石化領(lǐng)域中閥門定位器診斷功能的分析及應用

曹峻峰（中國寰球工程公司 北京市朝陽區(qū) 10012）

引言：

由于石化工業(yè)生產(chǎn)具有易燃、易爆、有毒、強腐蝕性、工作環(huán)境惡劣等特征，所以是一項高危險的行業(yè)，一旦發(fā)生意外事故，往往造成十分慘重的傷亡和財產(chǎn)損失。因此，高危險性迫使石化企業(yè)加大了自動化和智能化控制設(shè)備的投入，生產(chǎn)過程控制需要大量控制閥及其診斷性維護，以實現(xiàn)安全強化的高效能管理過程，從而將危險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)過程中發(fā)揮著越來越大的診斷、控制和檢測作用。

一、智能閥門定位器針對傳統(tǒng)閥門定位器的優(yōu)勢

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的4～20mAD C電流輸入線圈時，使位于線圈之中的動鐵磁化而工作的。因為動鐵位于永久磁鋼所產(chǎn)生的磁場中，因此，兩磁場相互作用，對動鐵產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩，使它以支點為中心偏轉(zhuǎn)。如信號增加，則杠桿左側(cè)應向下運動。這時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。閥桿的位移通過拉桿轉(zhuǎn)換為反饋軸和反饋壓板的角位移，再通過調(diào)量程支點使反饋機體運動。固定在杠桿另一端上的反饋彈簧被拉伸，產(chǎn)生一個負反饋力矩，使杠桿平衡，同時閥桿也穩(wěn)定在一個相應的確定位置上，從而實現(xiàn)了信號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)不嚴等缺點。

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，具有一些顯著的應用優(yōu)勢和特征。在進行調(diào)試矯正過程中，智能閥門定位器比常規(guī)閥門定位器操作方便、簡單，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)備的輔助就能夠進行自動化的識別和控制操作，并且在過程中可以自動化進行最優(yōu)狀態(tài)的控制調(diào)整，能夠?qū)Σ煌恼{(diào)節(jié)控制要求進行最優(yōu)化設(shè)置。例如，在石油化工生產(chǎn)過程中，如果需要調(diào)節(jié)控制閥門進行強制全部關(guān)閉時，它的智能化操作控制系統(tǒng)就會根據(jù)調(diào)節(jié)輸入的信號變化將其控制調(diào)節(jié)的生產(chǎn)運行設(shè)備進行強制切斷，以此實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的強制全部關(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)是一個自動設(shè)定的軟件系統(tǒng)，運行中使用的是一個全自動的配置程序。

二、石化領(lǐng)域中智能閥門定位器診斷功能的分析與應用

1.當閥門初始化時，整臺閥的性能得到測試，參數(shù)得到優(yōu)化，如果產(chǎn)生故障，就會發(fā)出報警信息。報警信息：預防性報警——控制閥狀態(tài)輕度磨損，將來還會繼續(xù)磨損，但目前閥門還能正常工作；維修報警—— 閥門狀態(tài)已嚴重磨損，目前尚能正常工作，但隨時可能發(fā)生故障；故障報警—— 提醒設(shè)備操作員，閥門已經(jīng)發(fā)生故障。反應檢測信息出現(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.在使用前通過智能閥門定位器可以對控制閥進行原始初始化，初始化后的全部閥門原始狀態(tài)信息被定位器存儲。這樣帶智能定位器的控制閥開始自動初始化工作，包括確定定位器的機械行程范圍和自動調(diào)整其工作時的最佳指標參數(shù)等，定位器根據(jù)當前確定的這些機械方面的信息和指標參數(shù)應用信號算法來控制閥門的開閉。閥門的工作狀態(tài)正常與否是至關(guān)重要的，定位器實時對其不間斷地檢測與分析，一旦產(chǎn)生故障，就會發(fā)出報警信號，所有檢測分析的結(jié)果都存儲在定位器的存儲器中，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準診斷功能雖然能夠識別診斷主要的閥門狀態(tài)錯誤，但是對于用戶來說查明故障的直接原因是一件很困難的事情，用戶需要一個能夠查出故障原因的可行性的“診斷報告”。所以目前智能閥門定位器廠家在提供標準診斷功能之外還進行了診斷功能的擴展，以滿足用戶的各種需求。擴展主要集中在以下兩個方面：

（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，利用此傳感器檢測此時的氣動輸入和輸出信號的變化大小，從而判斷閥內(nèi)件與執(zhí)行器的工作情況是否正常。對于這種方法，絕大多數(shù)廠家都是安裝壓力傳感器來測量加載到執(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，只有把閥運行時的信號記錄下來，才能夠提供摩擦力和壓力分析報告，這樣就能得出一個比較行之有效的“診斷報告”。

（2）通過特殊的程序軟件在參考初始閥位有小幅改變后，無論是在線還是離線，響應信號的動態(tài)變化就會被記錄在智能閥門定位器的存儲器中，從而形成一個清晰的變化圖象，通過這個變化圖象分析是延遲時間和傳送時間是增加還是減少，并通過圖象分析結(jié)合數(shù)學仿真模塊分析的方法對閥門工作狀態(tài)參數(shù)進行預測、診斷分析。這樣也能得到一個“診斷報告”，便于用戶查出故障原因。

（3）診斷過程和測試應該完全在定位器內(nèi)部實現(xiàn)，并根據(jù)類似交通燈編碼系統(tǒng)自動發(fā)出狀態(tài)報警，同時這些報警會被過程控制系統(tǒng)顯示在適當?shù)氖跈?quán)等級上維修人員對報警感興趣，操作員則未必感興趣中信息的預診斷分析功能及處理，提示維修人員將來要出現(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.制定嚴格的控制閥以及定位器軟件標準，所有的工程軟件或者過程控制軟件必須完全符合該標準。

2.逐級分類診斷信息，分類的越詳細越好，滿足不同的各個層次的用戶需求。

結(jié)束語

智能閥門定位器是一種能對石油化工生產(chǎn)系統(tǒng)中的氣動薄膜調(diào)節(jié)閥門進行調(diào)節(jié)診斷的重要系統(tǒng)裝置。氣動薄膜調(diào)節(jié)閥已經(jīng)非常廣泛的應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)量的好壞對于氣動薄膜調(diào)節(jié)閥使用有直接的影響，從而也對石油、化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)有很大的影響。

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