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智能阀门定位器在工程实践中的应用
2013-4-25
   摘要:控制的实现在调节阀,调节阀的控制在阀门定位器。阀门定位器的选择,将直接影响调节阀和控制系统的整体性能和品质。选择智能阀门定位器,提高调节阀整体性能,实现控制性能的整体提高。

    关键词:智能阀门定位器工程 LCD 故障诊断在石化工程设计和工程实践中,我们会选择各种各样的系统和更多种类的检测和控制仪表。为什么?因为我们要实现对工艺过程的控制,达到我们要求的控制效果。控制系统的实现包括三部分:检测,控制器,调节单元。其中,调节单元中应用最多最关键的是调节阀。而阀门定位器是调节阀最重要的附件之一,可以这么说,阀门定位器是调节阀的大脑和灵魂。

    随着工程设计实践与国际上的接轨,我们感到普通阀门定位器越来越难以满足工程设计和实践的要求。特别是在先进控制系统和优化控制方案层出不穷的今天,智能化的设计已经成为一般要求。从实现控制系统的整体性能和经济效益最大化的基点出发,我们越来越多的选择智能阀门定位器。

    笔者作为工程设计人员,用过国内外主要仪表厂家生产的智能阀门定位器。结合自己在工程设计和服务中的经验,以西门子智能阀门定位器为主,兼顾其他厂家,谈一谈智能阀门定位器在工程实践中的应用。

一 智能阀门定位器的优点

1) 提高调节阀和控制系统的性能

    智能阀门定位器的控制精度很高,可以实现调节阀的精确控制,从而提高系统的控制水平。另外,智能阀门定位器可以方便设置阀门特性曲线,比如等百分比特性,西门子PS2系列就提供了1:25,1:33,1:50三种特性,ABB公司的TZID系列提供1:25, 1:50两种特性,山武公司提供一种。另外,如果用户对定位器内置阀门特性不满意或有特殊要求,可以通过自定义特性曲线功能进行自定义阀门特性曲线的设置。西门子和ABB公司各提供20段曲线的设置,山武公司提供15段曲线。
2) 省气,节约能耗和成本

     我们要求不断与国际接轨,但国际上著名的大石化公司的成本为什么控制得很好而我国经过这么多年的努力却仍与世界先进水平有很大差距呢?从小处说,我们做项目的时候没有算经济账。以仪表风为例,生产一标立仪表风最小能耗1.6MJ,一度电是3.6MJ,工业用电一般1元/度,不考虑除水除油除尘和设备投资及仪表工工资的费用,平均产一标立仪表风是0.44元。国产定位器和某些智能定位器生产厂商,由于技术上的原因,每小时的耗气量很大,一般来说,这些产品的稳态耗气量在350升/小时。对西门子PS2(稳态耗气量36升/小时)和ABB公司的TZID系列(稳态耗气量30升/小时)来说,在正常工况下可以节省0.3标立/小时。一年省气量是0.3X24X365=2628标立,折算成人民币成本,那么光节省能耗就可以节约1156.32人民币/年。综合考虑各种成本,一台西门子智能阀门定位器每年至少可以节省1300人民币/年,对大型石化企业来说,定位器的数量是成百上千台,以1000台为例计算,全年可以节省费用130万。然而,由于现有我国工程建设的一次性投资压的较低,大部分项目采用普通定位器。虽然一次性投资较小,但投产、运行的维护及各项消耗很大,结果从3~5年的时间段上看,总花费成本反而很大,性能却一般般。

3) 省气,保持公网压力的稳定

    对大型石化企业来说,由于用气点很多,耗气量很大,到装置末端或远离空压站的地方,仪表风压力很低,有时甚至不能推动调节阀正常工作,无法满足装置的正常安全生产。如果采用低耗气量的智能阀门定位器,由于用气量极少,使总耗气量大大降低,从而保持仪表风公网压力的稳定,保证装置的安全可靠生产。

4) 初始化过程非常简单

    对大多数智能阀门定位器来说,初始化过程基本上非常简单。以西门子PS2为例,只需按4下按钮并设置几个简单参数,就可以自动完成初始化过程。更方便的是,把设置好的参数上载到计算机中,可以再通过下载成批的复制到相同工况的定位器中,大大地节省了人力和时间,特别是在新建装置开工或进行大修时。

5) 智能化的通信方式

    智能阀门定位器最明显的特征是进行智能通信。对我们过程工业来说,最常用的是HART通信,或是PA现场总线,或是FF现场总线。但并不是所有智能阀门定位器都支持以上通信方式。在石化企业中用量很多的西门子PS2智能阀门定位器不但支持上述通信协议,而且可以进行AMS通信。在实际工程应用中,如果采用HART通信(最常用,其他通信方式也可以),通过相应的软件和硬件,可以把全厂的智能阀门定位器的所有参数信息保存到计算机中,这是普通手持终端无法实现的。当需要对智能阀门定位器进行维护或更换是,可以从信息库中方便的检索到仪表参数并快速下载到阀门定位器中,极大节省了劳动时间和成本,另外,再也不会为保存大量资料而犯难了。

6) 二进制输入,联锁开关阀门

    对智能阀门定位器,大多具有自保联锁功能。ABB公司的阀门定位器可以在断电时自锁,西门子公司的PS2在断信号时也可以自锁或按要求开关阀门。在具备上述功能的同时,这些定位器也接受外部连锁信号的输入。虽然这些连锁动作反应不是毫秒级别的,但对很多过程工业来说,秒级的连锁已经足够了。比如加热炉燃料油阀门的连锁。同时,对安全等级要求高的毫秒级连锁,在设计规定中要单独设置,不允许与控制回路放在一起,所以要求智能阀门定位器的联锁达到毫秒级别是没有实际意义的。

7) 方便快捷地设置分程调节

    根据实际需要,工程设计中需要用一个输入信号实现控制两台或多台调节阀,这就需要阀门定位器只对输入信号的某个范围有响应。以西门子PS2举例,可以很方便的通过软件或手动设置分程调节的起点和终点。
8) 丰富的故障诊断功能

    故障诊断功能是智能阀门定位器非常重要的功能。在实际开工或调试过程中,我们会遇到各种各样的问题。如何正确地判断和解决这些问题,对装置正常安全生产十分重要。对智能定位器来说,诊断阀门泄漏量,阀填料,阀磨损等,是大部分智能定位器生产厂家提供的功能。但也有一些厂家提供的功能很少或基本没有,所以在选型时一定要阅读样本并咨询生产厂家。

    二 智能阀门定位器的选择

在工程设计中,我们要仔细选择适合的智能阀门定位器,具体要注意以下几点:
     1) 要求满足现场工况,实现智能化的要求 
         我们选用智能阀门定位器,就是要获得其智能化的功能并提高整体控制性能。因此,在满足现场工况的条件下,智能化是我们重要的指标。智能包括其通信功能,在线或离线故障诊断功能等。
    2) 要求现场操作要方便 
         对某些智能阀门定位器产品,由于设定比较复杂,影响了产品在实际使用中的效果。所以,我们首选操作方便的产品。
   3) 要求性价比高,节约能耗和成本
        我们除考虑仪表的一次投资外,还要考虑其运行成本。从3~5年的时间段上看,哪种产品综合性能高,我们就选取哪种产品。
   4) 要求现场显示
        对某些智能阀门定位器产品,由于没有现场液晶显示,所以在现场调节时必须借助手操器调节。这增加了成本。另外,对LCD液晶显示,要注意其在极低环境温度下的显示效果。
   5) 要求在某些情况下,保证远距离安装的正常工作
        由于现在大型石化企业采用联合中控室的越来越多,所以从控制室到现场智能阀门定位器的距离可能很远,电缆电压降的问题必须考虑,否则智能阀门定位器不能正常工作。

三 智能阀门定位器在工程实践的应用实例

    在工程施工和装置开车运行过程中,由于设计、施工和维护的各种原因,调节阀会产生各种各样的故障。对某些问题,我们可以通过智能阀门定位器来解决。
  1) 实例一
     某炼油厂装置在装置运行过程中发现几台调节阀打不开或不能完全关闭。经检查,在排除其他因素后,确定由于实际操作压力高于设计压力,阀门前后的差压造成磨擦力增大而执行机构不能克服。在这种情况下,或者更换更大的执行机构,或者想办法增加气源压力。由于更换执行机构耗时耗力,最重要的是影响装置正常生产,所以决定想办法增加气源压力。现场采用的是普通定位器加过滤器减压阀,调节过滤减压阀出口压力到最大,仍然不能解决问题,但仪表风公网压力与过滤减压阀出口压力仍有二公斤的空间。试验把仪表风直接接到执行机构膜头上,问题解决。但由于公网压力波动及其他因素的影响,普通定位器无法正常使用和调节。因此,决定用库存的一台某厂商的智能阀门定位器,由于此厂家的定位器不受气源波动的影响,因此在定位器前安装上过滤器后安装到阀门上,调节阀正常工作,问题得以解决。
 2) 实例二
     某装置停工大修。调节阀的检测工作量很大,时间紧,任务急。由于这批调节阀配置了某公司的智能阀门定位器,其具有丰富的故障诊断功能,因此用智能阀门定位器对调节阀进行故障诊断,包括阀门泄漏量,阀门填料等关键参数,根据故障诊断结果对有问题的调节阀拆下进行维护,而没有问题的调节阀则确认为可以正常使用。开工后,经过一年的运行,证明调节阀工作状况良好。
 3) 实例三
     某工厂,由于调节阀投运几年后,资料的不断使用及人员的不停变更,造成资料的流失,相当大一部分找不着了。在新建项目和改造时,他们选用了智能阀门定位器,通过相应的软硬件,把全厂定位器及相关信息保存起来,在以后的生产和维修期间,可以方便的查阅并使用。
 4) 实例四
     某石化装置调节阀,由于设计选择了正作用,但在开工时工艺要求实现反作用,这就需要对调节阀进行调整。由于调节阀膜头调整比较麻烦,而定位器选用的是智能型,所以,通过简单地调整智能阀门定位器的参数,就实现了调节阀正反作用的转换。
    以上是笔者在工程设计和服务中的一点经验。从长远发展过程来说,采用智能阀门定位器是一种趋势。我们希望越来越多的设计和用户能够采用智能阀门定位器,不断提高我们工厂的自动化水平,实现良好的经济效益,不断把我们国家的自控水平推向世界领先地位。
 
 
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