控制閥智能診斷功能在煉化企業(yè)中的應用

李永帥，陳庚曉

（中國石油化工股份有限公司 天津分公司，天津 300271）

0 引言

隨著中國工業(yè)智能化技術不斷發(fā)展，提出了中國制造2025計劃，對于提質(zhì)增效的需求也在不斷進步和改善。對于裝置大檢修這項定期工作，做到精準維修可以減少采購備件的時間和費用成本，減少非計劃性下線的控制閥數(shù)量，大大降低控制閥的過修等情況。

某煉化企業(yè)2020年控制閥大修順利完成，在一定程度上得益于Fisher DVC系列智能定位器及其診斷功能，輔助大修計劃的制定及驗證維修效果。本文針對智能化應用部分，結合本次大修做出總結。

1 Fisher DVC系列定位器簡介

DVC系列定位器采用模塊化設計，除外殼和底座外分為機械部分和電子部分。機械部分是特殊設計的電/氣轉(zhuǎn)換器和氣動放大器，電子部分是采用全塑封處理的印刷電路板，可以有效抵抗外部環(huán)境的各種干擾和腐蝕，提高運行穩(wěn)定性，并且內(nèi)置多個傳感器，用于采集信息和進行數(shù)據(jù)分析[1]。

2 診斷軟件功能介紹

除常規(guī)運用AMS嵌入ValveLink軟件，對配備DVC系列定位器的控制閥進行診斷外，也可運用適用于475以上現(xiàn)場通訊器的ValveLink Mobile功能，維護人員可直接在現(xiàn)場對DVC系列定位器的控制閥進行各種診斷。

ValveLink Mobile軟件是與DVC系列智能定位器配套的診斷軟件，能對控制閥進行數(shù)據(jù)采集和診斷分析，也可以在線對控制閥的運行情況進行監(jiān)控，并且確認出控制閥是否存在隱性故障和表征故障，幫助維護人員判斷是否需要對氣動調(diào)節(jié)閥進行下線檢修，避免閥門性能惡化，影響裝置的正常運行。也為維護人員提前采購備件和采購哪些備件提供了很好的依據(jù)，避免盲目地采購大量備件。

其診斷功能分為在線式（PD版本）、離線式（AD版本）。

在線式診斷功能：可實時采集參數(shù)監(jiān)測和報警，包括輸入信號、設定點、行程、氣源壓力、輸出壓力、驅(qū)動信號、溫度、行程、控制閥動態(tài)響應等多種參數(shù)。同時，對過程參數(shù)和控制閥的運行健康狀態(tài)以及定位器的運行狀態(tài)和健康狀態(tài)提供實時報警，實現(xiàn)在線故障檢測與診斷。

離線式診斷功能：可對控制閥進行詳細數(shù)據(jù)分析，包括填料摩擦力/摩擦力矩，控制閥關緊力，彈簧預緊力、線性度、死區(qū)及滯后，對輸入信號的響應速度、精度等均有分析，以判斷控制閥是否處于最佳狀態(tài)[2]。

3 傳統(tǒng)大修方式

隨著20世紀六七十年代國內(nèi)工業(yè)的迅速崛起，在短時間內(nèi)建立起了比較全面的工業(yè)經(jīng)濟體系，但更多的側重點在開源上，對于大修、壞了才修的觀念深入人心。在以往的大修中，調(diào)節(jié)閥下線維修計劃主要來源于兩方面：一是工藝人員對控制閥性能的要求；二是在現(xiàn)場裝置開車前，儀表人員現(xiàn)場對照控制閥動作情況。

在傳統(tǒng)的方式中可以看出，下線維修計劃更多地依賴于現(xiàn)場人員的經(jīng)驗，會存在視線盲點，生產(chǎn)人員會下意識地關注關鍵工況。開車前聯(lián)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)問題后才下線，會造成維修周期緊張，對于維修質(zhì)量和費用都無法把控。

4 某煉化企業(yè)2020年大修

緊跟智能化技術發(fā)展，應用調(diào)節(jié)閥診斷技術為本次大修提供指導和依據(jù)。

本次診斷在煉油部，11套裝置，共計1100多臺調(diào)節(jié)閥，其中Fisher407臺，其他品牌735臺，以評分制體現(xiàn)閥門狀況，1分～3分將嚴重程度依次遞增，NA為本次未診斷或數(shù)據(jù)不足以判斷閥門狀況。

整體評分分布如圖1所示。

由電力線所引起的無人直升機事故頻頻發(fā)生， 因而確保無人機飛行安全一個很重要的方面就是對電力線的檢測[6]，無人機避障技術的應用是無人機安全巡檢輸電線路的保證。毫米波雷達系統(tǒng)能滿足無人機避障全天候的工作要求，在成本和通用性上優(yōu)于其他避障技術。本文的創(chuàng)新點在于將調(diào)頻連續(xù)波應用于無人機避障雷達，并通過雙CPU主從搭配架構設計，主CPU最大程度保證回波信號的運算處理，從CPU負責人機交互與上位機通信，并可通過從機設置報警上限及其他系統(tǒng)參數(shù)，主從CPU通過雙口RAM進行數(shù)據(jù)共享，最大程度保證數(shù)據(jù)利用效率。

圖1 各裝置控制閥評分分布圖Fig.1 Distribution chart of control valve score of each device

評分在1和1.5的位號，可通過軟件設置解決問題，評分在2分及以上的位號，如開關不到位、死區(qū)過大、喘振嚴重等問題，則需要現(xiàn)場落實閥門或附件情況，或下線解體維修，以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。

在數(shù)據(jù)基礎下，完善了大修下線計劃。

以柴油加氫裝置為例，共有調(diào)節(jié)閥124臺，在大修前對108臺閥門進行診斷，評分分布如圖2所示。

圖2 診斷評分分布圖Fig.2 Distribution of diagnostic scores

其中，發(fā)現(xiàn)問題如死區(qū)大、開關不到位、行程有變化、摩擦力異常等問題，匯總見表1。

表1 控制閥問題統(tǒng)計Table 1 Statistics of control valve problems

補充了大修下線維修計劃，在大修期間處理需要線下解決的問題，開車后在陸續(xù)消項，保證生產(chǎn)安全、穩(wěn)定運行。

以FV-40102為例，低壓蒸汽進換熱器控制閥無旁路，如該閥故障將引起下游設備故障，造成國控源排放超標，影響整個裝置及全廠開車。

從圖3可以看出，目標線以25%為階躍，閥門實際并未動作，甚至閥位在0點以下，現(xiàn)場確認無定位器故障后，將閥門下線后發(fā)現(xiàn)該閥體已報廢。

圖3 控制閥階躍響應曲線Fig.3 Step response curve of control valve

相對于控制閥門的故障，外漏的風險遠大于自身故障風險，除大修期間控制閥閥體常規(guī)測厚外，控制閥填料函也稱為泄漏風險點之一。利用診斷軟件進行檢測，在線對控制閥的摩擦力和死區(qū)分析，從而有助于發(fā)現(xiàn)填料摩擦力是否發(fā)生變化。填料磨損嚴重會導致摩擦力變小，從而有泄漏的風險。閥芯密封環(huán)如有磨損或粘連，也會導致摩擦力變化，死區(qū)發(fā)生變化會嚴重影響控制閥整體的控制性能，響應速度可能變慢。

以FV-11702為例，冷低壓分離器出口冷低分油控制閥，無副線，若控制閥故障，將造成高含硫低分油外漏，影響裝置安全，全行程測試曲線如圖4所示。

圖4 控制閥全行程測試曲線Fig.4 Control valve full stroke test curve

診斷后數(shù)據(jù)為Average Friction：31 lbf，Minimum Friction：17 lbf，Maximum Friction：45.12 lbf，Expected Packing Friction：75 lbf，通過對數(shù)據(jù)及圖譜分析發(fā)現(xiàn)，控制閥摩擦力偏低。經(jīng)現(xiàn)場檢查，控制閥填料壓蓋已壓至最緊處，無可調(diào)節(jié)裕度。更換填料后重新進行診斷，數(shù)據(jù)為Average Friction：81 lbf，Minimum Friction：65 lbf，Maximum Friction：99.46 lbf，且診斷通過。

診斷系統(tǒng)為提前發(fā)現(xiàn)問題，制定有針對性檢維修計劃，減少非計劃型檢維修計劃，降低安全運行風險等方面提供了依據(jù)，為控制閥維修留出了足夠的時間，保證了順利回裝的時間節(jié)點。

同時，在診斷過程中，還發(fā)現(xiàn)其中23臺控制閥在10年時間內(nèi)動作不超1000次，對于長期不動作的控制閥也需要加強關注，以防止緊急情況下控制閥無法動作。以硫磺裝置為例，由于裝置運行期間介質(zhì)溫度較高，含硫氣體內(nèi)的硫以氣液兩態(tài)存在，在某些管線控制閥長期關閉處或裝置停工后，雖進行了吹掃并做了相應的防固態(tài)硫的措施，但仍未完全避免硫凝固后造成的控制閥卡澀甚至破壞閥桿與閥體軸套之間的密封。從圖5可以看出，硫磺裝置碟閥內(nèi)仍存有大量硫磺，造成控制閥卡澀下線維修。

圖5 蝶閥卡澀Fig.5 The butterfly valve is jammed

5 傳統(tǒng)開車模式

在裝置聯(lián)調(diào)階段，需要施工或保運單位對控制閥進行聯(lián)調(diào)，需要以人工的形式現(xiàn)場核實控制室發(fā)出的指令是否能使控制閥準確動作到位。

在傳統(tǒng)模式中，需要克服現(xiàn)場的種種困難。如夜間作業(yè)，需要人員加班加點，視線不好，存在風險；雨天作業(yè)，惡劣的天氣會增加施工難度，存在風險；登高作業(yè)，需要在外加保護措施的前提下小心工作，依然存在風險；交叉作業(yè)，如探傷，一般在夜間進行，會進行清場，無法作業(yè)等，或可導致工期延誤。

6 某煉化企業(yè)新裝置開車模式

本次6套新建裝置開車，采用智能化模式，通過Fisher DVC系列智能定位器及診斷軟件進行批量調(diào)試和診斷來調(diào)試和驗證閥門動作情況，優(yōu)勢明顯。

1）節(jié)省人力，本次開車由本廠工程師一人在工程師站進行設置，并定時查看進度及驗證閥門動作情況。

2）節(jié)省成本，降低風險。這個成本包括時間成本和經(jīng)濟成本，遠程操作不涉及人員在現(xiàn)場作業(yè)的風險，并可減少查看閥門的路程時間。

3）通過分析診斷結果，及時、有針對性地處理現(xiàn)場問題，做到人力、物力的合理調(diào)配。

7 總結

在科技力量飛速發(fā)展的進程中，某煉化企業(yè)敢于嘗試、創(chuàng)新，將新型診斷技術與現(xiàn)場實際情況結合，保證了大修期間的順利開車，同時整理了全廠控制閥的數(shù)據(jù)信息，為后期日常運維提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎，提高了管理效率，在智能化工廠的進程中又邁出了堅實的一步。