MOKVELD轴流式控制阀在天津输油处SCADA系统上的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中石化管道储运公司徐州管道技术作业分公司 作者:王兴姣

  为了适应原油管道各种水力工况的变化,天津输油处采用了由HMI上位机、QuantumPLC、MOKVELD轴流式控制阀和智能定位器组成的管道SCADA系统,通过标准4~20mA信号+HART通信信号实现对MOKVELD轴流式控制阀的控制及阀位反馈的采集,主要介绍MOKVELD轴流式控制阀在SCADA系统中的两种调节方式和FISHER-DVC6010智能定位器在输油管道中优越的应用特性。

  能够引起管道水力工况变化的情况主要有:其他站阀门误关引起的水击现象;事故性干线阀门紧急关闭引起的水击现象;通过启、停泵计划性提量或减量;设备发生故障,保护装置动作引起的停机;计划性压力越站、热力越站或全越站引起的水力工况变化;事故性某站突然停电引起的水击现象。

  为了使天津输油处(以下简称天津处)管道输油工艺系统能适应上述水力工况的变化,保证输油过程平稳进行,保护管道和所属设备,就必须实现管道压力的自动化调节。因此,需要在管道上安装能够实现压力、流量自动调节的调节阀

1、调节阀压力控制系统

  天津处共22处采用了MOKVELD轴流式控制阀,按照功能分为3类:调压进罐阀、原油混比调节阀和出站调节阀。从SCADA系统的控制方式来讲,三者的共同之处是均可实现远程手动给定开度;不同之处就是参与PID自动调节运算的参数不同,调压进罐阀仅需采集进站压力,原油混比调节阀需采集阀前瞬时流量,出站调节阀最为复杂,要采集原油入口汇管压力、出站压力和出站流量3个参数,笔者主要介绍出站调节阀的压力控制系统。

  出站压力调节阀位于输油泵机组的下游侧,是实现平稳输油的重要自动化调节和保护设备,主要有两种调节方式。

1.1、出站调节阀PID自动调节

  由图1调节阀在SCADA系统中的控制原理可知,原油入口汇管压力、出站压力和出站流量分别与各自设定值比较,经过PID调节器运算,选取PID调节器输出信号高选(三选一),此种调节方式简单方便,生产运行平稳安全,尤其当通过PID调节器输出信号高选使调节阀关小时,流量下降,其结果是产生一个反向水击波来抵消上游站或下游站产生的正向水击波,防止水击对管线的破坏。

1.2、出站调节阀远程手动给定开度

  调度人员在HMI上位机上将调节阀的手/自动调节变为手动调节,然后可以直接手动输入阀门开度对阀门进行操作。这种调节功能对调度人员的经验要求比较高,要密切关注压力曲线平稳性,一般开度设定值的增加或减小量不要超过10%。出站调节阀压力控制系统应用中的几点注意事项为:

  a.在进行调节阀操作之前,必须保证供气系统的压力足够(一般0.6MPa);

  b.出站调节阀自动调节P、I、D调节因子的设定需由工艺部门专门确定;

  c.所有调节阀全关均需设定机械限位和软限位,其中机械限位由工艺部门确定,调节阀厂家调校,软限位一般稍大于机械限位,需仪表自控部门确认。

MOKVELD轴流式控制阀在天津输油处SCADA系统上的应用

图1 调节阀在SCADA系统中的控制原理

2、MOKVELD控制阀

2.1、MOKVELD控制阀结构

  MOKVELD控制阀结构如图2所示,MOKVELD控制阀由阀外体、阀内体、阀杆、活塞、笼套和活塞杆6部分组成。

MOKVELD轴流式控制阀在天津输油处SCADA系统上的应用

图2 MOKVELD控制阀结构图

1———阀外体;2———阀内体;3———阀杆;4———活塞;5———笼套;6———活塞杆

2.2、MOKVELD控制阀特点

2.2.1、轴流式设计

  由于采用轴向对称流道,局部高速流被消除,流向突变被减小,因此最大限度地提高了单位直径上的流通能力,大大降低了噪音和紊流的形成,并有效减少了对阀体和部件的冲蚀,使活塞和阀芯受力平衡。

2.2.2、压紧式密封

  密封系统采用自紧式压力设计,阀门的密封由两个密封环组成,并由一根弹簧预紧,这种特殊的设计可以使阀门在关闭时密封圈在上游流体压力下被压紧,从而达到非常好的密封效果。

2.2.3、完全的压力平衡

  活塞的端面上均匀分布有孔洞,以使活塞内外压力平衡,左右运动时与阀门两端的压力无关,使用扭矩较小的执行结构就能达到快速运动的目的。

2.2.4、45°角正交式啮合

  活塞上的活塞杆有45°角的啮齿,活塞杆由有相同啮齿的阀杆操作。阀杆和活塞垂直正交,当阀杆向上移动,阀门开启;反之,阀门关闭。

2.3、MOKVELD控制阀的控制原理

  MOKVELD控制阀由活塞式气动执行器驱动,动力源为工业仪表风(即经过过滤、除水和干燥后符合工业标准的压缩空气)。SCADA系统HMI上位机发出标准4~20mA控制信号,定位器将电信号转换为气动信号,气动信号经过气动信号放大器后进入气缸,活塞在气压推动下上下移动,从而带动阀内的活塞前后运动,实现阀门的开关控制。

  液压单元由气压控制,可以锁定气动执行器活塞的移动。气路闭锁阀在无气压时闭锁,可锁定气动执行器活塞的移动。电磁阀由低信号保护模块所控制的24V电压控制,可以接通或关闭通向液压单元和气路闭锁阀的气压信号,锁定气动执行器活塞的移动。阀位反馈模块将阀门的行程HART信号转换成4~20mA信号,传送给SCADA系统,并在HMI上位机上实时显示开度数值。

3、FISHER-DVC6010智能定位器

3.1、FISHER-DVC6010智能定位器结构特点

  FISHER-DVC6010智能定位器是一种支持HART协议、可通过375手操器或者PC机与AMSValveLink软件配置参数的定位器,由行程传感器、电子模块、I/P转换器和微小气动放大器组成,输入信号为两线制,执行机构增压或减压的调整是连续的,因此可以达到极好的控制效果。定位器有一个气源连接口,两个输出连接口,可用万用表的“mV档”直接测量接线端子TEST+、TEST-,测量的电压值即为回路电流值,这样可以方便地检测调节阀的实际阀位,天津处应用的是安装于气动直行程机构上的定位器。

3.2、FISHER-DVC6010智能定位器工作原理

  控制信号经端子盒进入电子模块,在这里被微处理器处理后转换成模拟信号传递给I/P转换器,当信号改变时I/P转换器的线圈和衔铁间的磁吸引力改变,并因此改变了喷嘴挡板间的距离进而改变了喷嘴背压,该背压经放大器放大后送给执行机构并通过执行机构改变阀杆位置。阀行程传感器通过反馈杆感知杆位置并将此信号反馈给电子模块参与计算。当阀杆达到正确位置,阀杆位置信号反馈到电子模块组建,经过处理后使I/P驱动信号稳定下来,则喷嘴背压也稳定下来,直到执行机构的输出也稳定下来,阀杆位置不再发生变化。

3.3、液压单元

  对调节阀的SCADA系统测试内容中有一项“三断保位”功能测试,具体步骤为:

  a.断气源。当控制系统气源故障(失气)时,气动保位阀自动关闭,将定位器的输出信号压力锁定在气动控制阀的膜室内,输出信号压力与控制阀产生的反力相平衡,气动控制阀的阀位保持在故障位置。

  b.断电源。当控制系统电源故障(失电)时,失电(信号)比较器控制单电控电磁阀的输出电压消失,电磁阀换向将气动保位阀的膜室压力排空,气动保位阀关闭,重复步骤a。

  c.断信号。当控制系统信号故障(失信号)时,低信号保护模块摩尔SPA2检测到回路电流小于3mA后,断掉单电控电磁阀的电压信号,重复步骤b。

  液压单元在DVC6010定位器的“三断保位”功能中起着关键性的作用。因此,若发现“三断保位”功能无法实现,则可初步判定为液压单元损坏,由测试经验可知液压油缺失或者液压锁锈死均可导致“三断保位”功能无法实现。液压锁锈死的情况,可用细砂纸进行打磨,生锈严重的只能更换液压单元;液压油缺失则要进行补充。

  补充液压油应由专业人员用MOKVELD专用工具(注油泵、软管、接头)操作,液压油为SHELL15#或性能指标相当的其他品牌。液压油补充操作步骤为:

  a.将阀门置于全关位置,切换到手动操作状态,防止远控信号干涉,并将气压锁旋到底,防止液压单元闭锁,无法注油;

  b.将3个快速接头上的保护帽打开,分别接上转换接头和软管,其中气缸下面的一个需要接注油泵;

  c.操作注油泵,将液压油注入,观察另外两个软管接口,有无排气及连续的液压油流出,确认内部存气完全排空后,将溢油软管拆下,继续注油直至压力表显示1.4MPa,停止注油,拆下注油泵及软管,恢复;

  d.注油完毕,手动操作液压杆,开关阀门一次,检查效果,此时液压手动杆下压有阻力,调节阀阀位变化,并且手动杆能自动回弹,如按压仍有空旷感,说明内部气体未完全排空,则有必要照上述步骤再补充液压油一次。

4、MOKVELD控制阀常见问题处理

4.1、阀门定位器选择

  管道输油行业对于现场调节阀的响应速度要求较高,天津处应用FISHER-DVC6010定位器。几年的使用经验发现,定位器搭配使用的摩尔SPA2低信号保护模块在失信号时,现场有约0.4s的延迟保位,如天津中转油库某调节阀在失信号时,阀位由故障位50%开至60%,由于输油生产运行原因,未对低信号保护模块摩尔SPA2进行改良。在新建的日照-仪征输油管线中,已全部采用phoenix的低信号保护模块,消除了延迟的现象,但是在使用过程中应注意安装环境的磁干扰强度,以免使电磁阀误动作,影响输油生产。而在甬沪宁管线上应用的是ABBTZIDC200定位器,优点是功能强大,控制参数全自动设定并与终端控制元件适配,缺点是故障率高,不能提供失气保位功能。

4.2、限位问题

  轴流式控制阀由全关开至7%以上为过流,对于输油行业,若机械限位和软限位设定在7%以下,无任何意义。

4.3、阀门动作不正常

  轴流式控制阀在使用过程中,如果出现卡滞、异常声音及不能正常保位等现象时,多次轻顶减压过滤器下端的排污细顶针,不能解决时注意检查液压单元是否有液压油缺损或液压锁锈死的状况,如果还不能解决问题,就要在停输放空状态下拆除阀门进行内部脏物的清理。

4.4、阀门超调值大、振荡不稳

MOKVELD控制阀是比较精确的压力调节阀,一般可控制压力在50kPa范围内,如果现场遇到调节阀反复振荡、超调值大,则可调整反馈螺钉,来实现调节阀的平稳快速调节,一般默认此螺钉为 MOKVELD轴流式控制阀在天津输油处SCADA系统上的应用圈。

4.5、阀门有内漏或外漏现象

  如果阀门有轻微内漏(由阀体上的泄漏检测阀可看出,此阀一般为全开),可能是密封圈有轻微损坏或密封圈压接的内表面有刮痕,这时可以连续将阀门开关几次,检查是否仍然内漏,必要时由厂家更换密封圈,若输油生产不允许厂家拆卸调节阀,可暂时关闭泄漏检测阀,将内漏原油被阀杆处的主密封圈锁住;如果阀门阀杆处有外漏,只能由厂家更换阀杆处的主密封圈,如果阀门泄漏严重,则要考虑阀门活塞是否被卡住或阀门已损坏。

5、结束语

  管道输油行业对调节阀的使用日渐规范,尤其对调节阀的“三断保位”功能特别重视。笔者只是针对天津处MOKVELD控制阀在SCADA系统上的应用进行一些经验交流,结合在其他几条线上使用的经历,摸索出来一些工作经验,希望可以给同行提供借鉴。

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