智能化控制阀在石油化工中的应用设计

王浩

摘 要：阀门是流体管路的控制装置，它的基本功能是接通或切断管路介质的流通，改变介质的流动方向，调节介质的压力和流量，保护管路和设备的正常运行。随着科技的发展，智能控制被广泛应用于工业控制和工业生产中，阀门也被广泛应用于工业、建筑、农业、国防、科研和人们的日常生活中。它由最初的手动控制逐渐发展为智能化、标准化、小型化、安全化的控制，在生产中替代人力操作，使控制更精确、更合理、更安全。从控制阀智能化方面的内容入手，简要阐述了其在石油化工中的应用。

关键词：智能化控制阀；石油化工；安全性能；自动化系统

中图分类号：TH134 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.115

作为油气传输终端，阀门在石油化工中发挥着重要的作用。在过去的石油化工生产中，发生过很多或大或小的事故，造成的人员伤亡和财产损失也是无法弥补的。引发事故的原因有以下几点：①用户不了解阀门的智能化程度、结构、安装调试等技术要求，安装环境不符合要求；②阀门自我诊断能力不足，出现问题不能及时报警，以致工作人员没有及时发现问题、解决问题，进而损坏阀门；③没有按照阀门的额定参数运行，未能定期巡视检查，及时排除故障；④阀门长期超负荷工作使部分零件损坏；⑤阀门选型不当。

智能控制阀主要源于科学技术的高速发展和机电一体化技术的革新，而控制阀的智能化和标准化在石油化工企业生产中是十分重要的。智能化控制阀可以代替人完成相关操作，可以与智能控制器、组态系统构成一个强大的自动化系统，不断提高系统的工作效率，节约生产成本，大大提高企业生产的安全性。

1 石油化工对控制阀智能化的要求

技术工具的革新引领着现代生产向自动化的方向发展，传统的生产方式已经不能满足企业的发展需求。因此，企业生产方式应由模拟化数据采集向数字化方向发展，由人为控制转变为微机控制，并广泛应用智能仪表阀门，使其满足企业的生产需求。但是，智能化控制阀也面临着许多新的挑战，需要不断改进和创新。

1.1 高安全性

在石油化工生产中，各种生产装置都需要大规模集中检测和控制，要经受高温气体杂质和高压的考验。而生产过程中的原料和成品都是易燃易爆的油气，因此，应将智能控制阀的安全性放在首位。过程的多样化和工艺条件的变化对温度、压力、流量和液位等热工控制变量提出了很多特殊的要求，需要智能调整。所以，避免控制阀出现误开、误关和失灵等故障是至关重要的。

1.2 减少噪声污染

在生产一线，噪声污染随处可见，这对工人的健康和社会生态环境造成了极大的威胁。在阀门设计中，采用先进的工艺和设计理念可以减少噪声污染，减小对环境的影响。

1.3 适应自动化控制的要求

仪表、控制、自动化决定了企业的兴衰，仪表阀门在自动化中相当于人的眼睛和手足。高性能的仪表阀门便于工作人员了解控制的原理、参数，从而选择合适的控制时机。这是推动自动化发展的必要条件。长期、高效的仪表阀门创新技术推动了自动化技术的发展。

2 智能化控制阀的设计要求

自动化技术和现场总线技术被广泛应用于石油企业中，它们对低成本、高安全性智能化阀门的要求也越来越高。阀门应具有双向通讯、自我诊断、流量监测、记录数据、查询、报警等功能。在机电一体化、总线接口、人机界面等自动化环境中应用智能化阀门时，对其小型化、节能化、耐高压、耐腐蚀、耐高温都有很高的要求。

2.1 控制阀的模块化设计

控制阀电动操动系统的设计和指定机构的配套设计要采用无管道连线，而且必须具备更高的抗震动性、坚固性和安装的多样性、灵活性，安装方向可调节，附件安装也要简易、迅速、可靠，能够适应现场总线的安装要求。相关零件的通用性要一致，在保证产品多样化、功能完善化的同时，必须拥有更高的工作效率和灵敏度。

2.2 智能化设计

在控制阀的设计中，常用的控制方式有2种，即气动控制和电动控制。气动控制主要体现在定位器上，而电动控制主要体现在电动执行机构方面。应用数字通讯技术时，数字式智能定位器和电动机构的配合是控制阀智能控制的核心。利用数字通讯技术将控制阀的流量等数据送至总线，信号联系可以在现场的智能装置之间进行，而不必连接主控制系统，只需将其中一个连接到智能式变送器的智能调节阀上便能够实现对现场的控制，主处理器也处于高水平的工作状态。这种设计能在人机界面上实时显示工作情况，不仅能采集实时报警、历史报警、实时数据报表、历史数据报表等信息，也可以通过曲线等形式显示控制阀的工作情况。

智能控制阀拥有强大的远程诊断和自我诊断能力。如果回路某部分出现故障，网络会报警，并且实时进行各个装置之间的相互质询，直到排除故障。

2.3 安全性能设计

安全性能作为石油化工智能控制阀设计中的第一要素，要求在设计控制阀时，使用耐高温、耐高压、耐燃的材料，保证长时间使用后故障率趋于零。另外，其操动机构的安全性能尤其重要，要保证阀门在使用过程中不会出现失灵、误开或误关等故障。

2.4 防漏和防噪声

防漏分为内漏和外漏，这取决于阀座的结构和填料的质量。通常情况下，解决这种问题的方法有3种：①改变传统的螺纹紧压式结构，采用新型的、可双面使用的直压式阀座结构，以提高阀座的密封性能。②采用新型填料密封箱设计。采用特殊材料和特殊设计的V形填料提高其密封性；增加微型密封圈和防尘圈，防止密封元件被损坏。③改变填料的材质，延长填料的使用寿命。

在生产过程中，控制阀是产生噪声的主要原因之一。鉴于这种情况，可以采用多空套筒式设计、多级套筒式设计和迷宫式设计。这样可以将噪声降低10～20 db。

2.5 提高工作效率

提高智能化控制阀工作效率的方法主要有以下3种：①提高控制阀的密封性能，增强其安全性。②减少控制阀的耗气量，采用全新的数字式智能定位器和硅微控制原理。因为耗气是间断性的，所以，只有定位器动作时才能排气，其余时间它都处于关闭状态。③采用配备了喷气装置的多弹簧启动操动机构。这样可以保护操动机构的内部结构不受腐蚀，进而延长操动机构的使用寿命。

3 结束语

在未来工业发展的过程中，智能控制阀的开发还会面临许多问题，所以，相关工作人员应从智能控制阀的安全性、模块化、智能化、小型化和环保等方面入手，不断加大研发力度。为了加快工业企业的自动化水平，要不断改造旧的过程控制系统，创造更新、更先进的控制方法，为社会提供更优质的服务。

〔编辑：白洁〕