司 武漢分公司，武漢 430082)

摘要：加氫裝置高壓調(diào)節(jié)閥是裝置的關(guān)鍵設(shè)備，為了對儀表進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，同時推進(jìn)儀表設(shè)備預(yù)知性維護(hù)，采用ValveLink軟件對加氫處理、加氫裂化的高壓調(diào)節(jié)閥在線進(jìn)行診斷，了解高壓調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行狀況和存在的問題，為檢維修提供依據(jù)，為儀表設(shè)備預(yù)知性維護(hù)做出有益的探索。

關(guān)鍵詞：加氫裝置高壓調(diào)節(jié)閥ValveLink軟件在線診斷

在自動化程度越來越高的煉油化工裝置中，調(diào)節(jié)閥起著至關(guān)重要的作用，直接控制工藝介質(zhì)流量、溫度、壓力等參數(shù)，一旦出現(xiàn)故障，將直接影響控制回路的投用和裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。關(guān)鍵調(diào)節(jié)閥直接控制裝置主要物料的流量，保障裝置的安全生產(chǎn)。隨著儀表設(shè)備技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，智能閥門定位器大量應(yīng)用到石油化工生產(chǎn)現(xiàn)場[1]，改善了調(diào)節(jié)閥流量特性，提高了調(diào)節(jié)閥各項(xiàng)性能，更重要的是給維護(hù)人員提供了智能化手段，能夠?qū)Χㄎ黄鬟M(jìn)行在線快速設(shè)置、調(diào)整及診斷等工作，更好地提高定位器及調(diào)節(jié)閥的使用效果，為生產(chǎn)裝置平穩(wěn)和優(yōu)化運(yùn)行提供保障。

中國石油化工集團(tuán)公司武漢分公司煉油二期項(xiàng)目加氫處理、加氫裂化裝置高壓調(diào)節(jié)閥采用DVC6010AD智能定位器，配置ValveLink軟件，為調(diào)節(jié)閥診斷提供了硬件及軟件平臺。

1調(diào)節(jié)閥維修方式

1.1故障性維修

調(diào)節(jié)閥是實(shí)現(xiàn)裝置自動控制的重要手段，可隨時根據(jù)工藝控制要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，運(yùn)行的狀況取決于調(diào)節(jié)閥及附件的完好情況，任何一個部件的故障都會影響到調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥配置常規(guī)電氣閥門定位器和其他附件，在調(diào)節(jié)閥投用前，進(jìn)行包括單校、帶定位器調(diào)校及壓力、泄漏測試等檢查，檢查合格后投運(yùn)。如果運(yùn)行正常之后，不做維修處理，只有在調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障時才做切出流程處理。這種故障性維護(hù)是一種傳統(tǒng)的被動性維修，也是目前主要采取的維修方式。

1.2預(yù)防性維修

調(diào)節(jié)閥預(yù)防性維修是根據(jù)調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行時間、重要程度有計(jì)劃地安排各類檢查及維修，通過預(yù)防性維修可以對調(diào)節(jié)閥存在的各種隱患提前進(jìn)行處理，避免各種隱患發(fā)展成突發(fā)故障，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥失靈，直接影響生產(chǎn)。該維修方式可提前發(fā)現(xiàn)問題并及時處理，但它需要將調(diào)節(jié)閥切出流程進(jìn)行，需要儀表、工藝人員統(tǒng)一認(rèn)識，落實(shí)措施，才能有效完成，存在針對性較低、經(jīng)濟(jì)性差等問題。

1.3預(yù)知性維修

調(diào)節(jié)閥預(yù)知性維修是一種基于調(diào)節(jié)閥狀態(tài)檢測技術(shù)的維修方式，維修前通過對調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)檢測，找出調(diào)節(jié)閥存在的問題及隱患，有針對性地進(jìn)行維護(hù)，提高調(diào)節(jié)閥維修的針對性和經(jīng)濟(jì)性。

智能定位器的出現(xiàn)使調(diào)節(jié)閥的診斷成為可能，閥門診斷技術(shù)正在從離線診斷向在線診斷方向發(fā)展，使得預(yù)知性維修成為可能，通過智能診斷軟件指導(dǎo)閥門維修人員確定閥門的維修時間、維修內(nèi)容及維修方法。通過有針對性的預(yù)知性維修，可以減少維修費(fèi)用，提高調(diào)節(jié)閥有效運(yùn)行時間，最終增加效益。

2智能閥門定位器

2.1閥門定位器的作用

閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵附件[2]，對于調(diào)節(jié)質(zhì)量要求高的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以提高調(diào)節(jié)閥的定位精確度及可靠性；用于閥門兩端壓差大的場合，通過提高氣源壓力增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出，克服液體對閥芯產(chǎn)生的不平衡力。當(dāng)被調(diào)介質(zhì)為高溫、高壓、低溫、有毒、易燃、易爆時，為了防止對外泄漏，用定位器可克服時滯。被調(diào)介質(zhì)為黏性流體或含有固體懸浮物時，用定位器可以克服介質(zhì)對閥桿移動的阻力；對于大口徑的調(diào)節(jié)閥用定位器可克服控制信號的傳遞滯后，改善閥門的動作反應(yīng)速度；可用于改善調(diào)節(jié)閥的流量特性，實(shí)現(xiàn)分程調(diào)節(jié)等。

2.2智能閥門定位器

智能閥門定位器的應(yīng)用是進(jìn)行閥門預(yù)知性診斷的基礎(chǔ)[3]，它主要由微控制器CPU，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，壓電導(dǎo)向的氣控閥等部件構(gòu)成，其主要特點(diǎn)： 用壓電控制閥取代噴嘴擋板機(jī)構(gòu)，給定值和報(bào)警值的比較是純電信號，不再是力的平衡，大幅提高了可靠性，降低了耗氣量；采用微控制器，實(shí)現(xiàn)了智能化[4]，通過軟件組態(tài)，可實(shí)現(xiàn)多種功能，大幅節(jié)約了投運(yùn)時間；自動修改控制參數(shù)，補(bǔ)償機(jī)械摩擦的變化和填料老化所造成的問題，達(dá)到最好控制效果。

2.3DVC系列智能定位器

DVC6010 AD智能定位器可以與智能終端或計(jì)算機(jī)進(jìn)行HART通信，利用HART 通信協(xié)議可以將信息集成到控制系統(tǒng)中去或以單個回路為基礎(chǔ)來采集。DVC6010 AD智能定位器接收閥門行程位置的反饋及供氣壓力和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣動壓力，這些數(shù)據(jù)可診斷定位器本身以及所安裝的閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，提供經(jīng)濟(jì)且有效的維修信息。

DVC6010 AD智能定位器診斷出來的主要信息包括： 定位器各組件工作是否正常；閥門摩擦力和死區(qū)的變化；閥門是否卡住；輸出壓力異常氣源壓力低于正常范圍；I/P是否有阻塞；執(zhí)行機(jī)構(gòu)或氣源管泄漏；行程偏差；閥門動作異常分析等。

DVC6200智能定位器是新一代智能定位器，采用非接觸式閥位反饋測量，適用于各種安裝模式，解決了DVC6000系列閥位反饋機(jī)構(gòu)復(fù)雜、故障率高的問題，同時具備閥門狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷功能。

3閥門診斷技術(shù)

3.1ValveLink閥門管理軟件

ValveLink閥門管理軟件[5]是基于DVC6000智能閥門定位器開發(fā)的專用軟件，運(yùn)用先進(jìn)的診斷，流程式校驗(yàn)手段和自動事件歸檔等方法，對定位器進(jìn)行在線組態(tài)、調(diào)試、校驗(yàn)、診斷及數(shù)據(jù)記錄，具有如下優(yōu)勢：

1) 維護(hù)人員可以在控制室連續(xù)監(jiān)測閥門的健康狀況，避免由于故障不能及時排除造成重大損失，為狀態(tài)監(jiān)測提供技術(shù)依據(jù)。

2) 可為預(yù)防性維護(hù)提供設(shè)備故障判斷依據(jù)，減少預(yù)防性維護(hù)人力投入以及備品備件的投入。

3) 利用在線組態(tài)功能，維修人員在控制室對控制閥的組態(tài)修改，無需查詢回路接線圖，無需到現(xiàn)場查線，避免人為失誤，提高維修安全性。

4) 利用先進(jìn)診斷功能，可在線診斷閥門定位器電路功能區(qū)故障、閥門動態(tài)性能，PID回路不穩(wěn)根本原因，閥門運(yùn)行特性、摩擦力以及機(jī)械問題等。

5) 可自動實(shí)現(xiàn)定期、無人干預(yù)的標(biāo)定、診斷管理，自動生成校驗(yàn)報(bào)告、校驗(yàn)曲線以及歷史誤差等。

ValveLink的Monitor界面，通過數(shù)字通信將定位器內(nèi)各種傳感器的數(shù)據(jù)、報(bào)警展現(xiàn)給維護(hù)人員，提示整個閥門是否處于良好運(yùn)行狀況，是否需要在將來一段時間進(jìn)行維護(hù)。其中Dashboard界面直觀地給出設(shè)定值及定位器的實(shí)際行程，定位器輸入、輸出氣壓，讓維護(hù)人員可遠(yuǎn)程獲得定位器工作最關(guān)鍵的信息。

3.2離線診斷

離線診斷需要調(diào)節(jié)閥全開和全關(guān)，調(diào)節(jié)閥應(yīng)從工藝流程中切出，或在停工大修時進(jìn)行。診斷期間，定位器供氣需正常。

3.2.1閥門特征曲線及動態(tài)誤差測試

閥門特征曲線呈現(xiàn)出執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣壓與閥門行程的曲線，如圖1所示。該測試計(jì)算出摩擦力、閥座力、彈簧預(yù)緊力和其他一些變量，主要用來確認(rèn)閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械情況，比如閥內(nèi)件狀況、閥桿磨損、供氣壓力不足、不正確的彈簧預(yù)緊力、摩擦力不夠、卡閥等一些情況。這項(xiàng)測試不僅能夠定性發(fā)現(xiàn)問題，并且能夠定量地給出具體的數(shù)據(jù)，通過這些定量的數(shù)據(jù)給出閥門維護(hù)意見。

圖1　閥門特征曲線

3.2.2驅(qū)動信號及動態(tài)響應(yīng)測試

閥門在50%開度附近，輸出±(0.25%，0.50%，1.00%，2.00%，5.00%，10.00%)的階躍信號；指定的閥門階躍信號與時間的曲線如圖2所示，檢查整個閥門組件的響應(yīng)，小的階躍通常用來判定閥門的動態(tài)性能，大的階躍通常被用來判定連續(xù)的供氣能力以及組件性能。

圖2　階躍響應(yīng)曲線示意

3.2.3全行程掃描

該項(xiàng)測試主要得到閥門的機(jī)械性能，計(jì)算出摩擦力、閥座力、彈簧預(yù)緊力和其他一些變量。該測試能得到閥座的情況，主要用來確認(rèn)閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械情況，比如閥座的磨損、閥桿磨損、供氣壓力不足、不正確的彈簧預(yù)緊力、摩擦力不夠、卡閥等問題都能通過該測試被發(fā)現(xiàn)。

3.3在線診斷

在線診斷需要調(diào)節(jié)閥在正常工況下運(yùn)行，根據(jù)工藝要求正常進(jìn)行調(diào)節(jié)，測試時輸出信號需給出3%～5%變化，ValveLink軟件收集動態(tài)數(shù)據(jù)。

1) 常規(guī)數(shù)據(jù)可獲取供氣壓力、Relay調(diào)節(jié)、行程偏差完整性I/P、空氣流量、閥門摩擦力及死區(qū)等數(shù)據(jù)。

2) 一鍵式掃描功能測試。該功能能夠診斷定位器本身各模塊、I/P和放大器的完好性，放大器調(diào)整，供氣壓力、供氣流量，行程偏差等問題，直接給出問題發(fā)生可能的原因，并給出下一步的措施以排除故障。

3) 閥門摩擦測試。在閥門在線的情況下檢測閥門的摩擦力以及死區(qū)數(shù)據(jù)，摩擦力的檢測值應(yīng)不大于閥門的期待摩擦力值，定期使用此功能可形成摩擦力與死區(qū)的趨勢，實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維護(hù)。

3.4在線診斷優(yōu)點(diǎn)

1) 能夠在閥門正?？刂魄闆r下實(shí)時檢測整個閥門系統(tǒng)的診斷信息，如行程偏差、驅(qū)動信號異常信息，并能夠?qū)?bào)警內(nèi)容和時間存儲在定位器內(nèi)。

2) 能夠在閥門正常受控情況下檢測閥門摩擦力，形成閥門摩擦力變化趨勢，方便備件提前準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維護(hù)。

3) 對報(bào)警信息進(jìn)行分析，部分異常情況的修正根據(jù)報(bào)警信息只需要做出極小的，不影響工藝的改變即可完成。通過對報(bào)警信息分析，避免了閥門盲目的檢維修，幫助提高閥門維護(hù)的準(zhǔn)確性以及維修效率。

4加氫裝置高壓調(diào)節(jié)閥在線診斷

武漢分公司加氫處理、加氫裂化裝置于2013年建成投產(chǎn)，高壓調(diào)節(jié)閥采用FISHER調(diào)節(jié)閥，配DVC6010 AD智能定位器，計(jì)劃2016年停工大修，為對高壓調(diào)節(jié)閥實(shí)施預(yù)知性檢修，2015年8月安排對加氫處理、加氫裂化裝置29臺調(diào)節(jié)閥實(shí)施在線診斷，以便操作人員有針對性地安排日常預(yù)知性維護(hù)，同時為2016年大修提供依據(jù)。

該次閥門診斷服務(wù)涉及加氫處理、加氫裂化2個裝置共29臺調(diào)節(jié)閥，具體診斷閥門清單如下：

1) 一次閥門診斷測試和分析總量： 29臺。

2) ValveLink Exp文件導(dǎo)入/導(dǎo)出總量： 29臺。

3) ValveLink 標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)告(MS Word)總量： 29份。

4) 閥門診斷評級報(bào)表1份。

5) 閥門診斷總結(jié)報(bào)告1份。

5在線診斷分析報(bào)告

5.1診斷總體結(jié)果

對加氫處理、加氫裂化共29臺調(diào)節(jié)閥進(jìn)行診斷工作，通過診斷收集的數(shù)據(jù)，獲知被診斷閥門的歷史使用狀況，以此來判斷閥門是否在工藝受控過程中有抖動，膜片、填料是否已達(dá)到使用壽命，使用周期計(jì)算、行程累積來衡量閥門歷史使用狀況。其中有相對嚴(yán)重問題的為3臺，有一定缺陷和風(fēng)險(xiǎn)的為5臺，有輕微瑕疵的為11臺，情況良好的為10臺[8]。

5.2存在嚴(yán)重問題閥門診斷情況

1) 界位控制閥267-LV-11604B，存在閥門反饋顯示不能全關(guān)/行程漂移問題。從監(jiān)測數(shù)據(jù)看到，當(dāng)輸入閥門信號0，閥門位置停留在13.07%，存在過大的行程偏差。在長期使用的過程中定位器反饋臂受工藝影響較易產(chǎn)生位移，行程傳感器自身內(nèi)部長期使用情況下出現(xiàn)位移，造成行程漂移，閥門出現(xiàn)固定偏差，小信號無響應(yīng)現(xiàn)象；在閥門全關(guān)位置，行程漂移容易造成閥門在全壓差的情況下關(guān)不嚴(yán)，出現(xiàn)內(nèi)漏，對閥內(nèi)件造成損傷；不能排除閥內(nèi)件有雜物，造成閥門不能全關(guān)的可能性。

建議檢查定位器反饋臂連接是否完好，重新標(biāo)定校驗(yàn)；現(xiàn)場需要確認(rèn)閥門是否全關(guān)；有條件建議更換成 DVC6200 非接觸式定位器，消除行程漂移帶來的隱患。若現(xiàn)場觀察閥門不能全關(guān)，則需要檢查閥內(nèi)件。

2) 泵出口流量控制閥267-FV-11902A存在閥門零點(diǎn)漂移，閥內(nèi)件有黏接問題。從監(jiān)測數(shù)據(jù)看到，當(dāng)閥門輸入為0時，定位器反饋回來的信號為-10.36%，顯示閥門零點(diǎn)漂移。從診斷測試的結(jié)果中，閥門在從完全關(guān)閉到打開的瞬間閥位突變，說明閥門內(nèi)件有黏接現(xiàn)象，此現(xiàn)象對閥內(nèi)件損傷極大，同時診斷得出閥門摩擦力遠(yuǎn)小于預(yù)期值。

建議檢查定位器與閥門機(jī)械連接，有條件建議更換成 DVC6200非接觸式定位器，消除行程漂移帶來的隱患；檢查清理閥內(nèi)件，若閥內(nèi)件損壞嚴(yán)重，建議維修甚至更換；更換填料，重新標(biāo)定校驗(yàn)。

3) 泵出口流量控制閥267-FV-11902B存在行程傳感器故障，更換非接觸式定位器DVC6200。從檢測數(shù)據(jù)可以看到，診斷軟件提示整個閥門狀態(tài)為矢效，閥門設(shè)定值為0，而反饋閥位為725%，在響應(yīng)的Alert 界面中，出現(xiàn)了行程傳感器報(bào)警，說明定位器行程傳感器故障。定位器行程傳感器故障會導(dǎo)致定位器閉環(huán)控制無反饋，閥門不受控，建議更換成 DVC6200非接觸式定位器。

6結(jié)束語

該公司采用ValveLink軟件對加氫處理、加氫裂化29臺高壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行在線診斷測試，是對儀表預(yù)知性維護(hù)所做的有益探索。在線診斷工作需要儀表人員和工藝人員配合完成，對輸出信號給出3%～5%階躍，利用閥門在一定范圍內(nèi)動作情況進(jìn)行測試，收集診斷數(shù)據(jù)。工藝與儀表人員對29臺閥門診斷結(jié)果與實(shí)際閥門運(yùn)行情況檢查對比，安排日常預(yù)知性維護(hù)及大檢修工作。對3臺存在嚴(yán)重問題的閥門安排切出流程處理，對5臺有一定缺陷和風(fēng)險(xiǎn)的閥門，安排準(zhǔn)備填料及閥內(nèi)件，落實(shí)在下次大檢修完成，為裝置平穩(wěn)優(yōu)化生產(chǎn)提供保證。

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Hydrogenation Plant High Pressure Regulating Valve Online Diagnostic Technology

Fang Qunwei

(Sinopec Wuhan Company,Wuhan, 430082, China)

Abstract:High pressure regulating valve is the key equipment for hydrogenation unit. To carry through and carry forward predictive maintenance for the instruments, online diagnosis of high pressure regulating valves for hydrotreating and hydrocracking is conducted with ValveLink software to understand the running condition and problems exited. It provides basis for instrument maintenance and inspection. It also provides helpful exploration for instrument predictive maintenance.

Key words:hydrogenation plant; high pressure regulating valve; ValveLink software; online diagnosis

作者簡介：方群偉(1965—)，男，1987年畢業(yè)于武漢工程大學(xué)生產(chǎn)過程及自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于中國石油化工股份有限公司武漢分公司，從事儀表設(shè)備管理工作，任機(jī)動處儀表電氣科長，高級工程師，公司高級專家。

中圖分類號：TH138.52

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)02-0046-04

稿件收到日期： 2015-10-24，修改稿收到日期： 2016-01-16。