2022年调节阀在工业生产过程控制中的作用 .pdf

调节阀在工业生产过程控制中的作用 1.控制系统的基本组成工业生产过程的控制系统有各种不同类型，例如简单控制系统、复杂控制系统等，图 l 是两个简单控制系统的示例。 图中，每个控制系统都包括被控变量、操纵变量和相应的控制规律。 被控变量是需要控制的过程变量，例如，换热器出口温度、泵出口压力等。 要使被控变量与期望的设定值保持一致，需要一种控制手段，例如，图中的蒸汽流量、泵的旁路流量等。被控变量偏离设定的原因是生产过程中存在干扰，例如，蒸汽压力的波动、泵转速的变化等。通常，把用于调节的变量称为操纵变量。图 l 简单控制系统示例 (a)温度控制系统 (b)压力控制系统一个简单控制系统由检测元件和变送器、控制器、执行器和被控对象组成。检测元件和变送器 (sensorandtransmitter)用于检测被控变量， 将检测信号转换为标准信号。 例如，热电阻将温度变化转换为电阻变化，温度变送器将电阻信号转换为标准的气压或电流、电压信号等。控制器 (controller)将检测变送环节输出的标准信号与设定值信号进行比较，获得偏差信号，按一定控制规律对偏差信号(errorsignal)进行运算，运算输出送执行器。 控制器可用模拟仪表实现， 也可用微处理器组成的数字控制器实现，例如 DCS 和 FCS中采用的 PID 控制功能模块等。执行器 (actuator)处于控制环路的最终位置，因此也称为最终元件(finalelement)。执行器用于接收控制器的输出信号，并控制操纵变量变化。 在大多数工业生产过程控制的应用中，执行器采用调节阀。 近年来，随着变频调速技术的应用，一些控制系统已采用变频器和相应的电动机( 泵) 等设备组成执行器。本页介绍调节阀的有关内容，不讨论变频器和其他执行器。生产过程的负荷变化或操作条件改变时，通过检测元件和变送器的检测和变送，将过程的被控变量送控制器，经控制规律运算后的输出送执行器，改变过程中相应的流体流量， 使被控变量与设定值保持一致。可见，检测元件和变送器的作用类似于人的眼睛， 控制器的作用类似于人的大脑，执行器的作用类似于人的手脚。一个控制系统的质量受到组成控制系统各组成部件的影响，主要取决于控制系统组成部件中最薄弱环节的影响。2调节阀的重要性调节阀(controlvalve)用于调节操纵变量的流量， 因此，以前亦称调节阀。 从控制系统整体看，一个控制系统控制得好不好，都要通过调节阀来实现。由于下列原因，调节阀变得十分重要。调节阀是节流装置，属于动部件，与检测元件和变送器、控制器比较，在控制过程中， 调节阀需要不断改变节流件的流通面积，使操纵变量变化， 以适应负荷变化或操作条件的改变。因此，对调节阀阀组件的密封、耐压、腐蚀等提出更高要求。例如，密封会使调节阀摩擦力增加，调节阀死区加大，造成控制系统控制品质变差等。调节阀的活动部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、 “漏”的主要原因，它不仅造成资源或物料的浪费，也污染环境，引发事故。调节阀的阀内件与过程介质直接接触，和检测元件与过程介质接触的不同之处如下 a调节阀阀组件的接触介质可能与检测元件的接触介质不同，对调节阀的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 耐腐蚀性、强度、刚度、材料等有更高要求。 b检测元件可采用隔离液等方法与过程介质隔离，但调节阀通常与过程介质直接接触，很难采用隔离的方法与过程介质隔离。调节阀的节流使能量在阀内件内部被消耗，因此，降低能耗，降低调节阀的压力损失，和保证较好的控制品质之间要合理选择和兼顾。调节阀对流体进行节流的同时也造成噪声。例如，当阀出口压力低于液体的蒸汽压力时，造成闪蒸；当阀下游压力高于液体蒸汽压力时，造成汽蚀。调节阀造成的噪声和调节阀流路的设计、操作压力、被控介质特性等有关，因此，降低噪声，降低压力损失等对调节阀提出更高要求。调节阀的适应性强。 它被安装在各种不同的生产过程，生产过程的低温、高温、高压、大流量、微小流量等操作条件需要调节阀具有各种不同的功能，调节阀应能够适应不同应用的要求。检测元件和变送器、 控制器等发展快， 投入的人力和物力多。 相对来看，通常认为调节阀结构简单， 因此，对调节阀投入研究和开发的人力和物力相对不足。数字阀门技术在石炼化的应用数字阀门技术的特点控制阀是控制系统的最终控制单元, 起到关键作用，数字阀门定位器是实现数字阀门技术的重要组成部分, 也是它的核心部分， 数字阀门技术实际是定位器智能化， 所以数字阀门定位器也称智能定位器。在石油化工装置自动化控制系统中， 调节阀的选用对精度而言至关重要，它的使用情况影响到产品质量， 并关系到装置安全生产， 普通的阀门定位器不能满足要求，数字阀门技术在这背景下应运而生。 智能化和数字化控制技术将逐步取代电子和模拟控制技术，数字阀门技术逐步在控制系统中得到应用，将是控制阀发展的趋势。一数字阀门技术的工作原理与特点智能定位器， 这种基于微处理器的控制器具有通信功能， 采用气动控制， 并具有内部逻辑能力。 除了将电流信号转换为气压信号对阀门进行控制外，智能定位器还采用了HART 通信协议，以方便进行过程操作关键信息的存取。 智能定位器能收到关于阀门移动位置和补充及激励气压的反馈。这使得智能定位器不仅能自我诊断，还能够诊断它所连接的阀门。智能定位器可以实时信息控制、提高安全性和减少硬件开支。对石化企业来说它的优点体现三方面， 1. 节省空气消耗， 减少能耗， 由于智能定位器结构特点，它的空气消耗只是传统定位器20% 。2. 可以在线更换，连续性生产装置重要阀门一般没有复线，一旦损坏，严重影响生产，但是智能定位器通过PC机保存组态数据和初试化数据， 故障时更换智能定位器， 只需将组态数据和初试化数据下载到定位器中就可以使用，精度达到1% 。3. 在线诊断，通过诊断信息分析可以缩短仪表维护人员的故障处理时间。二 智能定位器应用情况： 1 应用类型：智能定位器在我厂应用始于1999年重整装置， 2003年在 100万吨加氢装置大量应用，上海光辉调节阀配西门子6DR5000 系列智能定位器， FISHER调节阀配 FISHER DVC6000 系列智能定位器。目前，智能定位器生产厂家比较多，采用智能化模块， 但在国内应用广泛和成熟的为西门子和 FISHER智能定位器。 2 应用范围和数量：现在随着数字化技术的应用，在其他装置普遍使用，但是考虑它的价格，在其他装置应用数量比较少。使用的装置包括一催化、二催化、重整、加氢、焦化。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 3特殊应用场合智能定位器除了在加氢装置大范围使用，其他使用的地方均为比较特殊的场所， 智能定位器的可靠性和控制精度在特殊阀门上有比较大的优越性，同时考虑特殊阀门的控制在生产装置的重要性，所以选用智能阀门定位器。3.1 一催化烟机入口阀控制以前采用吴忠VPT定位器和 SMC 气动定位器，控制精度不高，经常出现振动，严重影响机组运行，2005年对烟机入口阀控制系统进行改造，选用西门子智能定位器6DR5000系列，采用角行程安装， 代替气动定位器连杆传动反馈，消除机械传动误差。 同时取消阀门位置变送器， 在智能定位器安装回讯模块实现回讯远传指示。减少了阀门的安装附件，投用一年多时间，运行稳定，控制精度高，在 2006 年对大旁路和小旁路阀进行同样的改造，三分程阀门的控制精度达到了投用以来的最好水平。3.2 在机组重要阀门上使用智能定位器，焦化富气压缩机防喘振回流阀使用FISHER智能电位器，一催化气压机出口放火炬阀和二催化放火炬阀使用了西门子智能定位器，保障了机组可靠和稳定运行。 3.3压差较大和比较恶劣工况下应用。焦化辐射入口阀前后压差达10Kgf/cm3，介质为含催化剂渣油，装置运行后期，阀芯和阀套冲刷严重，控制不稳，出现滑量，严重影响生产。经过改变调节阀形式，更换为智能定位器，投用以后控制平稳，控制。 4目前运用存在的问题及解决措施。 4.1 智能定位器可以减少维护量，但是在投用前安装调试环节必须严格按照标准和步骤执行，特别在自校验和初始化阶段，尽量减少错误发生， 避免存在的运行隐患。 应定期检查定位器周围的工作环境，同时保证其工作气源的稳定和洁净，减少外界因素造成的仪表波动和故障。4.2 由于设计结构上原因，智能定位器对气路密封的要求比较高，西门子智能定位器由压电阀组成气路控制及放大部分，执行机构不动作时候， 压电阀关闭，执行机构气缸不进气。 在使用的时候定位器输出气路密封不严或气缸漏气导致气压下降，压电阀动作，导致执行机构动作振动，所以要求在安装环节质量保证，确保气路密封严密。 4.3 智能定位器采用微处理芯片， 当采用两线制连接时，它完全从 4-20ma信号中获取电源，微处理器工作有最小电流限制。西门子智能定位器最小维持电流为3.6Ma， FISHER智能定位器不致引起微处理器重新启动的最小电流为 3.5ma。但是在 ABB控制系统中电流输出范围组态为-14% 114% ，工艺操作习惯往往在极限位置控制时，电流输出为-14% 或 114% ，可能会导致定位器不工作， 阀门朝相反方向动作， 造成生产事故。 解决措施为一是重要阀门增加阀门回讯，加强位置监视， 二是控制系统修改组态， 对智能定位器输出进行限制，修改为 -3%103% 。 5智能定位器应用领域的扩展 5.1 随着现场总线技术的发展，部分控制功能向现场转移， PID 控制模块在智能定位器中实现， 可以大大减少控制器负荷，真正实现现场控制，代表当今仪表技术发展的方向。5.2 实现与 DCS 直接通讯，通过软件直接查看定位器特性曲线和阀门工作状态，检查零点、 量程、线性和回差等参数，并对其优化和调整，保证其工作质量，做到智能维护和诊断，减少维护量。5.3 用于紧急停车系统， FISHER 的 DVC6000 系列数字式阀门控制器已经取得 TUV认证。有了这一认证，就可以把DVC6000 仪表用于安全仪表系统（ SIS）里的紧急切断阀门。现在紧急切断阀门大多采用定位器和电磁阀组成来实现功能，但是工艺要求阀门正常全关或全开情况下，无法判断是否正常， 一旦要求动作，有可能拒动。 而采用智能定位器， 可以进行在线诊断和在线进行阀门的部分名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 行程动作测试，确保联锁动作正确。通过几年的主要装置的应用情况看，智能阀门定位器性能稳定、 调校方便；能实现与 DCS 的直接通讯， 并具备自诊断功能， 维修简单。 随着维护人员的减少和装置长周期运行， 更能体现出它的特点， 所以，在以后装置改造或新建装置建议选用智能定位器，对提高仪表控制率有很大作用。参考文献： http:/ 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -