石化領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 10012）

引言：

由于石化工業生產具有易燃、易爆、有毒、強腐蝕性、工作環境惡劣等特征，所以是一項高危險的行業，一旦發生意外事故，往往造成十分慘重的傷亡和財產損失。因此，高危險性迫使石化企業加大了自動化和智能化控制設備的投入，生產過程控制需要大量控制閥及其診斷性維護，以實現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，診斷技術不斷發展與完善，智能閥門定位器診斷技術在石油化工生產過程中發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閥門定位器的優勢

1.傳統的閥門定位器是由調節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生的磁場中，因此，兩磁場相互作用，對動鐵產生偏轉力矩，使它以支點為中心偏轉。如信號增加，則杠桿左側應向下運動。這時固定在杠桿上的擋板便靠近噴嘴，使放大器背壓增高，經放大后的輸出氣壓作用于凋節閥的膜頭上，使其閥桿下移。閥桿的位移通過拉桿轉換為反饋軸和反饋壓板的角位移，再通過調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，產生一個負反饋力矩，使杠桿平衡，同時閥桿也穩定在一個相應的確定位置上，從而實現了信號電流與位置之間的比例關系。但是，傳統的閥門定位器的放大器恒節流孔極易發生堵塞，背壓最大、放大器球閥卡死，噴嘴與擋板關不嚴等缺點。

2.在石油化工生產中，智能型閥門定位器與常規閥門定位器相比，具有一些顯著的應用優勢和特征。在進行調試矯正過程中，智能閥門定位器比常規閥門定位器操作方便、簡單，更容易掌握。與常規閥門定位器相比，智能閥門定位器不需要其他一些調節控制設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狀態的控制調整，能夠對不同的調節控制要求進行最優化設置。例如，在石油化工生產過程中，如果需要調節控制閥門進行強制全部關閉時，它的智能化操作控制系統就會根據調節輸入的信號變化將其控制調節的生產運行設備進行強制切斷，以此實現調節控制系統的強制全部關閉設置。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是一個自動設定的軟件系統，運行中使用的是一個全自動的配置程序。

二、石化領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，參數得到優化，如果產生故障，就會發出報警信息。報警信息：預防性報警——控制閥狀態輕度磨損，將來還會繼續磨損，但目前閥門還能正常工作；維修報警—— 閥門狀態已嚴重磨損，目前尚能正常工作，但隨時可能發生故障；故障報警—— 提醒設備操作員，閥門已經發生故障。反應檢測信息出現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整其工作時的最佳指標參數等，定位器根據當前確定的這些機械方面的信息和指標參數應用信號算法來控制閥門的開閉。閥門的工作狀態正常與否是至關重要的，定位器實時對其不間斷地檢測與分析，一旦產生故障，就會發出報警信號，所有檢測分析的結果都存儲在定位器的存儲器中，以至向設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安裝輔助傳感器，執行器需要斷開時，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，從而判斷閥內件與執行器的工作情況是否正常。對于這種方法，絕大多數廠家都是安裝壓力傳感器來測量加載到執行器膜片上的壓力，這種壓力與閥位相關。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，并通過圖象分析結合數學仿真模塊分析的方法對閥門工作狀態參數進行預測、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部實現，并根據類似交通燈編碼系統自動發出狀態報警，同時這些報警會被過程控制系統顯示在適當的授權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的維修情況。

三、石化領域中智能閥門定位器診斷功能的發展展望

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。

結束語

智能閥門定位器是一種能對石油化工生產系統中的氣動薄膜調節閥門進行調節診斷的重要系統裝置。氣動薄膜調節閥已經非常廣泛的應用到了石油化工行業的生產中，許多石油化工生產系統的運行都離不開它的調節控制。所以閥門定位器調節質量的好壞對于氣動薄膜調節閥使用有直接的影響，從而也對石油、化工生產環節有很大的影響。

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