浅析智能型定位器在乙烯项目中的应用

2014-09-10王秋杰

石油化工自动化 2014年1期

王秋杰

(中沙(天津)石化有限公司设备管理部，天津 300271)

天津乙烯项目主要包括： 1 Mt/a乙烯装置、650 kt/a裂解汽油加氢装置、300 kt/a线性低密度聚乙烯装置、300 kt/a高密度聚乙烯装置、450 kt/a聚丙烯装置、40 kt/a环氧乙烷、360 kt/a乙二醇装置、350 kt/a苯酚丙酮装置、200 kt/a丁二烯、120 kt/a MTBE等工艺装置以及公用工程、储运和辅助设施。

调节阀是流体输送中的重要部件，在大型化工装置中应用最广泛的是气动调节阀。阀门主要用于启闭、节流和保障管道及设备的安全，所以其能否稳定、精确地调节直接影响着装置的安全平稳运行。鉴于调节阀在化工装置中的重要性，项目集中采用某品牌的智能型定位器，充分利用其在线诊断软件，实时监控阀门的运行状态，努力实现将事后维修转化为预知性维修，最大限度地降低因阀门原因非计划停车的风险。笔者简要介绍了智能型定位器在化工装置中应用所积累的经验。

1 智能型定位器的作用

智能型定位器是调节阀的主要附件，它将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号PV,以控制器(DCS)输出信号作为设定信号SP进行比较，当两者有偏差时，改变其到执行机构的输出信号MV，使执行机构动作，建立了阀杆位移与控制器输出信号之间的一一对应关系。因此，智能型定位器组成以阀杆位移为测量信号，以控制器输出为设定信号的反馈控制系统，该控制系统的操纵变量是阀门定位器去执行机构的输出信号。智能型定位器工作原理如图1所示。

2 调节阀故障现象及对策

2．1 调节阀故障现象

项目运行一年后，某装置连续出现调节阀不可控的现象，如阀门故障后，出现阀位有时停留在故障前位置，有时又突然关闭等现象。通过对整个回路的检查，基本排除了控制系统及中间电缆的问题，为不影响生产运行，仪表工对智能型定位器进行重启操作，之后调节阀正常运行。基于智能型定位器故障时，调节阀完全处于不可控状态，这对生产平稳运行产生巨大的影响，甚至会导致停车。表1 为调节阀故障记录。

图1 智能型定位器工作原理示意

表1 调节阀故障记录

2．2 智能定位器故障原因

基于上述调节阀的故障现象，为避免类似情况的发生，对定位器解体后，发现所有I/P、放大器等内部组件存在油渍及杂物的现象。由此可以推断，部分异物也会进入I/P内，将其内部节流孔堵塞(节流孔直径为150 μm)；另外喷嘴也会发生堵塞(喷嘴处直径为200 μm)。定位器喷嘴工作原理如图2所示，一旦喷嘴处被异物所堵，所有气量将通入放大器，使阀门处于全开或全关状态；一旦节流孔堵塞，通入放大器的气量保持不变，阀门处于当前位置，不可调节。以上两种情况反应了某装置阀门出现故障的现象。

图2 智能定位器喷嘴原理示意

2．3 智能定位器故障处理

鉴于装置正处于生产运行期间，为最大限度地降低阀门故障的风险，定期对仪表风进行排疑处理，针对特别重要的阀门择机检查更换定位器。2013年，利用各装置停车检修机会，对全厂仪表风管线进行吹扫打靶，对其露点、粉尘、油含量等数据进行检测，从源头处给予处理；对所有过滤减压阀进行检查、更换；对所有定位器内各组件进行吹扫、清洁。

3 智能定位器诊断功能的应用

3．1 定位器诊断功能的优势

智能定位器诊断功能的充分利用能够有效地将事后维修向事前维修转变，通过合理地开展预见性维护活动，大幅降低检修的成本，减少各装置非计划停车的次数。在应用过程中，能够对所有调节阀进行在线监视；通过对数据的分析归纳，及时发现调节阀存在的隐患，有针对性地采取措施进行处理。图3为定位器在线、离线诊断功能相结合的应用流程。

3．2 定位器诊断功能介绍

智能定位器不仅能够在线监视与阀门有关的64个参数及其趋势记录，而且通过动态性能测试能够了解阀门存在的故障，做出科学的决策，减少维护的成本。

1) 阀门特性曲线。检测并提供压力- 全行程(-5%～105%)的曲线、执行机构弹簧弹性系数、弹簧预紧力实际值、实际填料摩擦力以及理想的摩擦力范围、实际阀座关紧力等信息。阀门特性曲线提供了最完整的阀门诊断信息，以评估阀门组件的故障问题，为阀门检修做出科学决策，减少阀门故障对生产的影响。

图3 定位器诊断流程示意

2) 动态误差带。提供全行程(-5%～105%)-输入信号的曲线,有8 000个采样点,带分析数据。可提供对阀门的滞后、死区以及动态误差的图形化与数据分析。

3) 阶跃响应。提供30个阶跃响应，带分析数据。可评估阀门如何对DCS信号作出响应，获得阀门超调、滞后、死区、t63和t86的数据分析。

4) 在线性能诊断。根据化工行业的生产特性，性能诊断由连续、间断性、定时定期三种方式相结合。诊断出执行机构与仪表的性能状态，计算阀门的摩擦与死区的数值，并画出它们的趋势曲线，发现问题故障产生的原因并提供有效的解决办法。在线性能诊断可在线监控阀门的性能，及早发现潜在的阀门问题，实现阀门的预防性维护。减少非计划的停车，增加设备运行时间，从而有效地提高工厂产出。

5) 生成的诊断报告。在线诊断软件可导出可读格式，直接输入到仪表设备管理系统(AMS)里；MS Word电子格式，用于存储记录；MS Word硬拷贝格式，用于记录归档。

3．3 定位器诊断功能的应用实例

笔者以某项目中调节阀出现的故障为例，简要介绍定位器诊断功能在实际处理问题中的良好应用，希望读者以此为参照能够充分利用诊断功能，努力做到调节阀的预防性维护。

3．3．1调节阀的故障现象

某项目中的调节阀进行在线诊断后，存在如下缺陷：行程偏差较大(25%)；I/P的驱动信号较大(90%)；死区较大(6%)。

3．3．2调节阀的故障分析

鉴于调节阀在线诊断中发现的问题，为进一步分析故障原因，对调节阀进行一次行程试验，得到异常曲线，故障现象有以下三种：阀门关闭时存在卡住的现象，即输入信号大于25%时，调节阀才开始动作；调节阀不能全开；调节阀在关闭过程中抖动较大。

通过对该阀门解体检修，发现汽缸和阀门的连接杆、滑块以及滑轴等处存在磨损的现象。通过对相关部件的修复及更换，调节阀回装并投入运行。

3．3．3调节阀修复后的效果

调节阀进行检修后，再次进行离线诊断测试，阀门特性和动态偏差带曲线及数据表明阀门性能得到改善,阀门重新置于投入使用状态。

3．4 定位器诊断功能的发展趋势

调节阀被安装在各种过程装置上，长期稳定、可靠地高负荷运转，地位十分重要。带智能定位器的调节阀，通过其诊断软件实时监测自身的状况，为设备操作员和维修工程师采集重要的信息，实现了阀门故障诊断智能化。只有充分地利用诊断功能才能有效地将被动式的维修转变为适时的维护，实现企业的效益最大化。调节阀事前、事后维护流程如图4 所示。