上海申弘閥門有限公司
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石油化工智能控制閥門 |
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石油化工智能控制閥門 上海申弘閥門有限公司 之前介紹蒸汽截止閥熱損失，現(xiàn)在介紹石油化工智能控制閥門智能化的要求使石油石化企業(yè)加大了自動化控制設(shè)備的投入，生產(chǎn)過程控制需要大量控制閥及其預(yù)測性維護，以實現(xiàn)過程強化、功能安全和能效管理?？刂崎y作為控制回路的終端執(zhí)行元件凸顯重要，同時也是技術(shù)比較薄弱的短板。近年來，控制閥制造業(yè)隨過程控制的快速發(fā)展而發(fā)展，體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化，高集成、高性能、高智能，低成本等方面，以全面滿足石油石化過程控制需求。
在化工生產(chǎn)和自動控制領(lǐng)域中，一個工藝控制過程是否能滿足各項工藝控制指標(biāo)，控制過程是否平穩(wěn)；超調(diào)量、衰減比是否在規(guī)定的范疇之內(nèi)；是否穩(wěn)、快、準(zhǔn)，除了工藝設(shè)計合理，設(shè)備*外，重要的一點就是控制閥是否能根據(jù)工藝參數(shù)變化而準(zhǔn)確動作?？刂崎y是終端控制元件，在整個控制回路中較為重要但又是長期以來技術(shù)比較薄弱的環(huán)節(jié)，因此如何選擇安全、適用、可靠、經(jīng)濟的控制閥，滿足工藝調(diào)節(jié)要求，提高控制水平，是自控設(shè)計人員、生產(chǎn)廠家和用戶zui為關(guān)注的問題。本文主要介紹控制閥的一般選型原則、步驟，并突破嚴(yán)酷工況下硬密封控制閥的頑癥，目的是為用戶提供較為適用的選型手段。
注：“√”表示*選擇；“○”表示可用選擇；“╳”表示較差選擇 1、控制閥標(biāo)準(zhǔn)化 工業(yè)發(fā)展歷程證明：發(fā)展產(chǎn)業(yè)，必須要有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化作為支撐條件。標(biāo)準(zhǔn)先行，控制閥制造業(yè)亦不例外。標(biāo)準(zhǔn)用來衡量產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)不同廠商間協(xié)調(diào)和信息交換，在確定技術(shù)體制、促進技術(shù)融合、加強科學(xué)管理、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮重要作用，并日趨化。 上的控制閥標(biāo)準(zhǔn)化工作由IEC組織第65技術(shù)委員會(TC65)負責(zé)，名為“工業(yè)過程測量和控制”，任務(wù)是制定工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)與系統(tǒng)元件的標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)調(diào)影響測量和控制系統(tǒng)匹配的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。TC65下屬的SC65B小組“系統(tǒng)的元件”中的第9工作組(WG9)負責(zé)工業(yè)過程控制閥的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，任務(wù)是為工業(yè)過程控制用的各種控制閥閥體組件、執(zhí)行機構(gòu)和定位器制定基本要求、端面距和相關(guān)尺寸、額定壓力、泄漏和其他性能要求、尺寸計算方法和評定方法方面的標(biāo)準(zhǔn)。 1997年IEC將所有標(biāo)準(zhǔn)改為60000系列，工業(yè)過程控制閥的標(biāo)準(zhǔn)序號為IEC60534，該族現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)已有9個部分17個標(biāo)準(zhǔn)，其中第9部分是適應(yīng)控制閥制造的發(fā)展，于多級降壓、級間壓力恢復(fù)的多級閥芯類型的噪聲預(yù)估;2010年以后更新了其中2-1流量計算、8-2和8-3噪聲預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)。上的控制閥生產(chǎn)商都已接受上述IEC標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計、制造、計算中采用基本統(tǒng)一的流量公式、阻塞流公式以及噪聲預(yù)估方法，控制閥公稱通徑、公稱壓力、泄漏等級、端間距等均按IEC標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，閥門定位器等附件與控制閥的連接基本上符合標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)通用性、互換性。模擬型和智能型閥門定位器分別有IEC61514和IEC61514-2標(biāo)準(zhǔn)。中國石油石化行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作開展比較早，但在控制閥設(shè)計上習(xí)慣采用美國ANSI/ISA標(biāo)準(zhǔn)及API標(biāo)準(zhǔn)，而實際上美標(biāo)的控制閥流量計算、阻塞流公式、泄漏等級和試驗都已符合或等效IEC相關(guān)控制閥標(biāo)準(zhǔn)。
中國于2001年開始全面采用標(biāo)準(zhǔn)，對于工業(yè)過程控制閥標(biāo)準(zhǔn)先是等效采用了IEC 60534的1，5，7，8-1，共計4個標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號是GB/T17213。后來又等同采用了IEC60534的13個標(biāo)準(zhǔn)，使GB/T17213現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)達到17個，其中有的版本有待更新或撤銷。另用于閥門定位器的等同IEC61514和IEC61514-2的GB/T22137.1—2008和GB/T22137.2—2008，還有GB/T4213—2008《氣動調(diào)節(jié)閥》。中國石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH3005—1999《石油化工自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范》也對控制閥的設(shè)計做了規(guī)范要求。另一方面，國內(nèi)控制閥制造廠商在生產(chǎn)中采納標(biāo)準(zhǔn)的很有限，因而符合控制閥標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品不多。盡管如此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.chvacuum。。ｃｏｍ/)認(rèn)為近年來中國工業(yè)過程控制閥的標(biāo)準(zhǔn)化工作還是有了實質(zhì)性的進展，進步很大，等同和等效IEC 60534標(biāo)準(zhǔn)有利于中國控制閥的產(chǎn)品研發(fā)、提高技術(shù)含量和市場拓展。 2、控制閥*制造技術(shù) 控制閥制造涉及產(chǎn)品設(shè)計、材料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)量保證、市場營銷和技術(shù)服務(wù)的一系列工作。控制閥歷史可追溯到1880年，相當(dāng)長時間內(nèi)的制造技術(shù)和裝備器具很落后，蹣跚在機械加工與裝配過程的狹義制造中。近年來，隨著工業(yè)技術(shù)大環(huán)境改變，*制造技術(shù)迫切希望進入控制閥制造領(lǐng)域。多數(shù)廠商都在運用*制造工藝，投用生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和數(shù)控機床實現(xiàn)加工自動化，采用壓鑄、全模等精密成型技術(shù)、高精度磨床的高精度加工工藝、表面改性和涂層的特種加工及材料改性技術(shù)，生產(chǎn)出精良、可用、可靠的高質(zhì)量產(chǎn)品———從微小流量控制閥到超大通徑控制閥;從傳統(tǒng)單座閥型到偏心旋轉(zhuǎn)閥型、V型球閥、軸流閥;從防喘振、抗空化氣蝕、耐磨蝕控制閥到高溫高壓特種控制閥、控制閥;從大推力的氣動執(zhí)行機構(gòu)到快速響應(yīng)的電動執(zhí)行機構(gòu);從保證過程安全的緊密關(guān)閉到保證環(huán)境的超低泄漏等?？刂崎y與石油石化過程控制的發(fā)展同步進行，形成了全過程、大范圍、高參數(shù)的產(chǎn)品，基本滿足了石油石化生產(chǎn)的控制要求。 在*設(shè)計技術(shù)方面，計算機輔助數(shù)字化設(shè)計和快速設(shè)計技術(shù)改變了控制閥設(shè)計落后的局面。模塊化設(shè)計及產(chǎn)品已由Emerson-Fisher(GX型)，Samson(240/250/290系列)，ARCA(08C系列)等廠商推出多年。面對產(chǎn)品整體，這些模塊化設(shè)計的控制閥體現(xiàn)在產(chǎn)品系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、組合化，結(jié)構(gòu)合理，部件優(yōu)化。以控制閥兩大組成部分(執(zhí)行機構(gòu)和閥)及附件為出發(fā)點進行功能分析，劃分出功能模塊，并使有限多的模塊實現(xiàn)功能*化、通用化。 控制閥綠色設(shè)計也初步展開，通過金屬波紋管或膜片密封實現(xiàn)閥桿環(huán)徑零泄漏或設(shè)計特殊結(jié)構(gòu)填料以滿足環(huán)保要求，或從產(chǎn)品自身全生命周期的綠色考慮以滿足要求。 3 執(zhí)行機構(gòu)的選擇
一般噪音上限均不能大于105dB。氣體動力學(xué)噪音一般解決方法是在閥后安裝消音格子板（LO～DB極度），氣體通過它時使氣體流速減低，但是這種高質(zhì)合金鋼并經(jīng)過加硬處理的消音器價格十分昂貴。噪音的控制通過分級降壓、多級減壓的方式來實現(xiàn)。有效地控制介質(zhì)的流速，是避免產(chǎn)生高噪音的主要手段。
3、智能控制閥應(yīng)用 控制閥是控制回路的終端執(zhí)行元件，接受控制指令并由閥門定位器自身閉合回路實現(xiàn)閥位的反饋控制。閥門定位器作為控制閥的重要附件，長期采用機械式的模擬技術(shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一且故障率高，也使控制閥整體性能降低，通常不能實現(xiàn)有效控制。 石油石化裝置在控制系統(tǒng)及測量儀表領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化、智能化后，控制閥成為控制回路中的薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重制約了過程控制的發(fā)展。近年來，以智能電氣閥門定位器為核心的控制閥數(shù)字解決方案，極大地提高了控制閥的使用性能，使之發(fā)生了質(zhì)的飛躍，進而成為工業(yè)現(xiàn)場的智能控制閥設(shè)備。 智能閥門定位器是新一代高性能的電氣閥門定位器，采用在板微處理器、應(yīng)用軟件和功能模塊，可實現(xiàn)定位功能的自校準(zhǔn)、自適應(yīng)、閥位控制和控制閥的在線自診斷及離線測試，本機顯示或附加更多功能，數(shù)字通信和集成到控制系統(tǒng)/資產(chǎn)管理系統(tǒng)，還具有免維護運行特征。 控制閥制造廠商在研發(fā)智能電氣閥門定位器時，主要是為該公司的控制閥產(chǎn)品配套，也考慮到遵從相關(guān)的閥門定位器與控制閥連接的IEC60534-6-1/60534-6-2標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠商的閥門定位器與控制閥/執(zhí)行機構(gòu)之間組合連接成為可能;而在設(shè)計上都是基于定位功能的自校準(zhǔn)、自適應(yīng)、閥位控制和執(zhí)行機構(gòu)性能的自診斷功能及免維護運行，并支持HART通信/無線通信和Profibus-PA，F(xiàn)F和集成各種工程工具軟件，且不斷融入新的功能。 石油石化裝置過程控制中選用的智能電氣閥門定位器絕大多數(shù)出自少數(shù)國外：Emerson-Fisher的DVC6000，DVC6200，DVC2000系列;Siemens的SIPART PS2系列;Samson的3730/3731系列;GEEnregy-Masoneilan的SVIII/SVIIIAP;ABB(H&B)的TZID-C;Abzil(Yamatake)的SVP3000;Metso-Neles的ND9000等。國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品剛剛起步，吳忠、溫州、南京、重慶等地已有相應(yīng)產(chǎn)品推出，但技術(shù)差距較大，尤其是在電氣轉(zhuǎn)換及氣動部件上。 4、控制閥預(yù)測性維護 預(yù)測性維護注重動態(tài)管理和監(jiān)測以及設(shè)備良好運行的可持續(xù)性。發(fā)展控制閥預(yù)測性維護，實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)自校準(zhǔn)、自適應(yīng)、狀態(tài)監(jiān)測、在線動態(tài)特性分析和設(shè)備故障診斷，在控制閥還沒有產(chǎn)生故障前通過計算機輔助故障識別和診斷技術(shù)以及廣義專家系統(tǒng)對狀態(tài)參數(shù)預(yù)測可能出現(xiàn)的情況和預(yù)期的時間，通過預(yù)測控制閥設(shè)備的功能安全和時間依存性來進行維護。 石油石化超大裝置的管控一體化及資產(chǎn)管理系統(tǒng)促進了控制閥預(yù)測性維護的技術(shù)發(fā)展。隨著智能電氣閥門定位器的深入研發(fā)，所需的狀態(tài)監(jiān)測和診斷功能逐漸轉(zhuǎn)移到控制閥本機設(shè)備上的診斷體系。利用智能電氣閥門定位器自帶閥位(行程)、輸出、氣源等參量傳感器直接進行狀態(tài)監(jiān)測，以故障識別、邏輯思維推理、魯棒性的廣義專家系統(tǒng)進行在線預(yù)測性維護，提升并維持了性能，減少了運行故障和提高了使用壽命，對石油石化裝置有顯著的經(jīng)濟效益。 控制閥主要生產(chǎn)商也是推行控制閥預(yù)測性維護的*，不斷升級智能電氣閥門定位器及完善預(yù)測性維護診斷軟件。Emerson-Fisher有DVC6000/6200/2000系列和AMSValveLink診斷軟件，Samson有3730/3731系列和EXPERTPlus診斷軟件，GEEnregy-Masoneilan有SVIII/SVIIIAP和Valvue診斷軟件，F(xiàn)oxboro有SRD960/991和VALcareTM診斷軟件，Azbil有SVP3000alphaplus和Valstaff診斷軟件等。
5、控制閥空化及損害的評估與預(yù)防 控制閥苛刻工況應(yīng)用是石油石化過程控制重點關(guān)注的技術(shù)問題，控制閥液體流體應(yīng)用時發(fā)生的空化會對閥內(nèi)件和閥體及閥后管件造成很大破壞，嚴(yán)重影響控制閥的工作性能和使用壽命，會加劇噪聲、振動，構(gòu)成安全隱患?？栈皳p害的評估長期止步不前，抗空化氣蝕方案多限于計算復(fù)雜、加工難度大、應(yīng)用局限大的迷宮式閥內(nèi)件。 基于經(jīng)驗指數(shù)的西格瑪方法難以指導(dǎo)普遍性問題。近年來，在對控制閥液體流體應(yīng)用時發(fā)生的空化及損害的評估和防治上有了技術(shù)突破。根據(jù)實時測試閥門空化氣蝕程度的方法研究，通過聲壓級測試和材料測試建立相關(guān)性，獲得更的信息，取得了開拓性進展。IEC組織據(jù)此發(fā)布了IEC60534-8-4：2005年第2版，在液體流體噪聲預(yù)估中提出XF壓差比方法，可由理論公式計算出接近實測值的初始空化特性壓力比XFZ、微噴射流參數(shù)以及空化噪聲功率等。2007年發(fā)布了具有抗空化氣蝕功效的多級降壓級間壓力恢復(fù)控制閥的IEC60534-9標(biāo)準(zhǔn)，2010年以后又更新了IEC60534-8-2和IEC 60534-8-3噪聲預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)，能夠指導(dǎo)控制閥廠家有效評估控制閥的空化及損害，進而基本掌握各種閥型不同通徑、不同流量系數(shù)下的初始空化和初始空化損害的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合阻塞流計算與測試、噪聲預(yù)估與測試，保證控制閥適用于苛刻工況。GEEnregy-Masoneilan，CCI和Emerson-Fisher及Samson繼續(xù)在控制閥苛刻工況應(yīng)用、抗控制閥空化及損害、超高壓差工況應(yīng)用、多級閥設(shè)計計算和制造方面居行業(yè)地位。 6、石油石化控制閥技術(shù)發(fā)展趨勢 石油石化自動化控制在信息數(shù)字化、控制智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化下，趨于實現(xiàn)高可靠性、高性能和高適用性，在應(yīng)用上呈現(xiàn)滿足不同對象的個性化總體解決方案，結(jié)合企業(yè)經(jīng)營管理的管控一體化系統(tǒng)，提高經(jīng)濟效益的能效管理。在此基礎(chǔ)上對石油石化控制閥市場產(chǎn)生大的需求以及技術(shù)拉動，使控制閥制造業(yè)跟隨發(fā)展，在標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化，高集成、高性能、高智能方面，低成本地全面滿足石油石化過程控制需求。 6.1、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化及網(wǎng)絡(luò)化 尋求、完善和執(zhí)行統(tǒng)一的控制閥標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠商生產(chǎn)的控制閥能夠?qū)崿F(xiàn)互換性、互操作性和高適用性。整合計算選型程序，采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件，從分散的不通用的各自計算狀態(tài)發(fā)展到根據(jù)過程數(shù)據(jù)和功能、性能和成本就能夠正確計算選型，確定所需的閥型、流路、流量系數(shù)、通徑和管路配合、適合的閥體閥內(nèi)件型式和材質(zhì)、針對性的密封型式等。建立標(biāo)準(zhǔn)化的軟件平臺，使用標(biāo)準(zhǔn)化的計算機輔助故障識別和專家診斷軟件，使不同制造商的控制閥可進行性能監(jiān)測和故障診斷。標(biāo)準(zhǔn)化實現(xiàn)了控制閥的低成本和可維修性。 從產(chǎn)品的集中設(shè)計到模塊化分散設(shè)計是一種創(chuàng)新，模塊化設(shè)計遵守從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手，將整個控制閥系列產(chǎn)品按照功能切分成有限多的通用模塊(不變部分)和模塊(變化部分)，分散的相對獨立的模塊遵守共同的明確規(guī)則，以保證這些模塊能夠組合成一個完整的系統(tǒng)，并能夠隨時加入新的模塊增加系統(tǒng)功能。各模塊獨立開發(fā)并要求具有更多更好的性能，優(yōu)化設(shè)計并盡可能多地在不同口徑的閥門中采用相同的零部件，基于大部分部件確定使用通用模塊、少部分按用戶技術(shù)條件選擇模塊，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，能夠快速響應(yīng)市場，組合成滿足需求的控制閥產(chǎn)品。模塊化設(shè)計的控制閥將以其開放式架構(gòu)、全新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化的模塊部件、簡便的計算與選型、高安全性和可靠性以及產(chǎn)品緊湊堅固、號型齊全多樣、部件通用可換、易于維護檢修，帶來控制閥整體功能和性能的明顯提升，也使其在應(yīng)用、生產(chǎn)、維修、管理方面大為簡化。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動了傳統(tǒng)工業(yè)結(jié)構(gòu)的變革，將現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、嵌入式技術(shù)和無線通信技術(shù)融合，在保證系統(tǒng)原有的穩(wěn)定性、實時性等要求的同時，增強了系統(tǒng)的開放性和互操作性，提高了系統(tǒng)對不同環(huán)境的適應(yīng)性。網(wǎng)絡(luò)化支持控制閥技術(shù)，建立虛擬制造和虛擬設(shè)備(儀表)，形成快速反應(yīng)和集成，產(chǎn)生整體經(jīng)濟效益。數(shù)字化的控制閥成為現(xiàn)場智能設(shè)備，支持現(xiàn)場總線協(xié)議并融入管控一體化網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)化下更好地協(xié)同工作、有效控制、在線診斷和便捷維護，實現(xiàn)了全局信息和全生命周期信息的整合。 6.2、高集成、高性能及高智能 高集成基于信息化，包括企業(yè)資源的集成化研發(fā)管理和產(chǎn)品制造、開放性技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。利用*制造技術(shù)進行控制閥產(chǎn)品集成化，運用制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP)。注重信息集成、有效利用與整合、提升制造智能、優(yōu)化系統(tǒng)和控制閥產(chǎn)品，使控制閥生產(chǎn)商有效管理全生命周期和提供有效、低成本、綠色產(chǎn)品?？刂崎y本身的高集成也使產(chǎn)品功能多樣化、復(fù)雜化，單臺控制閥就具有應(yīng)對石油石化生產(chǎn)多種控制要求的能力。 開發(fā)控制閥的高性能處理能力、苛刻工況應(yīng)用能力，加強基型產(chǎn)品的技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新，*擺脫產(chǎn)品單一技術(shù)特征，在控制流體量的簡單執(zhí)行功能和工作可靠的同時，具備本機顯示、組態(tài)、檢測、控制、運算、診斷、通信以及安全、綠色等功能和兼容性，實現(xiàn)按需求控制、個性化解決方案。要重視對石油石化裝置工藝參數(shù)和過程特征的了解，從功能安全和適用角度注重產(chǎn)品設(shè)計細節(jié)、制造質(zhì)量和配套能力，開發(fā)高性能的石油石化特種控制閥。 上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥控制閥利用人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)、嵌入式數(shù)字解決方案實現(xiàn)智能化，更多表現(xiàn)在控制閥自適應(yīng)、自校準(zhǔn)、自診斷和遠程通信上，更好體現(xiàn)在實現(xiàn)強化性能和分散風(fēng)險，提高可用性和可靠性上。綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、廣義專家系統(tǒng)的計算機故障識別與性能診斷，是推動控制閥智能化的主要因素，智能電氣閥門定位器應(yīng)用到控制閥和電動執(zhí)行機構(gòu)智能一體化設(shè)計以及智能控制閥預(yù)測性維護是未來發(fā)展主流。 6 控制閥的填料選擇 |
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