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电子式气动调节阀阀门定位器的选用

0简介

调节阀中,调节阀是一个非常重要的部件。生产过程中调节对象又要求调节阀具有各种各样的特性,以满足生产工艺的需要。在调节阀的辅助装置中,最主要的就是调节阀定位器。现场使用的阀门定位器种类繁多,选择正确而适用的阀门定位器就显得非常重要。

1 阀门定位器介绍

1.1 阀门定位器的功能

阀门定位器的功能是接受过程控制器的输出信号,然后以它的输出去控制气动执行机构。当气动执行器动作后,阀杆的位移又通过机械装置负反馈到阀门定位器。定位器与执行器组成了一个闭合回路。

1.2 阀门定位器的分类

按输入信号及转换方式不同可分为3类。

(1)气动式定位器接收一个气源信号,将它转换成一个要求的阀门位置,并为执行机构提供到达此位置所需要的气源压力,使阀门到达正确阀位。

(2)模拟式I/P定位器接收一个电流信号(通常为4~20mA),将它转换成一个要求的阀门位置,并为执行机构提供到达此位置所需要的气源压力,使阀门到达正确阀位。

(3)数字式功能与模拟式I/P定位器类似,不同点在于电气信号的转换是数字式而不是模拟式的。数字式定位器又分为数字不通信、HART式、现场总线式3种。

1.3 阀门定位器的作用

(1)改善调节阀的静态特性,提高阀门位置的线性度。

(2)改善调节阀的动态特性,减少调节信号的传递滞后。

(3)改变调节阀的流量特性。

(4)改变调节阀对信号压力的响应范围,实现分程控制。

(5)使阀门动作反向。

1.4 阀门定位器适用的场合

(1)摩擦力大,需要精确定位的场合。

(2)缓慢过程需要提高调节阀响应速度的场合。

(3)需要提高执行机构输出力和切断力的场合。

(4)分程调节系统和调节阀运行时,需要改变气开、气关形式的场合。

(5)需要改变调节阀流量特性的场合。

(6)调节器比例带很宽,但又要求阀对小信号有响应时。

(7)采用无弹簧执行机构或活塞执行机构,要实现比例动作时。

2 智能定位器与普通定位器比较

阀门定位器有智能型和普通型的,这二者性能之间的比较见表1。

表1 智能定位器与普通定位器的性能比较

3 乌石化PTA装置使用阀门定位器的概况

我厂PTA装置是引进英国帝人化学公司ICI工艺技术,装置设计规模为年产715万tPTA,年运行时间7000h。采用炼厂提供的PX为原料,生产纤维级的PTA产品,全过程由集散控制系统DCS进行监控,1995年7月建成并投入生产。

3.1 阀门定位器的使用概况

我厂PTA装置原设计主要使用的阀门定位器是ABB公司的P3300系列和FISHER公司的3610系列,部分采用Neles公司的NP724s系列。目前在线使用有ABB公司的P3300系列、FISHER公司的3610系列、FISHER公司的DVC6000系列、Neles公司的NP724s系列和YAMATAKE公司的AVP300系列。其中ABB公司的P3300系列和FISHER公司的3610系列均为气动阀门定位器,Neles公司的NP724s系列为电气阀门定位器,FISHER公司的DVC6000系列和YAMATAKE公司的AVP300系列为智能阀门定位器。

3.2 智能定位器的概述

以FISHER公司的DVC6000系列和YAMATAKE公司的AVP300系列定位器为例来说明阀门定位器在选用过程中应考虑的因素。首先简要介绍这2种定位器。

3.2.1 FISHER公司的DVC6000系列电气阀门定位器

它是EMERSON2FISHER公司的一款数字式可以通讯,使用HART通讯协议访问获取过程操作的重要信息,并基于微处理器的电—气转换阀门控制器。DVC6000系列定位器结构简单,主要由I/P转换器、印刷电路板(PWB)组件和气动放大器组成。

高度模块化的集成方便现场拆卸更换。其功能强大,除了具有自动校验行程和得到输出A,B口压力、输入气源压力、输入电流信号、阀位信号等常规智能定位器都有的功能以外,通过HART手操器还可以提供行程传感器的工作范围、定位器温度显示等其他功能。这些对分析判断定位器故障并快速解决有很大的帮助。值得一提的是,DVC6000系列还提供AUX辅助接线端,通过对该端子的设定可实现无需手操器自动校验行程、辅助输入报警、程序修改保护等多种辅助功能。

3.2.2 YAMATAKE公司的AVP300系列

它是一种电—气动智能阀门定位器。它接收来自控制设备的DC电流信号并控制气动阀门。除了基本功能以外,AVP300系列还具有通信功能、自动设定程序以及自诊断功能,极大地提高了生产力和效率。使用HART通信装置可执行校准、设定和自诊断。分为:AVP300无阀位输出的模拟量信号(4~20mA);AVP301有阀位输出的模拟量信号(4~20mA);AVP302带HART通讯协议。

4 阀门定位器的选用时应考虑的因素

4.1 执行机构的形式

执行机构有直行程和角行程之分。对普通定位器而言,执行机构形式不同,定位器选用时是不同的。而对于智能定位器,直行程和角行程执行机构可以采用同一类型的阀门定位器,有的不需要修改参数就可使用(AVP300系列),有的直行程和角行程只需进行简单的几个参数的设置。

4.2 执行机构的行程

各种执行机构的行程长度或角度不同。而各种定位器的有效行程范围也不同,有些定位器可以通过加入延伸杆来适应行程较长的执行机构。

4.3 安装方式

在选用定位器时,要先考虑执行机构的形式,尺寸及安装工艺孔的位置,还要考虑定位器的反馈机构形式及尺寸。一般来说,安装好的定位器的反馈杆,在阀位的50%处应为水平的。

4.4 阀门定位器的精度

在理想情况下,对应某一输入信号,调节阀的内件(阀芯、阀杆、阀座等)每次都应准确地定位在所要求的位置,而不管行程的方向或者调节阀的内件承受多大的负载。而对于某台定位器,其精度受执行机构尺寸和开度组合的影响而不同。

4.5 零点和量程方面

4.5.1 调校的简便性

是否需要打开盒盖完成零点和量程的调校是简便性的体现,像山武的定位器零点和量程调整的旋钮就在外壳上,只需要一把螺丝刀就可以进行调整了。但值得注意的是:有时候为了避免不正确的操作、误操作或非法操作,这种随意就可进行调校的方式需要被关注或禁止。

4.5.2 标定的独立性

主要考虑在单独进行零点或量程调校时,是否会相互影响。如果相互影响,则必须对零点和量程这2个参数进行反复调整,才能达到要求。调校就会花费更多的时间和人力。

4.5.3 稳定性

如果零点和量程容易随着温度、振动、时间或输入压力的变化而产生漂移,阀门定位器就需要经常地被重新调校,所以零点和量程的稳定性非常重要,稳定性高才能确保调节阀的行程动作准确无误。

4.6 是否带旁路

旁路就是不用脱开定位器,通过定位器的旁路开关让气源输入信号直接作用于执行机构(一般适用于单作用执行机构)上。这样即使定位器出现某些故障,也可以通过旁路开关,使调节阀继续保持正常工作,而无须使调节阀强制离线,造成不必要的损失。比如山武的AVP300系列的定位器就有旁路开关,仅限于单作用的执行机构。而FISHER的DVC6000系列则不具备此功能。

4.7 定位器流量特性的选择

定位器均具有流量特性选择设定功能。但在实际使用中,要根据所配阀门的流量特性和工艺具体要求来合理确定。一般定位器所配用阀门的流量特性是由阀芯的加工特性决定的。阀芯有直线、等百分比、快开等流量特性,如果工艺要求与此相符,则智能定位器的输出特性应选择为线性输出,这样就能保证整体阀门流量特性与原设计要求相符。但是在实际使用中,如果阀芯流量特性不能适合工艺要求时,则可以通过阀门定位器输出特性的改变来改变阀门的整体流量特性。如:可以修改定位器为等百分比输出,将具有线性阀芯的阀门变为等百分比流量特性的阀门来使用;或修改定位器为反向等百分比输出,可将等百分比阀芯的阀门调整为线性流量特性的阀门来使用。

4.8 阀门定位器的最大额定供气压力

阀门定位器的最大额定供气压力决定了定位器的输出压力,并且一般略高于定位器的输出压力。如果执行机构的额定操作压力高于阀门定位器的最大额定供气压力的标称值,那么阀门定位器就成了执行机构输出推动力的制约因素。比如山武的AVP300系列定位器供气压力为140至700kPa,FISHER的DVC6000系列气源压力的推荐值为比执行机构要求的最大值高0.03MPa,最大值为1103MPa。一般在选择时要注意阀门定位器的最大额定供气压力应当高于执行机构的额定操作压力。

4.9 阀门定位器的正反作用是否可转换

例如要把一个“信号增加—阀门关”的方式改为“信号增加—阀门开”的方式,就可使用阀门定位器的正反作用转换功能。

4.10 阻抗对电源、输出卡、安全栅要求

常规电气定位器一般输入阻抗为250Ω,智能阀门定位器的输入阻抗较高,一般均大于250Ω,而且随输入电流的增加而增大,品牌不同,型号不同,阻抗不同。阻抗越大,要求DCS带载能力越大,使系统运行受到影响。因此,在选用智能电气阀门定位器时,一定要核对调节器输出控制信号的带负载能力,应大于500Ω,才能保证大开度时定位器的正常工作。对于调节器输出控制信号带负载能力不够的情况,应考虑以下解决方案:

(1)在输入信号回路中设置信号隔离器件,增加控制信号的带负载能力。即选用带负载能力高的中间隔离驱动器件,器件带载能力应大于500Ω。如果现场是防爆场所,则可选用带负载能力高的隔离式安全栅。

(2)采用4线制连接方式,减小智能定位器输入信号回路的输入阻抗。

4.11 阀门定位器能否实现分程

分程就是只用一个输入信号实现先后控制2台或多台调节阀。即输入信号的全程范围的各个不同区间来控制不同的调节阀。定位器具备分程功能就是指阀门定位器只对输入信号的某个范围(如:4~12mA或0.12~0.16MPa等)有响应。比如山武的AVP300系列定位器,控制信号输入为DC4~20mA,它可设定为任何所需的量程值以进行分程。FISHER的DVC6000系列也具备此功能。

4.12 阀门定位器对空气品质的要求

阀门定位器安装在现场,需要经受得住环境的考验,必须能承受一定数量的尘埃、水气和油污。而对气源品质要求较高,是大多数智能定位器相对于机械式定位器的缺点。比如山武的AVP300系列定位器的供气条件是:颗粒最大直径3μm,不允许油雾。露点在环境温度以下10℃。FISHER的DVC6000系列要求配用能滤掉40μm直径颗粒的空气过滤器。

4.13 定位器的防爆等级及其应用

在防爆环境中应选用本安或隔爆型定位器。而且应在接线时注意定位器输入阻抗与安全关联设备的带负载能力的匹配问题。如构成本质安全回路,最好选用带附载能力大于500Ω以上的输出型隔离栅;如果采用齐纳安全栅,则应采用4线制连接方式,降低定位器信号回路的输入阻抗。如选用隔爆型智能定位器,其现场安装方式则应符合隔爆电气设备的安装规范要求。

4.14 通讯协议(HART,现场总线协议)

这是针对智能定位器选用时考虑的因素。因为定位器作为自动调节系统的一个组成单元,它必然要接收或输出信号,会与调节器,DCS控制系统等通讯,这时就必须与接收或输出信号的对象间保持通讯协议的一致性。因此要正确选择定位器的通讯协议。

4.15 环境温度对液晶显示屏的影响

在选用带液晶显示屏的智能阀门定位器时还应考虑环境温度对液晶显示屏的影响,温度过高或过低都会导致液晶显示屏出现花屏。

5 结语

随着科学技术的发展,各种定位器的发展和更新也是突飞猛进。如何正确选择合适的定位器已经成为影响自动调节系统调节品质的一个关键所在。新的智能阀门定位器只需更改设定值就能够供各种型号规格的阀门使用,不必更换硬件(弹簧、凸轮等),分程范围能够任意设定,能够简单地设定间隙调节、遮盖调节,能够自由地规定流量特性,除了线性特性、快开特性、等百分比特性(EQ%)之外,还包括符合工艺流程等特点的流量特性。具有安装调试方便、维修简单、节约备件、稳定性更高、控制性能更好、可以与DCS或手操器通讯匹配、校验更加快捷方便等诸多优点,而且还能进行阀门诊断,了解阀门总体性能,了解阀门动态响应,诊断阀门问题,进行预见性维护。目前我厂PTA装置使用的ABB公司P3300系列、FISHER公司3610系列和Neles公司NP724s系列属于普通定位器,大部分厂家已经不再生产,因而订购不上备件,给现场维护带来隐患。为获取更好的控制效果和降低现场的维护工作量,应该逐步选用FISHER公司的DVC6000系列和YAMATAKE公司的AVP300系列为智能阀门定位器,来代替原有的ABB公司的P3300系列和FISH2ER公司的3610系列定位器。