ValveLink软件在天然气调节阀故障诊断方面的应用

罗 嘉，周 静，石 磊，钟沅瀚，李文英

（1.中国石油西南油气田川东北作业分公司，四川达州636164；2.中国石油西南油气田蜀南气矿，四川泸州646000）

高含硫天然气净化装置中，使用调节阀对工艺介质的温度、流量、压力和液位进行控制。如果关键调节阀出现故障，将直接影响控制回路的投用和装置平稳运行，会导致工艺停车，进而非计划性减少天然气和硫黄的产量，甚至引发安全生产事故，造成财产损失和人员伤亡。调节阀通常是在发生故障后被动维修，特别是关键阀门，由于在生产运行期间不具备解体维修条件，必须等到系统大修才能维修，但仅凭故障现象和历史经验，又会存在多种维修策略，维修准确性不高，从而增加阀门备件购买费用，给项目的经济成本造成不小的压力。因此，对调节阀进行预测判断，并采取必要的预防性维护措施防患于未然，显得格外重要。ValveLink软件能够对调节阀的故障进行智能有效诊断，更好地提升调节阀的使用效果，为生产装置平稳运行提供有力保障。

1 ValveLink软件技术

ValveLink软件是基于FISHER DVC6000系列智能阀门定位器开发的专用智能诊断软件，能对调节阀进行离线数据采集和诊断分析，可在线监控调节阀的运行情况。采用先进的诊断技术、流程式校验手段和自动事件归档等方法，对定位器进行在线组态、调试、校验、诊断及数据记录，确认调节阀是否存在隐形故障和表征故障，从而进行有针对性的维护，提高调节阀维修的针对性和经济性。维修人员通过对诊断数据进行分析，确定阀门维修方案，进行针对性的预知性维修，能够减少维修费用，提高调节阀有效运行时间，最终增加生产效益。

ValveLink软件具有以下功能：

1）阀门状态监视。显示重要过程变量，如阀门装填、驱动信号、行程与压力、报警和动作次数等重要参数，判断定位器的运行状态、电气转化器I/P气路是否堵塞、执行机构或气源管是否泄漏。

2）提供阀门阶跃响应曲线，显示阀门的运动速度、超调和运动时间等信息，分析阀门的动态响应，通过阀门阶跃响应曲线，判断阀门动作时的摩擦力是否在合理区间、调节阀供气压力是否正常、阀内件是否存在卡塞磨损、内漏与冲刷现象等。

3）提供阀门全行程测试特性曲线，用于判断阀门弹簧的预紧力和弹性系数、间隙摩擦力大小、填料松紧程度和阀座力大小。

4）进行阀门诊断管理，自动生成校验报告、校验曲线、历史误差和事件记录等文件。大修前，对于阀门进行全方位初步筛选和建立维修方案，大修中，精准维修和调整定位器内部参数，使得阀门达到优良的控制效果。大修后，对于阀门的维修效果进行评估，建立档案，为日常维修提供重要参考，对整个阀门全生命周期的维护起到重要监控作用。

2 ValveLink软件的应用实践

2.1 ValveLink软件对调节阀在线诊断

中国石油西南油气田川东北作业分公司（以下简称川东北分公司）高含硫天然气净化装置原料气调节阀FV-070602-1为高压高含硫原料气进入净化装置的源头调节阀，对装置平稳运行起着十分关键的作用。阀门阶跃响应曲线测试和阀门全行程测试是ValveLink软件的重要测试项目，通过给阀门开度为0，25%，50%，75%，100%，75%，50%，25%，0设定点，进行阶跃响应测试和阀门全行程测试。阀门阶跃响应曲线见图1，阀门全行程测试特性曲线见图2。

图1 阀门阶跃响应曲线

图2 阀门全行程测试特性曲线

由图1可见：阀门标准行程曲线呈理想阶梯响应图形，阀门实际行程曲线与标准曲线相比，阀门动作虽行程正常，但响应不及时，而且随着阀门开度不断加大，驱动阀门的气压要求相对较高，导致响应更加缓慢，同时供气压力不稳定。

根据该响应缺陷，ValveLink软件分析判断出：阀门动作过程中，减压阀压力调节不稳定，供气流量小，可能存在减压阀截流过多、有内件老化和泄漏情况。ValveLink工程师诊断维修建议：对减压阀进行检查，并对故障元件进行更换。

在调节阀情况良好的情况下，阀门由全关到全开过程和由全开到全关过程中的执行器压力变化曲线应均匀且平行分布在理想状态下的曲线两侧，两条阀门动作过程曲线间距越大，代表摩擦力越大；间距越小，则代表摩擦力越小。由图2可见：该阀门行程为3 in，阀门行程在0～10%过程中，执行器压力较正常值增大了约1倍；运行到25%行程时，摩擦力突然变小；阀门行程在100%～90%过程中，执行器压力较正常值增大了约4倍。这可能是由于在阀门打开或关闭初期，阀笼内件存在异物或阀内件发生了磨损导致静摩擦力非常大。ValveLink软件给出的维修建议为：①对阀内件进行检查和清洗，并评估阀内件是否有损伤情况；②对损坏部件进行更换，推荐更换填料组件、垫片组件、阀座环、阀芯阀杆组件、阀笼等备件。

2.2 调节阀线下检查情况

2020年装置大修期间对调节阀FV-070602-1拆卸后进行检查，具体情况如下：

1）在维修前对调节阀通电通气进行功能测试，进气压力为0.4 MPa。“全关—全开—全关”无明显卡涩，但阀位显示异常，调节阀阀位不准确。进行密封泄漏测试，无法升压，测试结果为不合格。

2）解体阀内件进行检查。阀盖底部有锈蚀附着物，填料无余量。

3）取出阀芯阀杆组件进行检查。阀芯密封面受损。

4）取出阀笼和阀座环进行检查。阀笼内部有明显磨损，且附着杂质。

5）加载环断痕明显。阀体压盖与阀体之间的密封没有石墨垫片。

6）电磁阀内部锈蚀严重。

调节阀整体及解体后各部分的样貌见图3～8。

图3 填料无余量

图4 阀芯密封面受损

图5 阀笼内部有磨损

图6 阀笼内部附着杂质

图7 加载环断裂

图8 电磁阀内部锈蚀严重

2.3 调节阀现场维修情况

根据ValveLink软件的诊断结果和线下检查情况，对调节阀FV-070602-1进行维修，对阀体内部和阀盖进行清理，更换阀内件、填料、垫片组件和加载环。

2.4 调节阀维修方案准确性核验

2.4.1 2020年调节阀维修方案

2020年大修之前，对高含硫天然气净化装置66台关键性较高的调节阀进行了在线诊断，维修工程师根据ValveLink软件在线诊断报告，结合自身维修经验，提出其中41台调节阀需要在大修期间下线维修，并提前制定了维修方案，预先购买了备品备件。

由于实际检修情况会与维修工程师制定的维修方案存在偏差，为了进一步减少偏差，提高维修方案的准确度，将41份控制阀在线诊断维修报告的故障现象分为10大类；同时将维修方案与控制阀下线维修报告进行核实与对比，对维修方案产生偏差的原因进行分析，提出可行性改进措施，进一步提升ValveLink在线诊断指导意义。

2020年大修期间调节阀在线诊断情况见表1。

表1 2020年大修期间调节阀在线诊断情况

经统计，维修工程师根据ValveLink软件的诊断提出的维修方案与购买备品备件的平均正确率为75%。

2.4.2 2021年调节阀维修方案

2021年大修期间，维修工程师根据ValveLink软件诊断发现有23台调节阀需下线维修。维修工程师结合2020年调节阀维修方案偏差原因分析和改进措施，提出了2021年大修的维修方案与备件推荐。

2021年大修期间调节阀在线诊断情况见表2。

表2 2021年大修期间调节阀在线诊断情况

经统计，工程师根据ValveLink软件在线诊断，结合2020年维修方案的偏差和改进措施，提出的维修方案与购买备品备件的平均正确率提高到91%，ValveLink诊断指导意义和参考价值进一步显著提高。

3 ValveLink软件诊断助力控制阀全生命周期管理

川东北高含硫净化项目引入阀门全生命周期管理的概念，对控制阀门进行科学管理，控制阀门预防性维护和阀门全生命周期管理是未来工作的重点方向。利用好ValveLink软件，结合实际工艺操作、自动化控制系统和维修经验，对阀门问题进行分析与汇总，讨论控制阀检修测试事宜，第一时间掌握准确的阀门历史信息与动态信息，及时跟踪购买备品备件采购情况，对调节阀进行全生命周期式科学管理。做到有检测诊断、有跟踪监测、有维修报告和数据总结等闭环管理，从根本上提升调节阀的运行效率及安全性，助力川东北高含硫净化项目的可持续发展。

4 结语

通过ValveLink软件对关键调节阀进行预测性维护，让阀门维护由被动变主动，有助于尽早发现故障隐患，有效控制调节阀性能退化或恶化的趋势，避免因不能及时排除调节阀故障而造成天然气净化装置生产波动或停车等重大经济损失。维修工程师依据ValveLink软件在线诊断报告提出维修方案，并与实际检修情况进行对比，分析偏差存在的原因，提出改进措施，提出了更加准确的维修方案和备品推荐，有效地减少了阀门的维修时间和备件的购买成本，同时也进一步提升了ValveLink软件的诊断指导意义和参考价值。ValveLink软件在川东北分公司的成功应用，可为后续的大修提供可行性解决方案，同时也为其他高含硫天然气净化装置的生产管理提供了可借鉴经验。