加氫裝置高壓調節(jié)閥在線診斷技術

方群偉

(中國石油化工集團公司 武漢分公司，武漢 430082)

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加氫裝置高壓調節(jié)閥在線診斷技術

方群偉

(中國石油化工集團公司 武漢分公司，武漢 430082)

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

關鍵詞：加氫裝置高壓調節(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，調節(jié)閥起著至關重要的作用，直接控制工藝介質流量、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)運行。關鍵調節(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)。隨著儀表設備技術的發(fā)展及應用，智能閥門定位器大量應用到石油化工生產(chǎn)現(xiàn)場[1]，改善了調節(jié)閥流量特性，提高了調節(jié)閥各項性能，更重要的是給維護人員提供了智能化手段，能夠對定位器進行在線快速設置、調整及診斷等工作，更好地提高定位器及調節(jié)閥的使用效果，為生產(chǎn)裝置平穩(wěn)和優(yōu)化運行提供保障。

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

1調節(jié)閥維修方式

1.1故障性維修

調節(jié)閥是實現(xiàn)裝置自動控制的重要手段，可隨時根據(jù)工藝控制要求進行調節(jié)，運行的狀況取決于調節(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節(jié)閥的調節(jié)性能。傳統(tǒng)的調節(jié)閥配置常規(guī)電氣閥門定位器和其他附件，在調節(jié)閥投用前，進行包括單校、帶定位器調校及壓力、泄漏測試等檢查，檢查合格后投運。如果運行正常之后，不做維修處理，只有在調節(jié)閥出現(xiàn)故障時才做切出流程處理。這種故障性維護是一種傳統(tǒng)的被動性維修，也是目前主要采取的維修方式。

1.2預防性維修

調節(jié)閥預防性維修是根據(jù)調節(jié)閥的運行時間、重要程度有計劃地安排各類檢查及維修，通過預防性維修可以對調節(jié)閥存在的各種隱患提前進行處理，避免各種隱患發(fā)展成突發(fā)故障，導致調節(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，但它需要將調節(jié)閥切出流程進行，需要儀表、工藝人員統(tǒng)一認識，落實措施，才能有效完成，存在針對性較低、經(jīng)濟性差等問題。

1.3預知性維修

調節(jié)閥預知性維修是一種基于調節(jié)閥狀態(tài)檢測技術的維修方式，維修前通過對調節(jié)閥的狀態(tài)檢測，找出調節(jié)閥存在的問題及隱患，有針對性地進行維護，提高調節(jié)閥維修的針對性和經(jīng)濟性。

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

2智能閥門定位器

2.1閥門定位器的作用

閥門定位器是調節(jié)閥的關鍵附件[2]，對于調節(jié)質量要求高的重要調節(jié)系統(tǒng)，可以提高調節(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)行機構的輸出，克服液體對閥芯產(chǎn)生的不平衡力。當被調介質為高溫、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。被調介質為黏性流體或含有固體懸浮物時，用定位器可以克服介質對閥桿移動的阻力；對于大口徑的調節(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速度；可用于改善調節(jié)閥的流量特性，實現(xiàn)分程調節(jié)等。

2.2智能閥門定位器

智能閥門定位器的應用是進行閥門預知性診斷的基礎[3]，它主要由微控制器CPU，A/D和D/A轉換器，壓電導向的氣控閥等部件構成，其主要特點： 用壓電控制閥取代噴嘴擋板機構，給定值和報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，實現(xiàn)了智能化[4]，通過軟件組態(tài)，可實現(xiàn)多種功能，大幅節(jié)約了投運時間；自動修改控制參數(shù)，補償機械摩擦的變化和填料老化所造成的問題，達到最好控制效果。

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算機進行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)行機構的氣動壓力，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)行機構，提供經(jīng)濟且有效的維修信息。

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)行機構或氣源管泄漏；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系列閥位反饋機構復雜、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

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，運用先進的診斷，流程式校驗手段和自動事件歸檔等方法，對定位器進行在線組態(tài)、調試、校驗、診斷及數(shù)據(jù)記錄，具有如下優(yōu)勢：

1) 維護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)測提供技術依據(jù)。

2) 可為預防性維護提供設備故障判斷依據(jù)，減少預防性維護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，閥門運行特性、摩擦力以及機械問題等。

5) 可自動實現(xiàn)定期、無人干預的標定、診斷管理，自動生成校驗報告、校驗曲線以及歷史誤差等。

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

3.2離線診斷

離線診斷需要調節(jié)閥全開和全關，調節(jié)閥應從工藝流程中切出，或在停工大修時進行。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)行機構氣壓與閥門行程的曲線，如圖1所示。該測試計算出摩擦力、閥座力、彈簧預緊力和其他一些變量，主要用來確認閥門和執(zhí)行機構的機械情況，比如閥內件狀況、閥桿磨損、供氣壓力不足、不正確的彈簧預緊力、摩擦力不夠、卡閥等一些情況。這項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)給出閥門維護意見。

圖1　閥門特征曲線

3.2.2驅動信號及動態(tài)響應測試

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，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　階躍響應曲線示意

3.2.3全行程掃描

該項測試主要得到閥門的機械性能，計算出摩擦力、閥座力、彈簧預緊力和其他一些變量。該測試能得到閥座的情況，主要用來確認閥門和執(zhí)行機構的機械情況，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

在線診斷需要調節(jié)閥在正常工況下運行，根據(jù)工藝要求正常進行調節(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，實現(xiàn)預知性維護。

3.4在線診斷優(yōu)點

1) 能夠在閥門正常控制情況下實時檢測整個閥門系統(tǒng)的診斷信息，如行程偏差、驅動信號異常信息，并能夠將報警內容和時間存儲在定位器內。

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，方便備件提前準備，實現(xiàn)預知性維護。

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

4加氫裝置高壓調節(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)，高壓調節(jié)閥采用FISHER調節(jié)閥，配DVC6010 AD智能定位器，計劃2016年停工大修，為對高壓調節(jié)閥實施預知性檢修，2015年8月安排對加氫處理、加氫裂化裝置29臺調節(jié)閥實施在線診斷，以便操作人員有針對性地安排日常預知性維護，同時為2016年大修提供依據(jù)。

該次閥門診斷服務涉及加氫處理、加氫裂化2個裝置共29臺調節(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文件導入/導出總量： 29臺。

3) ValveLink 標準格式報告(MS Word)總量： 29份。

4) 閥門診斷評級報表1份。

5) 閥門診斷總結報告1份。

5在線診斷分析報告

5.1診斷總體結果

對加氫處理、加氫裂化共29臺調節(jié)閥進行診斷工作，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、填料是否已達到使用壽命，使用周期計算、行程累積來衡量閥門歷史使用狀況。其中有相對嚴重問題的為3臺，有一定缺陷和風險的為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/行程漂移問題。從監(jiān)測數(shù)據(jù)看到，當輸入閥門信號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，小信號無響應現(xiàn)象；在閥門全關位置，行程漂移容易造成閥門在全壓差的情況下關不嚴，出現(xiàn)內漏，對閥內件造成損傷；不能排除閥內件有雜物，造成閥門不能全關的可能性。

建議檢查定位器反饋臂連接是否完好，重新標定校驗；現(xiàn)場需要確認閥門是否全關；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，則需要檢查閥內件。

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

建議檢查定位器與閥門機械連接，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；檢查清理閥內件，若閥內件損壞嚴重，建議維修甚至更換；更換填料，重新標定校驗。

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，閥門設定值為0，而反饋閥位為725%，在響應的Alert 界面中，出現(xiàn)了行程傳感器報警，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結束語

該公司采用ValveLink軟件對加氫處理、加氫裂化29臺高壓調節(jié)閥進行在線診斷測試，是對儀表預知性維護所做的有益探索。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動作情況進行測試，收集診斷數(shù)據(jù)。工藝與儀表人員對29臺閥門診斷結果與實際閥門運行情況檢查對比，安排日常預知性維護及大檢修工作。對3臺存在嚴重問題的閥門安排切出流程處理，對5臺有一定缺陷和風險的閥門，安排準備填料及閥內件，落實在下次大檢修完成，為裝置平穩(wěn)優(yōu)化生產(chǎn)提供保證。

參考文獻:

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[2]崔元存.智能閥門定位器在乙基銨生產(chǎn)中的應用和研究[J].自動化應用，2010(10)： 61-63.

[3]代軼民.智能型閥門定位器在中海殼牌乙烯裝置中的應用[J].化工自動化及儀表，2012，39(05)： 698-699.

[4]張文萍，王彬，張青松，等.智能型閥門定位器在三聚氰胺裝置中的應用與研究[J].石油化工自動化，2010，46(01)： 69-71.

[5]羅良蓋，程巨光.ValveLink診斷軟件用于大氣釋放閥檢修[J].設備管理與維修，2015(10)： 81-83.

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，從事儀表設備管理工作，任機動處儀表電氣科長，高級工程師，公司高級專家。

中圖分類號：TH138.52

文獻標志碼：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。