智能阀门定位器在石油化工装置自动化控制系统中的应用

在石油化工装置自动化控制系统中，调节阀的选用对精度而言至关重要，它的使用情况影响到产品质量，并关系到装置安全生产。独山子乙烯厂各装置使用的调节阀包括各个厂家多种类型的产品。但绝大多数调节阀安装的是普通类型阀门定位器。现在独山子乙烯厂使用了美国FISHER-ROSEMOUNT公司生产的FIELDVUE智能阀门定位器，经过一年多的运行，与普通阀门定位器的性能、使用情况、性能价格比等方面进行了比较 类 型 配用普通定位器的调节阀 配用智能定位器的调节阀 基本误差 小于全行程的20% 小于全行程的0.5% 阀门稳定性 稳定 极其稳定 调 校 在现场手动调校 通过校验仪在现场、机柜或与DCS通讯调校 信 号 源 4～20mA或气动信号 模拟信号或数字信号 性能/价格比 低 高 PID操作 无 有 通 讯 无 HART协议 1 FIELDVUE智能阀门定位器的工作原理和特性 1.1 智能定位器原理 FIELDVUE系列数字式阀门控制器有一个独立的模块基座，它可以很方便地在现场更换而不必拆现场的导线或导管。这个模块基座包括一些子模块：I/P转换器；PWB（印刷电路板）组件；气动中继器；指示表。模块基座可以通过换子模块而重新组合。FIELDVUE系列数字式阀门控制器通过进入端子盒的一对双绞线接受输入信号和电能，输入信号同时到PWB组件子模块，在那里它被附加许多参数，例如多段折线性化中的节点坐标，极限值和其他数值。然后PWB组件子模块送信号给I/P转换器子模块。I/P转换器转变输入信号成为气压信号。该气压信号送到气动中继器，加以放大并作为输出信号送到执行机构。该输出信号也可以被安置在PWB组件子模块上的压力敏感元件所感受。用于阀门执行机构的诊断信息。阀门和执行机构的阀杆位置当作输入信号引入PWB子模块，用作数字式阀门控制器的反馈信号，数字式阀门控制器上也可以配备指示表，指示气源压力和输出压力。 1.2 智能阀门定位器的智能特性 1.2.1 实时信息控制、提高安全性和减少开支 1）改善控制：双向数字通讯把阀门当前情况的信息带给你，你可以依靠阀门工作信息有根据地对过程控制进行管理决定，确保及时控制。 2）提高安全性：可以从现场接线盒、端子板或在控制室这样的安全地区使用手操器、PC机或系统工作站选取信息，将你面对危险环境的机会减到最小，并且不必亲临现场。 3）保护环境：可以把阀门泄漏检测仪或限位开关接到智能数字式阀门控制器的辅助端子，免得额外增加现场布线，若发生超限该仪表将会报警。 4）节省硬件开支：当FIELDVUE系列数字式阀门定位器用在集成系统时，由于FIELDVUE数字式阀门控制器替代调节器可以节省硬件和安装费用。FIELDVUE系列数字式阀门控制器使布线投资、端子和I/O需求投资节省50%。同时FIELDVUE仪表采用二线制供电，不要求单独而价高的供电导线。它们替换掉现有的配装于阀门的模拟仪表，节省了单独敷设电源线和信号线的高额费用。 1.2.2 结构可靠和HART信息 1）结构经久耐用：全密封结构阻止了震动、温度和腐蚀性环境对它的影响，独立的防风雨现场接线盒把现场导线接点和仪表其他部分隔离开。 2）加快开工准备步骤：数字式阀门控制器的双向通讯能力使你可以通过远程识别每台仪表，检验它的校准情况，查阅对比以前存储的维修记录及其他更多信息，达到尽快启动回路的目的。 3）便于选取信息：FIELDVUE数字式阀门定位器和变送器应用HART通讯协议可以方便地选取现场信息。如实地看到控制过程的基础——控制阀本身——在阀门或现场接线盒上借助于手持通讯器，在DCS控制室借助于个人计算机或操作员的控制台。 采用HART协议也意味着FIELDVUE仪表可以组合在集成系统之内，或作为自成一体的控制设备来用。这种多方面的适应性，使得无论现在或将来，系统设计工作更为方便容易。 1.2.3 自诊断与控制能力 1）现场总线的通信 所有DVC5000f数字式阀门控制器都包含现场总线通讯能力，包括A0功能块及下列诊断： a）关键阀门使用跟踪参数； b）仪表健康状态参数； c）预定格式阀门性能阶跃维护测试。 关键阀门使用跟踪参数可监控阀杆的总行程（行程累积）及阀杆行程转向（周期）的次数。如果仪表的内存、处理器或检测器有任何问题，则仪表的健康状态参数报警。一旦有问题发生，可确定该仪表将如何对该问题作出反应。假如，若压力检测器有故障时，仪表是否应当关闭？也可选择哪一个元件出毛病将引起仪表关闭（是否问题严重，足以引起关闭）。这些参数指示以报警形式报告。监控性报警可以提供有关有问题的仪表、阀门或过程的瞬间指示。 2）标准控制与诊断 所有DVC5000f数字式阀门控制器都包含标准的控制与诊断。标准控制包括A0与PID功能块。标准诊断包括下列诊断测试：a）动态误差带；b）驱动信号；c）输出信号。 动态误差带、驱动信号及输出信号是动态扫描测试。这些测试是在被控制的速度下转变传送器块（伺服机构）的设定点并绘出阀门的操作以确定阀门的动态性能。例如，动态误差带测试是滞后与死区加“回转”。滞后与死区是静态的质量。然而由于阀门是在运动着的，就带来了动态误差和“回转”误差。动态扫描测试给出了较好的指示，即阀门在过程条件下将如何操作，那将是动态而不是静态。在个人计算机上运行ValveLink软件可完成标准与先进诊断测试。 3）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第4个动态扫描测试，即阀门特征测试以及4个阶跃诊断测试。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。 4）过程总线 费希尔控制设备性能服务部门可使用具备过程诊断能力的仪表来评估阀门、过程及变送器而基金会现场总线控制回路仍处于自动状态，而且过程继续生产产品。利用过程诊断，性能服务部门将能够识别与找出哪一个过程的组成单元有可能今天引起质量问题。尽管过程诊断需要启动运行，其终点却是要由过程或操作员干预才能确定的。过程诊断可同时在多个阀门上进行。 2 应用和维护 2.1 应用 FIELDVUE智能阀门定位器于1998年4月安装使用于裂解和乙二醇装置共16台。主要用于更换一些重要控制点的回路场合。如裂解炉的进料流量阀和乙二醇环氧反应器的进料流量阀的控制。 我们使用手操器对其进行了组态和校验，其线性度可达99%，零点和量程及回差均可以控制在精度要求的范围之内，控制极其稳定且抗干扰的能力也特别强，完全满足工艺控制的要求。 2.2 维护 FIELDVUE定位器维护量极少，基本上无需维护。其现场适应性特强。但为了保证长期、稳定地运行，仪表人员应作好以下几个方面的工作。 1）为保证其良好的工作环境，防止意外损坏，应定期检查定位器周围的工作环境。同时保证其工作气源的稳定和洁净，减少外界因素造成的仪表波动和故障。 2）仪表人员应每周检查阀门和定位器的泄露和工作情况，及时消除隐患。每月使用手操器对定位器进行特性曲线检查，检查零点、量程、线性和回差等参数，并对其优化和调整，保证其工作质量。 3）定期对调节阀进行检修和维护，确保阀门工作质量。同时对DCS调节控制回路参数进行优化，以确保与定位器互相工作的协调性和稳定性。 4）由于DCS方面和其它原因，其现场总线和软件功能我们没有完全得到开发和利用，对智能维护和诊断功能无法完全使用，但还是大大减轻了日常维护量。 通过近两年在化工装置的使用效果来看，智能型阀门控制器性能稳定、调校方便；能实现与DCS的直接通讯，并具备自诊断功能，维修简单；可移植到现场总线，代表当今仪表技术发展的方向。进一步开发和使用其软件功能是我们今后努力的目标方向。