新型智能阀门定位器在炼油装置中的应用

冯东石

(中国石化天津分公司，天津 300270)

新型智能阀门定位器在炼油装置中的应用

冯东石

(中国石化天津分公司，天津300270)

阐述一种智能阀门定位器原理和特性，同时对实际应用中所遇到的故障及原因进行了总结分析，为炼油装置的安全稳定生产和设备安全运转提供参考。

智能阀门定位器 调节阀 故障诊断 故障分析

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[1～3]。某石化公司炼油部生产装置中运用了一种新型智能阀门定位器，效果优于普通定位器。

1 常规定位器存在的不足

常规定位器主要存在以下缺陷。

a)常规定位器多为机械力平衡原理，采用喷嘴挡板机构， 可动件较多， 容易受温度波动、外界振动等干扰的影响。

b)常规定位器内反馈弹簧部件长时间工作弹力易改变，长周期工作定位精度下降。

c)由于喷嘴本身的特性， 执行器在稳定状态时也要大量消耗压缩空气， 易被灰尘或污物颗粒堵住，使定位器不能正常工作。

d)常规定位器手动调校时需要使用专用设备，不隔离控制回路是不可能的， 且零点和行程的调整互相影响， 须反复整定， 费时费力， 非线性严重时， 则更难调整。

2 新型智能阀门定位器的工作特性和优点

2.1 智能阀门定位器的工作特性

定位器基于全数字化工作原理，没有传统阀门定位器的痕迹。采用微处理器外来的控制信号(给定)和反馈的阀位行程信号进行比较，若出现偏差，微处理器用一个五步开关程序来控制压电阀单元，给出适当的数字脉冲信号，进而调节输出到执行器的气压，实现定位控制。当偏差为零或在允许范围内，没有控制脉冲给压电阀，进气和排气的压电阀都在闭合保持状态，压缩空气消耗微量。另外定位器由于采用典型的压电阀结构，理论上耗气量较底，现场使用时，随着使用时间延伸和执行机构/控制阀动态使用的变化，针对压电阀的PWM脉宽调制常会出现动态变化的状况，有可能导致脉动输出加剧，控制阀动作不稳定或阀位震荡。

智能数字式阀门定位器的校验简单，根据执行机构不同自动校准大约需要10～15 min，校验初始化过程无需人为干预。

2.2 智能阀门定位器的优点

2.2.1实时信息控制， 提高安全性

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调整数据， 使工艺生产更高效、顺利地进行。智能定位器支持远距离操作，支持定位器参数拷贝粘贴到一台新定位器， 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

a)现场总线的通信:智能阀门控制器都包含现场总线通讯能力， 包括功能块及下列诊断: 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。

b)标准控制与诊断:智能阀门控制器都包含标准的控制与诊断。标准诊断包括下列诊断测试:动态误差带、驱动信号、输出信号等。

c)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动态扫描测试， 即阀门特征测试以及阶跃诊断测试。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， 可用HART275 进入自动设置(Auto Setup) 菜单中选择性能优化整定(Performance Tuner) 。然后按照HART275 的提示就能完成数字式阀门控制器的整定。

3 应用问题分析及解决措施

某石化公司炼油部运用了这种新型智能阀门定位器， 经过几年的运行与维护，发现一些故障问题，并采取相应措施得以解决。

3.1 调节阀突然不动作

仪表维护人员接1#柴油加氢工艺操作员电话，调节阀FV-101 突然没有开度， 仪表人员及时到现场， 待控制阀切出后对FV-101 进行检查。检查该阀的仪表风气源， 气源压力正常， 液晶显示正常，自动模式给4～20 mA信号控制阀无动作，将定位器控制模式切到手动，按功能键控制阀开关正常，对定位器进行自检操作，自检完成后定位器投用自动模式给4～20 mA输入信号控制阀无动作，判断定位器主板故障，更换后投用正常。

3.2 调节阀阀位不准

工艺人员反映TV3738A现场阀位与主控显示不一致， 主控DCS输出开到100%， 现场阀位只能开到80%， 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， 按智能定位器功能键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， 或调节阀自动调校时有卡的现象， 定位器把卡点认为是量程点，也可导致阀位不准现象出现。

3.3 调节阀喘振

炼油汽柴加氢装置生产中， LV-201 曾发生喘振现象，控制阀工作在40%～60%时有喘振现象，其它点工作正常。怀疑该阀有可能死区或阻尼系数不合适，调整后无效，更换反馈检测精密电位器， 重新调校之后， 喘振想象消除。 另部分调节阀智能定位器输入信号不变，控制阀慢慢脱离控制点一定位置后能快速回到原位，类似缓慢喘振。定位器达到正常工作点时压电阀关闭无气源输出，由于输出管道或调节阀膜头有漏气导致控制阀慢慢动作，当定位器检测到给定和反馈达到一定差值时，定位器输出使控制阀回到控制点位置，这样造成了缓慢喘振。解决办法是检查气路密封性， 消除漏气。

3.4 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。对于智能定位器我们首先采用HART275 进行校验， 如果还是动作迟钝， 可用HART275 进入自动设置菜单中选择性能优化整定或者稳定/优化来改善调试结果， 如果调节阀动作仍然迟钝， 可判断定位器本身产生了故障， 此种情况的故障原因有以下3种。

a)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。

b)定位器里的压电阀受脏物影响关不严。解决办法是检查、清洗压电阀。

c)控制阀气缸容积大，定位器输出排气风量小阀门开关动作慢。解决办法是加装气动增速器。

3.5 调节阀关不严

在仪表的日常维护中经常遇到调节阀关不严的问题， 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、调节阀前后压差也正常的情况下， 检查阀门定位器。制氢PSA双气缸程控阀关不到位，检查定位器输入信号正常，两个输出风压表指示压力相等，但阀位与输入信号对应不上，校验给信号两个输出有变化但差值小，阀门动作慢且关不严，初步判断定位器压电阀故障，解体检查压电阀发现压电阀密封膜片有轻微损伤漏气。解决方法，更换压电阀模块组件。

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， 即能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～ 20 mA 信号电源， 不需要增加辅助电源，通过安装上位软件提升了对控制阀的监控和管理，控制阀故障率大大降低。 这种智能定位虽然有很多优点，但随着其应用数量的增大也发现存在部分不足，例如智能定位器调校自检需要控制阀全行程动作数次，不自检定位器无法正常投用。有的工艺条件不允许定位器故障时对阀门进行全行程动作调校，给原型更换造成一定难度。智能定位器有复制初始化数据(定位器置换)功能，但与正确初始化过的定位器相比，精度和动态特性是有限的，且操作过于复杂耗时。总之，智能定位器的使用应“因地制宜”合理使用，最大限度地发挥其效能，提高装置稳定运行水平。

[1] 尚群立,蒋鹏. 智能电气阀门定位器的研制[J]. 仪器仪表学报,2007(04):718-721.

[2] 王沁,徐科军,姜鹏,等. 压电式阀门定位器参数寻优自整定方法[J]. 电子测量与仪器学报,2011(07):612-619.

[3] 王秀娟,邱宣振,何衍庆. 智能阀门定位器与非智能阀门定位器比较[J]. 医药工程设计,2005(01):36-37.

TheApplicationofNewIntelligentValvePositionerinOilRefining

Feng Dongshi
(SINOPEC Tianjin Branch, Tianjin, 300270)

The principle and characteristics of an intelligent valve positioner are expounded. And the faults and causes encountered in the practical application are analyzed and summarized, which provide a reference for the safe and stable production of the oil refining equipment and the safe operation of the equipment.

intelligent valve positioner; control valve; fault diagnoses; fault analysis

2016-10-19

冯东石，助理工程师，1992年毕业于天津电大工程仪表自动化专业，现在天津分公司炼化部，主要从事仪表运行和管理工作。