Fisher智能阀门定位器在化工装置中的应用

张进美 王 旭 张文萍

(河南煤业化工集团中原大化仪表公司,河南濮阳 457004)

Fisher智能阀门定位器在化工装置中的应用

张进美 王 旭 张文萍

(河南煤业化工集团中原大化仪表公司,河南濮阳 457004)

主要阐述Fisher智能阀门定位器原理和特性及在实践中遇到的故障及故障处理。

Fisher智能阀门定位器;调节阀;故障

0 引 言

在自动化程度越来越高的化工行业中,调节阀起着至关重要的作用,一旦其发生故障,将直接影响装置的安全运行,对生产过程影响非常大。运用智能阀门定位器,能够改善调节阀的流量特性和性能,可以通过与DCS或总线设备进行数字信息通讯,提升企业生产控制能力,为装置的安全稳定生产提供保障。河南煤业化工集团中原大化公司化工装置中主要运用了Fisher公司生产的FisherDVC6000系列智能阀门定位器,实践证明,FIELDVUE智能定位器的性能、使用情况等方面都远远优于普通定位器。

1 常规定位器存在的问题

1)常规定位器多为力平衡式电-气阀门定位器,它采用喷嘴挡板机构,其内部可动部件较多,易受温度波动、外界振动等干扰的影响,适应环境性差;弹簧的弹性系数在恶劣环境下易发生改变,造成调节阀非线性,从而使控制质量下降;外界振动传到力平衡机构,会造成可动部件磨损及零点和量程漂移,也造成定位器难以正常工作。

2)由于喷嘴本身的特性,执行器在稳定状态时要大量消耗压缩空气,如果使用执行器数量较多,能耗就较大;并且喷嘴本身是一个潜在故障源,容易被灰尘或污物颗粒堵住,使定位器不能正常工作。尤其是在仪表空气不够干净的情况下更容易出现堵塞的情况。

3)常规定位器常采用手动调整零点和量程来提高其使用性能,必须使用专用设备、并且要隔离控制回路,同时零点和量程的调整相互影响,须反复调校,此种方式费时费力,精度等级低,非线性严重时,则更难调整。并且常规定位器的这种手动调校方法受操作人员的调校水平影响比较大。

2 FisherDVC6000智能阀门定位器的工作原理和特性

2.1 工作原理

DVC6000系列数字式阀门定位器有一个独立的模块基座,它可以很方便地在现场更换而不必拆现场的导线或导管。这个模块基座包括一些子模块:I/P转换器;PWB(印刷电路板)组件;气动放大器;指示表。模块基座可以通过换子模块而重新组合。如图1所示。

图1 DVC6000数字式阀门定位器的模块图

DVC6000系列智能定位器是回路供电的仪表。它提供与来自控制室的输入信号成比例的阀位控制。输入信号经过一个双绞线进入端子盒,然后进入印刷电路板组件子模块,在那里被微处理器读取,经过数字算法处理并且转换成模拟量的I/P驱动信号。

当输入信号增大时,去I/P转换器的驱动信号增大,I/P的输出气压增大。I/P的输出气压被送到气动放大器子模块,该放大器与输入气源相连接,把从I/P来到气信号放大,气动放大器接收放大的气源信号,并提供两路气压输出,随着信号(4～20mA)的增加,输出A的气压也会增加,而B的气压会减少。输出A的气压被用于双作用和单作用的正作用场合,而输出B的气压被用于双作用和单作用的反作用场合,输出A的气压的增加会驱动执行机构的阀杆向下运动,阀门行程传感器通过反馈连杆检测阀杆的位置变化,阀门行程传感器与印刷电路板组件子模块与电信号相连,阀杆继续向下移动直到正确的位置,在正确的位置上,印刷电路板组件使I/P驱动信号稳定下来,这会阻止喷嘴压力进一步增加。当输入信号减小时,去I/P转换器子模块的驱动信号减小,于是减少了喷嘴的压力,气动放大器会减小输出A的气压而增加输出B的气压,阀杆向上移动直到正确的位置,在这一点位置上,印刷电路板组件使I/P驱动稳定下来,这会使定位挡板阻止喷嘴压力进一步的减少。

2.2 工作特性

2.2.1 实时信息控制、提高安全性

DVC6000智能定位器是一种双向数字通讯,能实时地传送当前的状况信息,工艺和仪表人员可以及时的调整数据,使工艺生产更高效、顺利的进行。DVC智能定位器支持远距离操作,用HART通讯器在现场接线盒或控制室的安全区域都可以访问设备信息,从而提高操作人员的安全性。

2.2.2 自诊断和控制能力

(1)现场总线的通信

所有DVC6000智能阀门控制器都包含现场总线通讯能力,包括A0功能块及下列诊断:

关键阀门使用跟踪参数;仪表健康状态参数;预定格式阀门性能阶跃维护测试。

(2)标准控制与诊断

所有DVC6000智能阀门控制器都包含标准的控制与诊断。标准控制包括A0与PID功能块。标准诊断包括下列诊断测试:动态误差带;驱动信号;输出信号。

(3)先进诊断

具有先进诊断的仪表可完成标准诊断所包含的动态扫描测试内容加上第4个动态扫描测试,即阀门特征测试以及4个阶跃诊断测试。阀门特征测试可让您确定阀门/执行机构的摩擦力、台架测试压力信号范围、弹簧刚度及阀座关闭力。

2.2.3 性能优化整定

由于性能优化整定能在阀门行程表现出不稳定之前检测到阀门内部的不稳定,因此它比手动调整更有效,我们用HART275进入Auto Setup(自动设置)菜单中选择Performance Tuner(性能优化整定)。然后按照HART275的提示就能完成数字式阀门控制器的整定。

3 应用中的常见故障及故障分析

我公司最早是在三聚氰胺装置中应用Fisher智能阀门定位器,在多年的应用和维护中总结常见故障如下:

3.1 调节阀突然不动作(定位器有信号,无输出)

2007年,仪表维护人员巡检时发现氨洗涤塔C3105入口调节阀PV 31254突然没有开度,我们仪表人员及时和工艺人员取得联系,做好工艺生产的安全措施,对PV 31254进行检查,由于调节阀不动作的原因有很多,依照多年来的经验,首先检查该阀的仪表风气源,气源压力正常,然后检查从定位器输出到PV 31254的膜头管线,发现该气路管线上无气源,也就是定位器没有输出,经过检查FisherDVC6000智能定位器,发现该定位器的喷嘴挡板不过气,仪表人员判断是其恒截流孔堵塞,拆下用气源吹扫,回装后该调节阀正常运行。

3.2 调节阀阀位不准

2008年,工艺人员反映FV 31088现场阀位与主控显示不一致,主控开到100%,现场只能开到50%,工艺人员将该阀切出后,仪表维护人员首先将定位器和阀断开连接,给调节阀加强制信号,该阀能全开,说明该阀没有问题,由此判断该调节阀失去线性,用HART275重新进行调校后该调节阀可正常投入使用。关于调节阀阀位不准的问题,特别是在调节阀解体或者是在初始安装的时候,调节阀的阀位常出现阀位不准,这种情况下往往是定位器到反馈杆的支点位置没有调整好,用HART275调校,找准反馈杆位置后该阀正常。

3.3 调节阀喘振

化工生产中,LV 39003曾发生喘振现象,由于产生振荡的原因是多方面的,因此具体问题具体分析,得出结论,该阀有可能阻尼系数不合适,于是使用HART275重新调整系数之后,喘振想象消除,保障了工艺生产的安全稳定运行。

3.4 调节阀关不死(定位器无信号,有输出)

在仪表的日常维护中经常遇到调节阀关不死的问题,在确认阀芯阀座无磨损、阀芯阀座间无异物卡、调节阀膜头无漏气、零点弹簧预紧力正常、阀杆长度也合适、调节阀前后压差也正常的情况下,检查阀门定位器,发现定位器输出端没有信号,输出端压力表却有压力值,由此可分析定位器故障原因有两个,一个是放大器球阀卡死。检查,清洗放大器即可;另一个是喷嘴与挡板关不严。调整喷嘴位置后正常。

3.5 调节阀动作迟钝

造成调节阀动作迟钝的直接原因是定位器输出压力缓慢或不正常。对于DVC6000数字式智能定位器首先我们采用HART275进行校验,如果还是动作迟钝,我们还可以用HART275进入Auto Setup(自动设置)菜单中选择Performance Tuner(性能优化整定)或者Stabilize/Optimize(稳定/优化)来改善调试结果,如果调节阀动作仍然迟钝,则可判断定位器本身产生了故障,此种情况的故障原因有四种:

(1)定位器到转动部分卡死,造成无反馈力。解决办法是将转动部分加表面油润滑,解除卡死。

(2)定位器里的放大器球阀受赃物影响关不严。解决办法是检查、清洗放大器。

(3)定位器到输出或者输入管道漏气。解决办法是检查气路密封性,消除漏气。

(4)调节阀膜头漏气。解决办法是检查膜室,更换膜片。

4 结 语

由于采用微处理器和新型元件,智能定位器的性能有了很大的提高,即可使用于有弹簧的单作用执行机构,也适用于无弹簧的双作用执行机构;其工作电源全部取自4～20mA信号电源,不需要增加辅助电源;FisherDVC6000智能定位器为平安防爆型,用于防爆场所要加配安全栅。还有很多厂家生产的智能阀门定位器,像SIEM ENS的PS2、YAMATAKE的AVP100等在功能上大同小异,性能上各有优劣,而且也都在进一步开发软件功能,使其得到充分应用,提高过程控制品质,提升企业管理水平。

[1] 施引萱.仪表维修工.北京:化学工业出版社,2001.

[2] 王森.仪表工试题集.北京:化学工业出版社,2002.

TQ055.8+1

A

1003-6490(2010)02-0017-03

2010-02-01

张进美,女,汉族,助理工程师,2005年毕业于中原工学院自动化专业,一直从事化工自动化仪表维修及研究工作。E-mail: jinmei0371@163.com。