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摘 要：加氢装置高压调节阀是装置的关键设备，为了对仪表进行预防性维护，同时推进仪表设备预知性维护，采用ValveLink软件对加氢处理、加氢裂化的高压调节阀在线进行诊断，了解高压调节阀的运行状况和存在的问题，为检维修提供依据，为仪表设备预知性维护做出有益的探索。
关键字：加氢装置 高压调节阀 ValveLink软件 在线诊断
在自动化程度越来越高的炼油化工装置中，调节阀起着至关重要的作用，直接控制工艺介质流量、温度、压力等参数，一旦出现故障，将直接影响控制回路的投用和装置的平稳运行。关键调节阀直接控制装置主要物料的流量，保障装置的安全生产。随着仪表设备技术的发展及应用，智能阀门定位器大量应用到石油化工生产现场，改善了调节阀流量特性，提高了调节阀各项性能，更重要的是给维护人员提供了智能化手段，能够对定位器进行在线快速设置、调整及诊断等工作，更好地提高定位器及调节阀的使用效果，为生产装置平稳和优化运行提供保障。
中国石油化工集团公司武汉分公司炼油二期项目加氢处理、加氢裂化装置高压调节阀采用DVC6010AD智能定位器，配置ValveLink软件，为调节阀诊断提供了硬件及软件平台。
1 调节阀维修方式
1.1 故障性维修
调节阀是实现装置自动控制的重要手段，可随时根据工艺控制要求进行调节，运行的状况取决于调节阀及附件的完好情况，任何一个部件的故障都会影响到调节阀的调节性能。传统的调节阀配置常规电气阀门定位器和其他附件，在调节阀投用前，进行包括单校、带定位器调校及压力、泄漏测试等检查，检查合格后投运。如果运行正常之后，不做维修处理，只有在调节阀出现故障时才做切出流程处理。这种故障性维护是一种传统的被动性维修，也是目前主要采取的维修方式。
1.2 预防性维修
调节阀预防性维修是根据调节阀的运行时间、重要程度有计划地安排各类检查及维修，通过预防性维修可以对调节阀存在的各种隐患提前进行处理，避免各种隐患发展成突发故障，导致调节阀失灵，直接影响生产。该维修方式可提前发现问题并及时处理，但它需要将调节阀切出流程进行，需要仪表、工艺人员统一认识，落实措施，才能有效完成，存在针对性较低、经济性差等问题。
1.3 预知性维修
调节阀预知性维修是一种基于调节阀状态检测技术的维修方式，维修前通过对调节阀的状态检测，找出调节阀存在的问题及隐患，有针对性地进行维护，提高调节阀维修的针对性和经济性。
智能定位器的出现使调节阀的诊断成为可能，阀门诊断技术正在从离线诊断向在线诊断方向发展，使得预知性维修成为可能，通过智能诊断软件指导阀门维修人员确定阀门的维修时间、维修内容及维修方法。通过有针对性的预知性维修，可以减少维修费用，提高调节阀有效运行时间，最终增加效益。
2 智能阀门定位器
2.1 阀门定位器的作用
阀门定位器是调节阀的关键附件，对于调节质量要求高的重要调节系统，可以提高调节阀的定位精确度及可靠性；用于阀门两端压差大的场合，通过提高气源压力增大执行机构的输出，克服液体对阀芯产生的不平衡力。当被调介质为高温、高压、低温、有毒、易燃、易爆时，为了防止对外泄漏，用定位器可克服时滞。被调介质为黏性流体或含有固体悬浮物时，用定位器可以克服介质对阀杆移动的阻力；对于大口径的调节阀用定位器可克服控制信号的传递滞后，改善阀门的动作反应速度；可用于改善调节阀的流量特性，实现分程调节等。
2.2 智能阀门定位器
智能阀门定位器的应用是进行阀门预知性诊断的基础，它主要由微控制器CPU，A/D和D/A转换器，压电导向的气控阀等部件构成，其主要特点：用压电控制阀取代喷嘴挡板机构，给定值和报警值的比较是纯电信号，不再是力的平衡，大幅提高了可靠性，降低了耗气量；采用微控制器，实现了智能化，通过软件组态，可实现多种功能，大幅节约了投运时间；自动修改控制参数，补偿机械摩擦的变化和填料老化所造成的问题，达到最好控制效果。
2.3 DVC系列智能定位器
DVC6010AD智能定位器可以与智能终端或计算机进行HART通信，利用HART通信协议可以将信息集成到控制系统中去或以单个回路为基础来采集。DVC6010AD智能定位器接收阀门行程位置的反馈及供气压力和执行机构的气动压力，这些数据可诊断定位器本身以及所安装的阀门和执行机构，提供经济且有效的维修信息。
DVC6010AD智能定位器诊断出来的主要信息包括：定位器各组件工作是否正常；阀门摩擦力和死区的变化；阀门是否卡住；输出压力异常气源压力低于正常范围；I/P是否有阻塞；执行机构或气源管泄漏；行程偏差；阀门动作异常分析等。
DVC6200智能定位器是新一代智能定位器，采用非接触式阀位反馈测量，适用于各种安装模式，解决了DVC6000系列阀位反馈机构复杂、故障率高的问题，同时具备阀门状态监测、故障诊断功能。
3 阀门诊断技术
3.1 ValveLink阀门管理软件
ValveLink阀门管理软件是基于DVC6000智能阀门定位器开发的专用软件，运用先进的诊断，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，具有如下优势：
1）维护人员可以在控制室连续监测阀门的健康状况，避免由于故障不能及时排除造成重大损失，为状态监测提供技术依据。
2）可为预防性维护提供设备故障判断依据，减少预防性维护人力投入以及备品备件的投入。
3）利用在线组态功能，维修人员在控制室对控制阀的组态修改，无需查询回路接线图，无需到现场查线，避免人为失误，提高维修安全性。
4）利用先进诊断功能，可在线诊断阀门定位器电路功能区故障、阀门动态性能，PID回路不稳根本原因，阀门运行特性、摩擦力以及机械问题等。
5）可自动实现定期、无人干预的标定、诊断管理，自动生成校验报告、校验曲线以及历史误差等。
ValveLink的Monitor界面，通过数字通信将定位器内各种传感器的数据、报警展现给维护人员，提示整个阀门是否处于良好运行状况，是否需要在将来一段时间进行维护。其中Dashboard界面直观地给出设定值及定位器的实际行程，定位器输入、输出气压，让维护人员可远程获得定位器工作最关键的信息。
3.2 离线诊断
离线诊断需要调节阀全开和全关，调节阀应从工艺流程中切出，或在停工大修时进行。诊断期间，定位器供气需正常。
3.2.1 阀门特征曲线及动态误差测试
阀门特征曲线呈现出执行机构气压与阀门行程的曲线，如图1所示。该测试计算出摩擦力、阀座力、弹簧预紧力和其他一些变量，主要用来确认阀门和执行机构的机械情况，比如阀内件状况、阀杆磨损、供气压力不足、不正确的弹簧预紧力、摩擦力不够、卡阀等一些情况。这项测试不仅能够定性发现问题，并且能够定量地给出具体的数据，通过这些定量的数据给出阀门维护意见。
图1 阀门特征曲线
3.2.2 驱动信号及动态响应测试
阀门在50%开度附近，输出±（0.25%，0.50%，1.00%，2.00%，5.00%，10.00%）的阶跃信号；指定的阀门阶跃信号与时间的曲线如图2所示，检查整个阀门组件的响应，小的阶跃通常用来判定阀门的动态性能，大的阶跃通常被用来判定连续的供气能力以及组件性能。
图2 阶跃响应曲线示意
3.2.3 全行程扫描
该项测试主要得到阀门的机械性能，计算出摩擦力、阀座力、弹簧预紧力和其他一些变量。该测试能得到阀座的情况，主要用来确认阀门和执行机构的机械情况，比如阀座的磨损、阀杆磨损、供气压力不足、不正确的弹簧预紧力、摩擦力不够、卡阀等问题都能通过该测试被发现。
3.3 在线诊断
在线诊断需要调节阀在正常工况下运行，根据工艺要求正常进行调节，测试时输出信号需给出3%～5%变化，ValveLink软件收集动态数据。
1）常规数据可获取供气压力、Relay调节、行程偏差完整性I/P、空气流量、阀门摩擦力及死区等数据。
2）一键式扫描功能测试。该功能能够诊断定位器本身各模块、I/P和放大器的完好性，放大器调整，供气压力、供气流量，行程偏差等问题，直接给出问题发生可能的原因，并给出下一步的措施以排除故障。
3）阀门摩擦测试。在阀门在线的情况下检测阀门的摩擦力以及死区数据，摩擦力的检测值应不大于阀门的期待摩擦力值，定期使用此功能可形成摩擦力与死区的趋势，实现预知性维护。
3.4 在线诊断优点
1）能够在阀门正常控制情况下实时检测整个阀门系统的诊断信息，如行程偏差、驱动信号异常信息，并能够将报警内容和时间存储在定位器内。
2）能够在阀门正常受控情况下检测阀门摩擦力，形成阀门摩擦力变化趋势，方便备件提前准备，实现预知性维护。
3）对报警信息进行分析，部分异常情况的修正根据报警信息只需要做出极小的，不影响工艺的改变即可完成。通过对报警信息分析，避免了阀门盲目的检维修，帮助提高阀门维护的准确性以及维修效率。
4 加氢装置高压调节阀在线诊断
武汉分公司加氢处理、加氢裂化装置于2013年建成投产，高压调节阀采用FISHER调节阀，配DVC6010AD智能定位器，计划2016年停工大修，为对高压调节阀实施预知性检修，2015年8月安排对加氢处理、加氢裂化装置29台调节阀实施在线诊断，以便操作人员有针对性地安排日常预知性维护，同时为2016年大修提供依据。
该次阀门诊断服务涉及加氢处理、加氢裂化2个装置共29台调节阀，具体诊断阀门清单如下：
1）一次阀门诊断测试和分析总量：29台。
2）ValveLink Exp文件导入/导出总量：29台。
3）ValveLink标准格式报告（MS Word）总量：29份。
4）阀门诊断评级报表1份。
5）阀门诊断总结报告1份。
5 在线诊断分析报告
5.1 诊断总体结果
对加氢处理、加氢裂化共29台调节阀进行诊断工作，通过诊断收集的数据，获知被诊断阀门的历史使用状况，以此来判断阀门是否在工艺受控过程中有抖动，膜片、填料是否已达到使用寿命，使用周期计算、行程累积来衡量阀门历史使用状况。其中有相对严重问题的为3台，有一定缺陷和风险的为5台，有轻微瑕疵的为11台，情况良好的为10台。
5.2 存在严重问题阀门诊断情况
1）界位控制阀267－LV－11604B，存在阀门反馈显示不能全关/行程漂移问题。从监测数据看到，当输入阀门信号0，阀门位置停留在13.07%，存在过大的行程偏差。在长期使用的过程中定位器反馈臂受工艺影响较易产生位移，行程传感器自身内部长期使用情况下出现位移，造成行程漂移，阀门出现固定偏差，小信号无响应现象；在阀门全关位置，行程漂移容易造成阀门在全压差的情况下关不严，出现内漏，对阀内件造成损伤；不能排除阀内件有杂物，造成阀门不能全关的可能性。
建议检查定位器反馈臂连接是否完好，重新标定校验；现场需要确认阀门是否全关；有条件建议更换成DVC6200非接触式定位器，消除行程漂移带来的隐患。若现场观察阀门不能全关，则需要检查阀内件。
2）泵出口流量控制阀267－FV－11902A存在阀门零点漂移，阀内件有黏接问题。从监测数据看到，当阀门输入为0时，定位器反馈回来的信号为－10.36%，显示阀门零点漂移。从诊断测试的结果中，阀门在从完全关闭到打开的瞬间阀位突变，说明阀门内件有黏接现象，此现象对阀内件损伤极大，同时诊断得出阀门摩擦力远小于预期值。
建议检查定位器与阀门机械连接，有条件建议更换成DVC6200非接触式定位器，消除行程漂移带来的隐患；检查清理阀内件，若阀内件损坏严重，建议维修甚至更换；更换填料，重新标定校验。
3）泵出口流量控制阀267－FV－11902B存在行程传感器故障，更换非接触式定位器DVC6200。从检测数据可以看到，诊断软件提示整个阀门状态为矢效，阀门设定值为0，而反馈阀位为725%，在响应的Alert界面中，出现了行程传感器报警，说明定位器行程传感器故障。定位器行程传感器故障会导致定位器闭环控制无反馈，阀门不受控，建议更换成DVC6200非接触式定位器。
6 结束语
该公司采用ValveLink软件对加氢处理、加氢裂化29台高压调节阀进行在线诊断测试，是对仪表预知性维护所做的有益探索。在线诊断工作需要仪表人员和工艺人员配合完成，对输出信号给出3%～5%阶跃，利用阀门在一定范围内动作情况进行测试，收集诊断数据。工艺与仪表人员对29台阀门诊断结果与实际阀门运行情况检查对比，安排日常预知性维护及大检修工作。对3台存在严重问题的阀门安排切出流程处理，对5台有一定缺陷和风险的阀门，安排准备填料及阀内件，落实在下次大检修完成，为装置平稳优化生产提供保证。
来源：网络转载
转载请注明：电子人社区 | 
发表于 2016-11-15 19:48:24
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