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智能阀门定位器在三聚氰胺装置中的应用探讨

2011-10-09 11:15
铁马老言
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1  引言  
               
  随着工业控制智能化的发展,数字式、智能型的阀门定位器在化工过程控制领域的应用越来越广泛。它已成为取代常规机械式模拟量阀门定位器和减少气动执行机构行程偏差的最有效工具。为此,我公司为提高整体装置运行的稳定性,在两套1.5万吨/年和一套3万吨/年三聚氰胺装置中的气动执行调节机构设计选型上,考虑到普通定位器的功能缺失,安装了200多台fisher公司和40多台neles公司的dvc5000和dvc6000系列数字式智能阀门定位器。该定位器的投用使有死区的阀门动态响应得到很大改善,同时它对调节阀的强大诊断功能,做到了预防式减少因阀门引起的突发性停车事故,使用后也克服了过去维护时盲目对阀门进行检修的惯例。本文结合三聚氰胺工程中fisher智能阀门定位器的成功应用和维护经验,讨论了智能阀门定位器在化工过程控制中的应用评估、工作原理和在使用中存在的问题及处理方法。
           
2  阀门定位器在化工过程控制中的应用评估
           
  2.1 应用评估
               
  减少过程偏离度现在已被越来越多的企业家认为是现有工艺条件下企业获得显著回报与经济效益的捷径。过程偏离在过程工业中司空见惯。但认识到其潜在经济学的人却为数不多。
               
  过程的流体流量经调节阀调节后,由于主要是受到阀门及设备性能的变异以及控制物料的差异影响,不可能将流量始终控制在平均值μ上,而是围绕着平均值落点于2σ的概率分布曲线内。2σ的分布代表着95.45%的流量落点。2σ/μ表示过程偏离度。在过程与原料稳定的前提下,我们完全有可能通过改善自动化控制设备,使过程偏离度大大减小。即使此百分数(2σ/μ)*100%减小了1个百分点或0.5个,其直接的经济效果将是物料消耗的明显减少与成本的显著节约,可按下式计算[3]:
               
  每日节约费用=[2σ/μ(改善前)-2σ/μ(改善后)]*流量(每分钟)*60(分钟)*24(小时)*每单位流量物料成本。由此可见日积月累的经济效果是非常明显的。
               
  除了安全操作外,减小过程偏离度应当成为考虑过程控制工程技术的出发点。而过程偏离度的产生与其大小又与现场仪表的性能密不可分,我们不能指望任何先进的控制依靠性能差的现场仪表会产生有价值的效益。考虑到控制是分层次的体系,只有在较底层次上的每一台相关设备工作得好,才能在较高层次上运行得好。而实际情况是化工过程控制中有80%控制回路并未减少工艺过程的偏离度,调节阀不能按要求工作是造成回路性能差的最大原因。因此,高控制灵敏度,高可靠性的阀门定位器才是能够做到调节阀门行程准确和稳定的最可靠保障,也是我们选型的原因和重要依据。过程流体流量分析如图1所示。

                                                                 图1  流体流量分析图
           
  2.2 常规阀门定位器的功能缺失
               
  普通阀门定位器是采用机械式力平衡原理工作的,即喷嘴挡板技术,该型定位器在化工生产中已使用多年,它存在的主要功能缺陷如下:
               
  (1)因采用机械力平衡式原理工作,其定位器中的机械可动部件较多,易受工作环境的温度、振动等影响。弹簧的弹性系数在恶劣环境下能发生改变,会造成调节阀非线性,导致控制质量下降。外界振动传到力平衡机构,易造成部件磨损以及零点和行程漂移,也使定位器难以正常工作。
               
  (2) 工作过程是单纯的单回路控制过程,不具备双向的通讯能力,无法通过其自诊断功能来识别故障信息。
               
  (3) 常规定位器的零点和量程需反复调整,精度难以保证。投用后工作线性常常变化。
               
  (4) 常规定位器喷嘴孔很小,易被灰尘或污物颗粒堵住,使定位器不能正常地工作,而处理过程又费时费力。
               
  在我们公司经过6年多的运行,智能阀门定位器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,如附表所示。


           
  附表  阀门定位器评估

 

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