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調節(jié)閥波動的回路原因分析處理

來源:陜西正捷工程科技有限責任公司   2019年07月08日 10:08  

調節(jié)閥波動的回路原因分析處理


在化工生產中,自動控制的應用非常廣泛。自動控制可以減輕工人的勞動強度,提高控制精度,降低產品成本,典型的自動控制原理如圖1所示。檢測單元把工藝系統(tǒng)中檢測到的數(shù)據(jù)轉換為模擬或數(shù)字信號后傳送到集成運算單元,集成運算單元將接收到的信號和控制指令(給定信號)進行對比運算,再把運算結果送到執(zhí)行單元,執(zhí)行單元根據(jù)信號自動對工藝系統(tǒng)進行控制/調節(jié)。在目前的實際應用中,大部分的執(zhí)行單元都是以調節(jié)閥作為終端元件,所以幾乎所有回路中的故障終都將反映到調節(jié)閥上,而在眾多的故障現(xiàn)象中,調節(jié)閥波動比較常見,但不好處理。鑒于調節(jié)閥是終端執(zhí)行元件,因此,對調節(jié)閥波動必須結合整個控制回路進行分析,查找出導致調節(jié)閥波動的真正原因,才能從根本上消除調節(jié)閥波動故障。表1是2003年系統(tǒng)中調節(jié)閥波動的統(tǒng)計。
2、原因分析及處理
一個典型的自動控制系統(tǒng)回路。一個完整的自動控制系統(tǒng)涉及很多個獨立的單元。總的來說,導致調節(jié)閥波動的原因有很多,有的是調節(jié)閥自身的波動,另外就是傳送到調節(jié)閥的信號波動引起調節(jié)閥波動,信號波動的原因從每一個單元來說,幾乎都有可能產生。
2、1檢測單元出現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)信號波動
檢測單元是從工藝系統(tǒng)取得檢測數(shù)據(jù)的儀表單元,檢測儀表分兩種:直接式測量,比如溫度探頭、浮力液位計等;另一種是間接式測量,比如光學測溫儀、雷達料位計等。從我們使用和處理的情況看,檢測單元檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動的大多是直接式測量儀表。出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動的原因主要有兩個:一是系統(tǒng)本身的波動導致的,比如合成氨系統(tǒng)的合成氣壓縮機100C2密封油高位槽100V35的液位變送器LT507,因為高位槽的液位在設定后,潤滑油泵送來的潤滑油進入高位槽后,通過管線進入壓縮機缸體后再回到油箱,因為回油量基本固定,高位槽的液位主要由LV507控制,當液位過高時,LV507關小,液位低時,LV507打開,所以,在LV507的不斷調節(jié)中,高位槽的液位是不斷變化的,LT507檢測到的數(shù)據(jù)自然就是波動的,LT507的數(shù)據(jù)波動反過來給LV507一個波動信號,LV507就在不停的波動。但是這種波動并非故障,而是一種正常的調節(jié)狀態(tài),更換了靈敏度更高的液位變送器,調節(jié)就比較平穩(wěn),波動明顯減小。另一種情況是檢測儀表自身的故障,比如浮力式浮筒液位計,其原理是一個在外套筒內的浮筒沒于介質中,根據(jù)介質的液位高低不同,浮筒所受的浮力也不同,輸出變化的扭矩產生不同的輸出信號。當介質中含有微粒雜質比較多的時候,因為浮筒與外套筒間的間隙很小,如果介質中的雜質進入到里面,就有可能將浮筒卡住,在浮筒的浮力尚可克服卡澀摩擦力時,浮筒液位計的輸出信號就容易出現(xiàn)波動,傳送到調節(jié)閥的信號也是波動的,造成調節(jié)閥波動。這種情況的處理是避免介質中的雜質進入到浮筒與套筒中間的間隙,比如加濾網等。
2、2集成運算單元故障引起輸出信號波動
對于集成運算單元,在大型的自動化控制系統(tǒng)中,主要采用DCS集散控制,所有的信號采集、集成運算、信號輸出都是在DCS系統(tǒng)中完成的,終的系統(tǒng)運算如果細化來看,信號采集、信號輸出主要是DCS的卡件在起作用。實際的儀表回路如圖2所示。變送器把檢測到的數(shù)據(jù)通過DCS系統(tǒng)對的卡件進行集成送給CPU運算,然后將結果通過卡件輸出給執(zhí)行單元,執(zhí)行單元根據(jù)接收到的信號對工藝系統(tǒng)進行調節(jié)/控制。
執(zhí)行單元主要是接收集成運算系統(tǒng)輸出的信號,然后轉換為氣壓信號,或直接以電流信號來推動調節(jié)閥動作,達到控制/調節(jié)的目的。在執(zhí)行單元,一般分三個環(huán)節(jié):電氣轉換器、定位器、執(zhí)行器。在電氣轉換器環(huán)節(jié)中,容易引起波動的原因主要有噴嘴/擋板太臟和接線不牢兩種。在儀表空氣不干凈,如儀表空氣含油、含微塵等,在噴嘴/擋板處會逐漸積聚,時間長了,積聚的污物太多時,就會影響噴嘴的排氣,導致電氣轉換器輸出波動。出現(xiàn)這種情況,只需要及時清潔噴嘴/擋板就可以解決。第二種是接線不牢,從主控送出的數(shù)字/模擬信號,通過電氣轉換器轉換為可以被定位器或執(zhí)行器接受的20-100Kpa標準信號,當電氣轉換器接線端子接觸不好或沒有接牢靠時,即使有輕微的振動,都有可能造成電氣轉換器輸出波動,從而引起調節(jié)閥波動。比如我廠尿素系統(tǒng)一臺冷凝液控制閥AV09701,工藝反映波動較大,經檢查是信號波動,懷疑是電氣轉換器故障,打開電氣轉換器,各部件都正常,后發(fā)現(xiàn)接線端子壓線螺釘松動,導致輸出信號波動,緊固壓線螺釘后故障消除。所以,對于接線不牢引起的故障,解決的辦法就是緊固接線,保證各接點牢固。
對于定位器,引起波動的主要是結構的原因。定位器的主要作用就是提高定位精度、加快響應速度,如果定位器出現(xiàn)故障,就可能引發(fā)很多問題。具體就波動而言,有以下幾種可能的原因。一是和電氣轉換器一樣,因為儀表空氣不干凈,噴嘴/擋板結構的會因為噴嘴/擋板太臟引起定位器輸出波動,對于用滑閥控制的,滑閥的“O”形密封環(huán)老化、磨損,也會引起輸出波動從而導致調節(jié)閥波動。因此,對于噴嘴/擋板太臟的,同樣只需要清潔噴嘴/擋板就可以了,而對于滑閥“O”形密封環(huán)老化、磨損的,就必須更換“O”形密封環(huán)。另外,定位器反饋松動也可能引起定位器輸出波動,比如鍋爐給水閥100FV106,因為反饋凸輪緊固螺釘松動,造成反饋松動,引起調節(jié)閥大幅波動。當定位器反饋松動后,調節(jié)閥閥位的變化不能對定位器形成負反饋,信號和輸出不對應,調節(jié)閥動作滯后,而信號的要求與調節(jié)閥滯后沖突,引起調節(jié)閥波動。所以,對于反饋松動的,需要將松動的部位緊固。還有一種情況在查找故障原因時很容易被忽視,即定位器排氣通道被堵塞,當定位器動作時,其放大器或滑閥可能需要排氣,如果定位器的排氣通道不暢通,就會出現(xiàn)調節(jié)閥在調節(jié)的時候產生波動。比如LV150,工藝反映波動,現(xiàn)場檢查各部件正常,且沒有波動現(xiàn)象,后主控動作該閥時出現(xiàn)波動,定位器排氣聲幾乎聽不到,檢查排氣通道,發(fā)現(xiàn)通道在防腐的時候被油漆堵住了,定位器排氣相當?shù)穆謇砼艢馔ǖ篮蠊收舷А?br />在執(zhí)行器部分,除了上面的信號波動原因,其本身波動的原因也是有兩種。常見的是執(zhí)行機構氣室密封不良,出現(xiàn)漏氣、串氣引起波動。對于薄膜式執(zhí)行機構,如果膜片損壞,當氣室有氣壓的時候,薄膜就會漏氣,定位器則需要不停調整輸出以的向氣室內補充儀表空氣,這時候就可能出現(xiàn)調節(jié)閥波動。對于氣缸活塞式執(zhí)行機構,如果活塞不能密封,氣室串氣,定位器也需要不停的調整輸出,同樣容易出現(xiàn)波動。所以,對漏氣、串氣的,需要更換相關部件消除漏氣、串氣。另外一種原因是執(zhí)行機構的有效輸出力不夠,在一定的工況下,不能克服閥芯的不平衡力和填料的摩擦力,調節(jié)閥出現(xiàn)波動,這種故障一般可以增加氣源壓力或彈簧預緊力、也可以通過適當松動填料以減小摩擦力來消除。
2、4中間環(huán)節(jié)引起調節(jié)閥波動
從整個回路來看,除了各個主要環(huán)節(jié)引起調節(jié)閥波動外,中間有的環(huán)節(jié)也有引起調節(jié)閥波動的可能。各個單元之間的連接都是通過屏蔽信號電纜或接線來連接的,如果中間某一個地方接線不牢固,就有可能引起信號波動。
因此,在各個主要環(huán)節(jié)中間的連接都不可以忽視,在整個儀表控制回路中,任何一點的連接出現(xiàn)問題都會引起調節(jié)閥不能正常運行。特別是各個接線端子,一定要保證連接牢固可靠。


在化工生產中,自動控制的應用非常廣泛。自動控制可以減輕工人的勞動強度,提高控制精度,降低產品成本,典型的自動控制原理如圖1所示。檢測單元把工藝系統(tǒng)中檢測到的數(shù)據(jù)轉換為模擬或數(shù)字信號后傳送到集成運算單元,集成運算單元將接收到的信號和控制指令(給定信號)進行對比運算,再把運算結果送到執(zhí)行單元,執(zhí)行單元根據(jù)信號自動對工藝系統(tǒng)進行控制/調節(jié)。在目前的實際應用中,大部分的執(zhí)行單元都是以調節(jié)閥作為終端元件,所以幾乎所有回路中的故障終都將反映到調節(jié)閥上,而在眾多的故障現(xiàn)象中,調節(jié)閥波動比較常見,但不好處理。鑒于調節(jié)閥是終端執(zhí)行元件,因此,對調節(jié)閥波動必須結合整個控制回路進行分析,查找出導致調節(jié)閥波動的真正原因,才能從根本上消除調節(jié)閥波動故障。表1是2003年系統(tǒng)中調節(jié)閥波動的統(tǒng)計。
2、原因分析及處理
一個典型的自動控制系統(tǒng)回路。一個完整的自動控制系統(tǒng)涉及很多個獨立的單元。總的來說,導致調節(jié)閥波動的原因有很多,有的是調節(jié)閥自身的波動,另外就是傳送到調節(jié)閥的信號波動引起調節(jié)閥波動,信號波動的原因從每一個單元來說,幾乎都有可能產生。
2、1檢測單元出現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)信號波動
檢測單元是從工藝系統(tǒng)取得檢測數(shù)據(jù)的儀表單元,檢測儀表分兩種:直接式測量,比如溫度探頭、浮力液位計等;另一種是間接式測量,比如光學測溫儀、雷達料位計等。從我們使用和處理的情況看,檢測單元檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動的大多是直接式測量儀表。出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動的原因主要有兩個:一是系統(tǒng)本身的波動導致的,比如合成氨系統(tǒng)的合成氣壓縮機100C2密封油高位槽100V35的液位變送器LT507,因為高位槽的液位在設定后,潤滑油泵送來的潤滑油進入高位槽后,通過管線進入壓縮機缸體后再回到油箱,因為回油量基本固定,高位槽的液位主要由LV507控制,當液位過高時,LV507關小,液位低時,LV507打開,所以,在LV507的不斷調節(jié)中,高位槽的液位是不斷變化的,LT507檢測到的數(shù)據(jù)自然就是波動的,LT507的數(shù)據(jù)波動反過來給LV507一個波動信號,LV507就在不停的波動。但是這種波動并非故障,而是一種正常的調節(jié)狀態(tài),更換了靈敏度更高的液位變送器,調節(jié)就比較平穩(wěn),波動明顯減小。另一種情況是檢測儀表自身的故障,比如浮力式浮筒液位計,其原理是一個在外套筒內的浮筒沒于介質中,根據(jù)介質的液位高低不同,浮筒所受的浮力也不同,輸出變化的扭矩產生不同的輸出信號。當介質中含有微粒雜質比較多的時候,因為浮筒與外套筒間的間隙很小,如果介質中的雜質進入到里面,就有可能將浮筒卡住,在浮筒的浮力尚可克服卡澀摩擦力時,浮筒液位計的輸出信號就容易出現(xiàn)波動,傳送到調節(jié)閥的信號也是波動的,造成調節(jié)閥波動。這種情況的處理是避免介質中的雜質進入到浮筒與套筒中間的間隙,比如加濾網等。
2、2集成運算單元故障引起輸出信號波動
對于集成運算單元,在大型的自動化控制系統(tǒng)中,主要采用DCS集散控制,所有的信號采集、集成運算、信號輸出都是在DCS系統(tǒng)中完成的,終的系統(tǒng)運算如果細化來看,信號采集、信號輸出主要是DCS的卡件在起作用。實際的儀表回路如圖2所示。變送器把檢測到的數(shù)據(jù)通過DCS系統(tǒng)對的卡件進行集成送給CPU運算,然后將結果通過卡件輸出給執(zhí)行單元,執(zhí)行單元根據(jù)接收到的信號對工藝系統(tǒng)進行調節(jié)/控制。
執(zhí)行單元主要是接收集成運算系統(tǒng)輸出的信號,然后轉換為氣壓信號,或直接以電流信號來推動調節(jié)閥動作,達到控制/調節(jié)的目的。在執(zhí)行單元,一般分三個環(huán)節(jié):電氣轉換器、定位器、執(zhí)行器。在電氣轉換器環(huán)節(jié)中,容易引起波動的原因主要有噴嘴/擋板太臟和接線不牢兩種。在儀表空氣不干凈,如儀表空氣含油、含微塵等,在噴嘴/擋板處會逐漸積聚,時間長了,積聚的污物太多時,就會影響噴嘴的排氣,導致電氣轉換器輸出波動。出現(xiàn)這種情況,只需要及時清潔噴嘴/擋板就可以解決。第二種是接線不牢,從主控送出的數(shù)字/模擬信號,通過電氣轉換器轉換為可以被定位器或執(zhí)行器接受的20-100Kpa標準信號,當電氣轉換器接線端子接觸不好或沒有接牢靠時,即使有輕微的振動,都有可能造成電氣轉換器輸出波動,從而引起調節(jié)閥波動。比如我廠尿素系統(tǒng)一臺冷凝液控制閥AV09701,工藝反映波動較大,經檢查是信號波動,懷疑是電氣轉換器故障,打開電氣轉換器,各部件都正常,后發(fā)現(xiàn)接線端子壓線螺釘松動,導致輸出信號波動,緊固壓線螺釘后故障消除。所以,對于接線不牢引起的故障,解決的辦法就是緊固接線,保證各接點牢固。
對于定位器,引起波動的主要是結構的原因。定位器的主要作用就是提高定位精度、加快響應速度,如果定位器出現(xiàn)故障,就可能引發(fā)很多問題。具體就波動而言,有以下幾種可能的原因。一是和電氣轉換器一樣,因為儀表空氣不干凈,噴嘴/擋板結構的會因為噴嘴/擋板太臟引起定位器輸出波動,對于用滑閥控制的,滑閥的“O”形密封環(huán)老化、磨損,也會引起輸出波動從而導致調節(jié)閥波動。因此,對于噴嘴/擋板太臟的,同樣只需要清潔噴嘴/擋板就可以了,而對于滑閥“O”形密封環(huán)老化、磨損的,就必須更換“O”形密封環(huán)。另外,定位器反饋松動也可能引起定位器輸出波動,比如鍋爐給水閥100FV106,因為反饋凸輪緊固螺釘松動,造成反饋松動,引起調節(jié)閥大幅波動。當定位器反饋松動后,調節(jié)閥閥位的變化不能對定位器形成負反饋,信號和輸出不對應,調節(jié)閥動作滯后,而信號的要求與調節(jié)閥滯后沖突,引起調節(jié)閥波動。所以,對于反饋松動的,需要將松動的部位緊固。還有一種情況在查找故障原因時很容易被忽視,即定位器排氣通道被堵塞,當定位器動作時,其放大器或滑閥可能需要排氣,如果定位器的排氣通道不暢通,就會出現(xiàn)調節(jié)閥在調節(jié)的時候產生波動。比如LV150,工藝反映波動,現(xiàn)場檢查各部件正常,且沒有波動現(xiàn)象,后主控動作該閥時出現(xiàn)波動,定位器排氣聲幾乎聽不到,檢查排氣通道,發(fā)現(xiàn)通道在防腐的時候被油漆堵住了,定位器排氣相當?shù)穆謇砼艢馔ǖ篮蠊收舷А?br />在執(zhí)行器部分,除了上面的信號波動原因,其本身波動的原因也是有兩種。常見的是執(zhí)行機構氣室密封不良,出現(xiàn)漏氣、串氣引起波動。對于薄膜式執(zhí)行機構,如果膜片損壞,當氣室有氣壓的時候,薄膜就會漏氣,定位器則需要不停調整輸出以的向氣室內補充儀表空氣,這時候就可能出現(xiàn)調節(jié)閥波動。對于氣缸活塞式執(zhí)行機構,如果活塞不能密封,氣室串氣,定位器也需要不停的調整輸出,同樣容易出現(xiàn)波動。所以,對漏氣、串氣的,需要更換相關部件消除漏氣、串氣。另外一種原因是執(zhí)行機構的有效輸出力不夠,在一定的工況下,不能克服閥芯的不平衡力和填料的摩擦力,調節(jié)閥出現(xiàn)波動,這種故障一般可以增加氣源壓力或彈簧預緊力、也可以通過適當松動填料以減小摩擦力來消除。
2、4中間環(huán)節(jié)引起調節(jié)閥波動
從整個回路來看,除了各個主要環(huán)節(jié)引起調節(jié)閥波動外,中間有的環(huán)節(jié)也有引起調節(jié)閥波動的可能。各個單元之間的連接都是通過屏蔽信號電纜或接線來連接的,如果中間某一個地方接線不牢固,就有可能引起信號波動。
因此,在各個主要環(huán)節(jié)中間的連接都不可以忽視,在整個儀表控制回路中,任何一點的連接出現(xiàn)問題都會引起調節(jié)閥不能正常運行。特別是各個接線端子,一定要保證連接牢固可靠。

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