ValveLink軟件在天然氣調節閥故障診斷方面的應用

羅 嘉，周 靜，石 磊，鐘沅瀚，李文英

（1.中國石油西南油氣田川東北作業分公司，四川達州636164；2.中國石油西南油氣田蜀南氣礦，四川瀘州646000）

高含硫天然氣凈化裝置中，使用調節閥對工藝介質的溫度、流量、壓力和液位進行控制。如果關鍵調節閥出現故障，將直接影響控制回路的投用和裝置平穩運行，會導致工藝停車，進而非計劃性減少天然氣和硫黃的產量，甚至引發安全生產事故，造成財產損失和人員傷亡。調節閥通常是在發生故障后被動維修，特別是關鍵閥門，由于在生產運行期間不具備解體維修條件，必須等到系統大修才能維修，但僅憑故障現象和歷史經驗，又會存在多種維修策略，維修準確性不高，從而增加閥門備件購買費用，給項目的經濟成本造成不小的壓力。因此，對調節閥進行預測判斷，并采取必要的預防性維護措施防患于未然，顯得格外重要。ValveLink軟件能夠對調節閥的故障進行智能有效診斷，更好地提升調節閥的使用效果，為生產裝置平穩運行提供有力保障。

1 ValveLink軟件技術

ValveLink軟件是基于FISHER DVC6000系列智能閥門定位器開發的專用智能診斷軟件，能對調節閥進行離線數據采集和診斷分析，可在線監控調節閥的運行情況。采用先進的診斷技術、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、調試、校驗、診斷及數據記錄，確認調節閥是否存在隱形故障和表征故障，從而進行有針對性的維護，提高調節閥維修的針對性和經濟性。維修人員通過對診斷數據進行分析，確定閥門維修方案，進行針對性的預知性維修，能夠減少維修費用，提高調節閥有效運行時間，最終增加生產效益。

ValveLink軟件具有以下功能：

1）閥門狀態監視。顯示重要過程變量，如閥門裝填、驅動信號、行程與壓力、報警和動作次數等重要參數，判斷定位器的運行狀態、電氣轉化器I/P氣路是否堵塞、執行機構或氣源管是否泄漏。

2）提供閥門階躍響應曲線，顯示閥門的運動速度、超調和運動時間等信息，分析閥門的動態響應，通過閥門階躍響應曲線，判斷閥門動作時的摩擦力是否在合理區間、調節閥供氣壓力是否正常、閥內件是否存在卡塞磨損、內漏與沖刷現象等。

3）提供閥門全行程測試特性曲線，用于判斷閥門彈簧的預緊力和彈性系數、間隙摩擦力大小、填料松緊程度和閥座力大小。

4）進行閥門診斷管理，自動生成校驗報告、校驗曲線、歷史誤差和事件記錄等文件。大修前，對于閥門進行全方位初步篩選和建立維修方案，大修中，精準維修和調整定位器內部參數，使得閥門達到優良的控制效果。大修后，對于閥門的維修效果進行評估，建立檔案，為日常維修提供重要參考，對整個閥門全生命周期的維護起到重要監控作用。

2 ValveLink軟件的應用實踐

2.1 ValveLink軟件對調節閥在線診斷

中國石油西南油氣田川東北作業分公司（以下簡稱川東北分公司）高含硫天然氣凈化裝置原料氣調節閥FV-070602-1為高壓高含硫原料氣進入凈化裝置的源頭調節閥，對裝置平穩運行起著十分關鍵的作用。閥門階躍響應曲線測試和閥門全行程測試是ValveLink軟件的重要測試項目，通過給閥門開度為0，25%，50%，75%，100%，75%，50%，25%，0設定點，進行階躍響應測試和閥門全行程測試。閥門階躍響應曲線見圖1，閥門全行程測試特性曲線見圖2。

圖1 閥門階躍響應曲線

圖2 閥門全行程測試特性曲線

由圖1可見：閥門標準行程曲線呈理想階梯響應圖形，閥門實際行程曲線與標準曲線相比，閥門動作雖行程正常，但響應不及時，而且隨著閥門開度不斷加大，驅動閥門的氣壓要求相對較高，導致響應更加緩慢，同時供氣壓力不穩定。

根據該響應缺陷，ValveLink軟件分析判斷出：閥門動作過程中，減壓閥壓力調節不穩定，供氣流量小，可能存在減壓閥截流過多、有內件老化和泄漏情況。ValveLink工程師診斷維修建議：對減壓閥進行檢查，并對故障元件進行更換。

在調節閥情況良好的情況下，閥門由全關到全開過程和由全開到全關過程中的執行器壓力變化曲線應均勻且平行分布在理想狀態下的曲線兩側，兩條閥門動作過程曲線間距越大，代表摩擦力越大；間距越小，則代表摩擦力越小。由圖2可見：該閥門行程為3 in，閥門行程在0～10%過程中，執行器壓力較正常值增大了約1倍；運行到25%行程時，摩擦力突然變小；閥門行程在100%～90%過程中，執行器壓力較正常值增大了約4倍。這可能是由于在閥門打開或關閉初期，閥籠內件存在異物或閥內件發生了磨損導致靜摩擦力非常大。ValveLink軟件給出的維修建議為：①對閥內件進行檢查和清洗，并評估閥內件是否有損傷情況；②對損壞部件進行更換，推薦更換填料組件、墊片組件、閥座環、閥芯閥桿組件、閥籠等備件。

2.2 調節閥線下檢查情況

2020年裝置大修期間對調節閥FV-070602-1拆卸后進行檢查，具體情況如下：

1）在維修前對調節閥通電通氣進行功能測試，進氣壓力為0.4 MPa。“全關—全開—全關”無明顯卡澀，但閥位顯示異常，調節閥閥位不準確。進行密封泄漏測試，無法升壓，測試結果為不合格。

2）解體閥內件進行檢查。閥蓋底部有銹蝕附著物，填料無余量。

3）取出閥芯閥桿組件進行檢查。閥芯密封面受損。

4）取出閥籠和閥座環進行檢查。閥籠內部有明顯磨損，且附著雜質。

5）加載環斷痕明顯。閥體壓蓋與閥體之間的密封沒有石墨墊片。

6）電磁閥內部銹蝕嚴重。

調節閥整體及解體后各部分的樣貌見圖3～8。

圖3 填料無余量

圖4 閥芯密封面受損

圖5 閥籠內部有磨損

圖6 閥籠內部附著雜質

圖7 加載環斷裂

圖8 電磁閥內部銹蝕嚴重

2.3 調節閥現場維修情況

根據ValveLink軟件的診斷結果和線下檢查情況，對調節閥FV-070602-1進行維修，對閥體內部和閥蓋進行清理，更換閥內件、填料、墊片組件和加載環。

2.4 調節閥維修方案準確性核驗

2.4.1 2020年調節閥維修方案

2020年大修之前，對高含硫天然氣凈化裝置66臺關鍵性較高的調節閥進行了在線診斷，維修工程師根據ValveLink軟件在線診斷報告，結合自身維修經驗，提出其中41臺調節閥需要在大修期間下線維修，并提前制定了維修方案，預先購買了備品備件。

由于實際檢修情況會與維修工程師制定的維修方案存在偏差，為了進一步減少偏差，提高維修方案的準確度，將41份控制閥在線診斷維修報告的故障現象分為10大類；同時將維修方案與控制閥下線維修報告進行核實與對比，對維修方案產生偏差的原因進行分析，提出可行性改進措施，進一步提升ValveLink在線診斷指導意義。

2020年大修期間調節閥在線診斷情況見表1。

表1 2020年大修期間調節閥在線診斷情況

經統計，維修工程師根據ValveLink軟件的診斷提出的維修方案與購買備品備件的平均正確率為75%。

2.4.2 2021年調節閥維修方案

2021年大修期間，維修工程師根據ValveLink軟件診斷發現有23臺調節閥需下線維修。維修工程師結合2020年調節閥維修方案偏差原因分析和改進措施，提出了2021年大修的維修方案與備件推薦。

2021年大修期間調節閥在線診斷情況見表2。

表2 2021年大修期間調節閥在線診斷情況

經統計，工程師根據ValveLink軟件在線診斷，結合2020年維修方案的偏差和改進措施，提出的維修方案與購買備品備件的平均正確率提高到91%，ValveLink診斷指導意義和參考價值進一步顯著提高。

3 ValveLink軟件診斷助力控制閥全生命周期管理

川東北高含硫凈化項目引入閥門全生命周期管理的概念，對控制閥門進行科學管理，控制閥門預防性維護和閥門全生命周期管理是未來工作的重點方向。利用好ValveLink軟件，結合實際工藝操作、自動化控制系統和維修經驗，對閥門問題進行分析與匯總，討論控制閥檢修測試事宜，第一時間掌握準確的閥門歷史信息與動態信息，及時跟蹤購買備品備件采購情況，對調節閥進行全生命周期式科學管理。做到有檢測診斷、有跟蹤監測、有維修報告和數據總結等閉環管理，從根本上提升調節閥的運行效率及安全性，助力川東北高含硫凈化項目的可持續發展。

4 結語

通過ValveLink軟件對關鍵調節閥進行預測性維護，讓閥門維護由被動變主動，有助于盡早發現故障隱患，有效控制調節閥性能退化或惡化的趨勢，避免因不能及時排除調節閥故障而造成天然氣凈化裝置生產波動或停車等重大經濟損失。維修工程師依據ValveLink軟件在線診斷報告提出維修方案，并與實際檢修情況進行對比，分析偏差存在的原因，提出改進措施，提出了更加準確的維修方案和備品推薦，有效地減少了閥門的維修時間和備件的購買成本，同時也進一步提升了ValveLink軟件的診斷指導意義和參考價值。ValveLink軟件在川東北分公司的成功應用，可為后續的大修提供可行性解決方案，同時也為其他高含硫天然氣凈化裝置的生產管理提供了可借鑒經驗。