智能化控制閥在石油化工中的應用設計

王浩

摘 要：閥門是流體管路的控制裝置，它的基本功能是接通或切斷管路介質的流通，改變介質的流動方向，調節介質的壓力和流量，保護管路和設備的正常運行。隨著科技的發展，智能控制被廣泛應用于工業控制和工業生產中，閥門也被廣泛應用于工業、建筑、農業、國防、科研和人們的日常生活中。它由最初的手動控制逐漸發展為智能化、標準化、小型化、安全化的控制，在生產中替代人力操作，使控制更精確、更合理、更安全。從控制閥智能化方面的內容入手，簡要闡述了其在石油化工中的應用。

關鍵詞：智能化控制閥；石油化工；安全性能；自動化系統

中圖分類號：TH134 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.115

作為油氣傳輸終端，閥門在石油化工中發揮著重要的作用。在過去的石油化工生產中，發生過很多或大或小的事故，造成的人員傷亡和財產損失也是無法彌補的。引發事故的原因有以下幾點：①用戶不了解閥門的智能化程度、結構、安裝調試等技術要求，安裝環境不符合要求；②閥門自我診斷能力不足，出現問題不能及時報警，以致工作人員沒有及時發現問題、解決問題，進而損壞閥門；③沒有按照閥門的額定參數運行，未能定期巡視檢查，及時排除故障；④閥門長期超負荷工作使部分零件損壞；⑤閥門選型不當。

智能控制閥主要源于科學技術的高速發展和機電一體化技術的革新，而控制閥的智能化和標準化在石油化工企業生產中是十分重要的。智能化控制閥可以代替人完成相關操作，可以與智能控制器、組態系統構成一個強大的自動化系統，不斷提高系統的工作效率，節約生產成本，大大提高企業生產的安全性。

1 石油化工對控制閥智能化的要求

技術工具的革新引領著現代生產向自動化的方向發展，傳統的生產方式已經不能滿足企業的發展需求。因此，企業生產方式應由模擬化數據采集向數字化方向發展，由人為控制轉變為微機控制，并廣泛應用智能儀表閥門，使其滿足企業的生產需求。但是，智能化控制閥也面臨著許多新的挑戰，需要不斷改進和創新。

1.1 高安全性

在石油化工生產中，各種生產裝置都需要大規模集中檢測和控制，要經受高溫氣體雜質和高壓的考驗。而生產過程中的原料和成品都是易燃易爆的油氣，因此，應將智能控制閥的安全性放在首位。過程的多樣化和工藝條件的變化對溫度、壓力、流量和液位等熱工控制變量提出了很多特殊的要求，需要智能調整。所以，避免控制閥出現誤開、誤關和失靈等故障是至關重要的。

1.2 減少噪聲污染

在生產一線，噪聲污染隨處可見，這對工人的健康和社會生態環境造成了極大的威脅。在閥門設計中，采用先進的工藝和設計理念可以減少噪聲污染，減小對環境的影響。

1.3 適應自動化控制的要求

儀表、控制、自動化決定了企業的興衰，儀表閥門在自動化中相當于人的眼睛和手足。高性能的儀表閥門便于工作人員了解控制的原理、參數，從而選擇合適的控制時機。這是推動自動化發展的必要條件。長期、高效的儀表閥門創新技術推動了自動化技術的發展。

2 智能化控制閥的設計要求

自動化技術和現場總線技術被廣泛應用于石油企業中，它們對低成本、高安全性智能化閥門的要求也越來越高。閥門應具有雙向通訊、自我診斷、流量監測、記錄數據、查詢、報警等功能。在機電一體化、總線接口、人機界面等自動化環境中應用智能化閥門時，對其小型化、節能化、耐高壓、耐腐蝕、耐高溫都有很高的要求。

2.1 控制閥的模塊化設計

控制閥電動操動系統的設計和指定機構的配套設計要采用無管道連線，而且必須具備更高的抗震動性、堅固性和安裝的多樣性、靈活性，安裝方向可調節，附件安裝也要簡易、迅速、可靠，能夠適應現場總線的安裝要求。相關零件的通用性要一致，在保證產品多樣化、功能完善化的同時，必須擁有更高的工作效率和靈敏度。

2.2 智能化設計

在控制閥的設計中，常用的控制方式有2種，即氣動控制和電動控制。氣動控制主要體現在定位器上，而電動控制主要體現在電動執行機構方面。應用數字通訊技術時，數字式智能定位器和電動機構的配合是控制閥智能控制的核心。利用數字通訊技術將控制閥的流量等數據送至總線，信號聯系可以在現場的智能裝置之間進行，而不必連接主控制系統，只需將其中一個連接到智能式變送器的智能調節閥上便能夠實現對現場的控制，主處理器也處于高水平的工作狀態。這種設計能在人機界面上實時顯示工作情況，不僅能采集實時報警、歷史報警、實時數據報表、歷史數據報表等信息，也可以通過曲線等形式顯示控制閥的工作情況。

智能控制閥擁有強大的遠程診斷和自我診斷能力。如果回路某部分出現故障，網絡會報警，并且實時進行各個裝置之間的相互質詢，直到排除故障。

2.3 安全性能設計

安全性能作為石油化工智能控制閥設計中的第一要素，要求在設計控制閥時，使用耐高溫、耐高壓、耐燃的材料，保證長時間使用后故障率趨于零。另外，其操動機構的安全性能尤其重要，要保證閥門在使用過程中不會出現失靈、誤開或誤關等故障。

2.4 防漏和防噪聲

防漏分為內漏和外漏，這取決于閥座的結構和填料的質量。通常情況下，解決這種問題的方法有3種：①改變傳統的螺紋緊壓式結構，采用新型的、可雙面使用的直壓式閥座結構，以提高閥座的密封性能。②采用新型填料密封箱設計。采用特殊材料和特殊設計的V形填料提高其密封性；增加微型密封圈和防塵圈，防止密封元件被損壞。③改變填料的材質，延長填料的使用壽命。

在生產過程中，控制閥是產生噪聲的主要原因之一。鑒于這種情況，可以采用多空套筒式設計、多級套筒式設計和迷宮式設計。這樣可以將噪聲降低10～20 db。

2.5 提高工作效率

提高智能化控制閥工作效率的方法主要有以下3種：①提高控制閥的密封性能，增強其安全性。②減少控制閥的耗氣量，采用全新的數字式智能定位器和硅微控制原理。因為耗氣是間斷性的，所以，只有定位器動作時才能排氣，其余時間它都處于關閉狀態。③采用配備了噴氣裝置的多彈簧啟動操動機構。這樣可以保護操動機構的內部結構不受腐蝕，進而延長操動機構的使用壽命。

3 結束語

在未來工業發展的過程中，智能控制閥的開發還會面臨許多問題，所以，相關工作人員應從智能控制閥的安全性、模塊化、智能化、小型化和環保等方面入手，不斷加大研發力度。為了加快工業企業的自動化水平，要不斷改造舊的過程控制系統，創造更新、更先進的控制方法，為社會提供更優質的服務。

〔編輯：白潔〕