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概述电气控制阀在平台系统中的应用与发展

1 关于电气控制阀的工作原理

目前电气控制阀与平台控制系统相连接,接受来自控制系统或现场的信号,并做出相应的动作。工业中以DCS控制系统居多,实行点对点的控制模式。每一个调节阀连接到系统的PLC,然后连接到模数转换器,将现场来的模拟信号转换成数字信号,在操作界面得以显示,以供操作人员按照现场情况进行相应操作。

1.1 电气控制阀的结构组成

一个完整的电气控制阀包含以下几个部分:阀体、驱动装置、电气转换。阀门接受来自中控的信号,通过I/P转换器将电信号转换成相应的气信号,通过一定压力的空气推动驱动装置的气动薄膜,使执行机构对管线中的流体进行控制。

调节阀的阀体是指与管线连接部分,是实际的流量调节、压力调节、温度调节等的执行者。阀的定位器用来保证控制阀处于控制器所指定的正确位置。定位器以足够的压力来推动执行机构,保证控制信号与阀杆位置间的平衡。电气阀门定位器YT-1000L是一种从控制器或控制系统中接受4~20mA电信号,并向气动执行机构输送空气来控制阀门开度的装置。体积放大器用来补充一些与控制信号压力相同的空气体积。而不放大来自控制器的气动信号。体积放大器也用来隔离从阀执行机构来的控制信号。

1.2 控制阀的选型工程计算原理

设计工程师必须完全了解所要控制的工艺系统。阀的选型不恰当可能既昂贵又不方便使用。阀太小将不能通过所要求的流量,且工艺设备会供应不足。阀过大不只是费用高,而且会导致控制的不稳定及阀座过早的损坏。

阀门流量系数(Cv)是表示阀门通过流体能力的数值。Cv越大,在给定压降下阀门能够通过的流体就越多。Cv值为1表示当通过压降为1PSI时,阀门每分钟流过1加仑15℃的水。Cv值为350表示当通过压降为1PSI时,阀门每分钟流过350加仑15℃的水。

对于给定的液体流量,所需阀芯尺寸需要一个阀的系数Cv。控制阀按非闪蒸液体的计算Cv的方程式:

Cv为阀的计算系数(液体);ΔP为实际压差;G为在流动状态下的密度;Q为液体的流量。阀门计算公式中的ΔP(允许值)由下列方程式计算:

式中:Km为阀的回复系数;γc为临界压力比;PL为进口压力(绝);Pv为流动状态下液体的蒸汽压力(绝);ΔP(允许值)为计算时最大的允许压差。

算出ΔP(允许值),将其用于标准液体计算方程式中以决定Cv,如果实际的ΔP小于允许值ΔP,应将实际ΔP代入液体计算方程式中。

γc的值由下式决定:

式中:Pe为液体的临界压力(绝)。

对单组液体,γc的值可从表格查出。在生产设施中多数的液体控制阀都处理多组份液体,如原油和凝析液。在分离器中,这些液体与气体平衡。即在很多情况下,P=Pe,对于多组份液体,γc较复杂,不能由公式求出。在这些情况下,一般假设γc=0.75,因此:ΔP(允许值)=0.25LKmPL。现在有很多的厂家,为了计算方便,设计出阀门计算和选型软件。

2 电气控制阀在海上钻采平台中的应用

2.1 电气控制阀在测试分离器系统中的应用

现场与中控实行点对点连接,对于现场的每一个控制点,可以一对一的实行检查与维修。

根据工艺的要求,要始终保持液位在测试分离器罐的中间某个范围的位置中。分离器罐中有一个液位传感器,将这种物理的位置转变成电信号输出至中控。同时,与阀门控制器相连接。正常状态下,阀门开度50%。当液位升高,超过临界高度时,液位传感器输出信号,这一信号达到阀门的开度要求时,阀门控制器会根据信号的大小,完成相应的电气转换。增加阀门开度,以达到降低液位的要求。如果是液位降低到某个临界点,传感器的电信号达到需要调节阀门的值时,同样的,阀门控制器完成电气转换,降低阀门开度,使液位升高。同时将动作信号传输到中控,使操作人员可以在控制器上看到阀门的状态。

2.2 阀性能的验证性计算

对于此处的控制阀,根据前面所介绍的控制阀的工程计算,按照工艺的要求,查询相关参数,对此控制阀进行相关核算。

用软件进行测试。根据工艺,将阀门所需要的参数填写在软件的相应位置处,系统就可以计算出阀门的最大Cv值,正常Cv值,最小Cv值,并能够根据所计算的数据进行控制阀的选择。

经过软件的计算和对阀门的选择,与手动计算的结果相一致,系统中该控制阀可满足生产要求。

3 控制阀的发展

在科学技术飞速发展的今天,人们渴望有一种能够更加智能化的阀门控制器,能够集自动控制、故障诊断、实时通讯、记忆功能于一体的数字现场控制技术。

3.1 数字式阀门控制技术

随着数字式阀门定位器的推出,控制阀进入了一个新的时期。除了将电信号转换成气动信号这一传统功能外,数字式阀门控制器可以通过用HART通信协议,很容易地访问对过程操作至关重要的信息。这一功能可以通过在控制室内用计算机或系统操作台实现。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。数字式阀门控制器具备用户可设置的警报与报警功能。当它与HART通信为基础的系统集成时,这些标识会提供有关阀门和仪表当前与潜在问题的实时报告。

3.2 阀门的软件诊断
电气控制阀在石油化工等系统中发挥了重要的作用。利用专用的控制阀维修诊断工具及软件,在不干扰工艺过程的情况下采集阀门信息,就能够以最小的代价对平台的正常运转保驾护航。阀门的快速诊断与维修,对于工业系统有着重要的作用,不但能减少停车,还会使维修成本降到最低。

阀门的发展方向必然是朝着软件控制、软件诊断、在线检测的方向发展。诊断图形可重叠于以前储存的那些图形上,以查看阀门的哪些性能下降了。这使得仪表人员能将精力集中于需要修理的设备上,从而避免不必要的维修。