调节阀定位器智能化改造研究_李思银.pdf

Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry2023 年 4 月第 46 卷第 2 期Apr.2023Vol.46 No.21概述重庆建峰化工股份有限公司第一套化肥装置（简称建峰一化）是年产 30 万吨合成氨、52 万吨尿素的大型节能、环保化肥生产装置，1993 年投产。建峰一化在调节阀上使用了多种型号定位器，合成装置调节阀采用贝利（Bailey）执行机构所配定位器为 KPP 型气动定位器，尿素装置调节阀墨索里兰（Masoneilan）执行机构所配定位器为 7400 型和 4600 型气动定位器，以上气动定位器都是接收由DCS 输出的 420 mA 电信号，经过中间电气转换器转换为 20100 kPa 的气信号工作。众所周知，仪表调节阀作为自动控制系统中的终端执行元件，定位器是调节阀的主要附件，用于提高调节阀的调节精度、灵敏性和动作速度，能够实现分程控制和改变调节阀的正反作用形式等功能，定位器的运行质量直接影响调节阀的品质和装置的稳定运行。所以，在仪表选型及联锁设置上，要采取相应安全防范措施1，保证调节阀达到安全智能化效果。2定位器智能化改造的必然性智能定位器 20 世纪 90 年代就开始在国内使用了，基于装置原始安装时采用的是气动定位器，对智能定位器的理解和相关技术了解甚少。经过长期运行后，定位器和电气转换器部件普遍老化，自 2005年开始，气动定位器故障率开始明显增加。由于气动定位器和电气转换器已被市场淘汰，造成备件采购困难，而新的智能型定位器将气动定位器和电气调节阀定位器智能化改造研究李思银，徐勇军（重庆建峰化工股份有限公司，重庆 408017）摘要：针对调节阀定位器严重老化和无备件情况下，对调节阀气动定位器进行了智能化改造。通过对现场各种环境的分析，采用不同型号和功能的智能定位器以适应现场环境，从而达到智能化改造的最佳效果。关键词：定位器转换器智能化分体式风门收稿日期：2022-05-10；收到修改稿日期：2023-02-07。作者简介：李思银，男，1970 年 2 月出生，本科学历，工程师，1991年毕业于湖南化工职业技术学院化工仪表及自动化专业，现任重庆建峰化工股份有限公司仪电工程部经理。联系电话：13996791626；E-mail：LISIYI-。转换器集成一起，不但减少了一个 I P 转换的中间环节，同时减少了更多的机械传动连接；采用传感器反馈，提高了现场显示精度；调试便捷，具备了自检和自整定能力等。所以，将气动定位器逐步智能化改造是必然的趋势。建峰一化从 2016 年开始定位器智能化改造。3智能化改造的过程建峰一化共有 400 余台调节阀，带定位器的约220 台，遍布在装置现场各处，针对调节阀在装置中的环境、温度以及介质压力等条件不同，在选择定位器的型号、品牌方面也有区别。如在普通场合，采用了阿兹倍尔（azbil）AVP100 系列型智能定位器；对于调节精度要求较高、主工艺管线上的调节阀选择了费歇尔（Fisher）6200 系列和福斯（Flowserve）D30品牌以及墨索里兰 SV1000 型智能定位器；对于振动大和温度高的场合，采用费歇尔分体式定位器（主机型号为 DVC6205，反馈部件为 DVC6215）和阿兹倍尔 AVP202 型分体式智能定位器。在对位定器进行智能化改造前有必要对近 6 年来气动定位器故障现象、故障原因进一步了解，以便在改造中吸取经验，更好地优化改造。气动定位器故障统计如表 1 所示。121第 2 期李思银等.调节阀定位器智能化改造研究3.1AVP100 系列型智能定位器在调节阀上的初步运用建峰一化合成装置调节阀贝利执行机构如图 1所示。图 1合成装置调节阀贝利执行机构从图 1 可以看出，该品牌执行机构是四连杆机构，通过四连杆把膜头与阀杆连接起来，膜头在气源压力下使四连杆分别顺时针和逆时针旋转，同时带动杆上、下移动，从而达到控制节流组件调节流体的作用，其中执行部分组件星型板转动角度约为 60。该品牌执行机构结构简单，传递力矩较大，调节回差较小，控制阀阀位稳定，目前化肥装置中该执行机构主要有：NX1 型，行程 25 mm；NX2 型，行程 40 mm；NX3 型，行程 70 mm；配置 KPP 型定位器后调节性能优良。AVP100 系列型智能定位器和普通定位器反馈装置相同，利用反馈杆与阀杆连接调节流体，但阀杆上、下移动时，该定位器反馈杆水平位置转动角度为20，AVP100 系列型智能定位器反馈装置如图 2所示。图 2AVP100-H 智能定位器反馈装置3.1.1改造中遇到的困难从图 1 和图 2 可以看出，合成装置调节阀执行机构的行程是角行程结构，而 AVP100 系列型智能定位器是直行程结构，该型号智能定位器安装在合成装置调节阀执行机构上时，如果按照普通安装方式，把定位器直接安装在该执行机构的支架上，将反馈杆连接在阀杆上，由于执行机构支架内空间较小，而该型号定位器反馈杆转动角度又只有 20，推杆活动余量不能满足反馈杆的安置位置。3.1.2解决办法1）利用 AVP100 系列型智能定位器转轴转动表 1气动定位器故障统计时间定位器位号型号故障现象故障原因2016-05-29100HV126KPP阀门不动作定位器气管老化脱落2016-05-29300FV9704460050%以上不动作定位器老化漏气2016-08-05300PV9213B4600动作滞后定位器老化2016-08-16100PV115AKPP定位器输出压力波动定位器反馈松动2016-09-12100HV175KPP阀门突然关闭喷嘴锁紧螺钉松动2017-02-17200PV2002KPP阀门不动作放大器不工作2017-02-25100FV1047400阀门线性不准定位器排气不畅2017-02-26300FV90027400线性不准、定位器输出压力波动定位器老化2017-06-02300PV9207B7400不动作放大器密封垫老化漏气2018-01-03100PV192KPP阀门阀杆波动外界振动，定位器输出不稳定2018-02-26100PV153AKPP阀门内漏定位器老化，零位飘移2018-07-18300LV93017400025%无法调节放大器磨损严重2019-09-20100HV1085200阀门不动作放大器故障2019-11-30100HV1037400阀位不对应定位器老化，零位飘移2020-03-26300PV95094600阀门在 20%左右时，定位器输出控制气波动定位器放大器不通畅2021-01-31100PV115bPS2不动作定位器漏气2021-02-02100HV175AKPP不动作放大器堵塞1222023 年第 46 卷原理，先将智能定位器原反馈杆拆除，在原转轴上加一个短节，使反馈装置延伸到调节阀执行机构内部，再安装反馈杆，并与执行机构星型板连接，如图 3 所示。图 3加长的定位器转轴L1 定位器转轴总长度，L2 与反馈板连接长度2）由于 AVP100 系列型智能定位器转动角度为40，而合成装置调节阀执行机构的星型板转动角度为 60，导致原 KPP 型定位器安装板位置就不能满足 AVP100 系列型智能定位器的安装，所以安装前要计算定位器转轴位置，如图 4 所示的 O的位置。图 4安装定位当确定好新转轴的位置后，再根据计算，得出AVP100 系列型智能定位器反馈杆实际长度，如图 4所示的 OA 长度，就可以在定位器的安装板上确定定位器的具体安装位置，如图 5 所示。图 5定位器安装板转轴孔前、后对比通过对合成装置各调节阀执行机构进行现场实际测绘并计算执行机构安装尺寸，再结合不同类型KPP 型气动定位器和 AVP100 系列型智能定位器的结构尺寸，经多次现场安装实验、调试，证明整个阀的基本误差、全行程偏差、灵敏度等均能满足运行要求。实验成功的技术数据统计如表 2 所示。表 23 种执行机构数据mm型号定位器转轴总长度与反馈板连接长度OA长度OA长度OO长度NX13520405819.5NX23520456522.0NX33520507224.53.2分体式智能定位器运用场合合成氨装置内的水碳比调节阀、空气压缩机放空调节阀、一段转化炉到二段转化炉空气流量调节阀等，所在管道介质的温度就非常高；二氧化碳压缩机段间放空调节阀、尿素汽提塔液位调节阀等，所在管道的振动比较大。针对这些恶劣环境，在选择智能定位器时，采用费歇尔分体式定位器（主机型号为DVC6205，反馈部件为 DVC6215）。分体式智能定位器在执行机构上只安装阀位机械反馈部件，带电子控制板的主机安装在离高温和振动处较远的位置，这样就避开了温度和振动对定位器的影响。3.3一段转化炉风门阀定位器智能化改造3.3.1风门阀改造前使用状态合成氨装置的风门阀主要包括燃气压缩机烟道风门和一段转化炉引风机出口风门，2 套风门阀是分别调整燃气压缩机烟道和一段转化炉引风机出口压力，介质温度较高，使用年限已久，气动定位器和I P 转换器一直没有更换，目前厂家不再生产，无法采购备件，需选用智能定位器来替代气动定位器。2台风门由 1 个 I P 电气转换器和 1 个电磁阀同时控制，执行机构采用无弹簧双作用气缸，控制线路如图 6 所示。图 6改造前风门控制回路3.3.2改造前风门控制方式正常运行状态下：电磁阀带电，A 通 B，当电信号在 420 mA 增加，I P 转换器 A 通 B，输出压力为 20100 kPa 增加，定位器输出 1 压力增加，输出 2压力减小，2 台风门汽缸逐渐关闭。联锁状态下：电磁阀断电，B 通 C，I P 转换器输出压力为 0，定位器输出 1 压力为 0，输出 2 压力最大，2 台风门汽缸全开，实现安全联锁。3.3.3风门阀改造措施1）将原来烟道风门和一段转化炉引风机风门的控制系统由 1 台定位器和 1 台电磁阀同时控制 2 台风门汽缸改造为 2 台定位器由 1 台电磁阀控制的方123第 2 期李思银等.调节阀定位器智能化改造研究法，增加 1 条控制信号电缆，将 2 台定位器控制信号分开控制。2）由于环境温度较高，行程较长，烟道风门阀行程为 500 mm，一段转化炉引风机行程为 300 mm，选择阿兹倍尔 AVP202 型分体式智能定位器，执行机构只安装阀位机械反馈部件，采用角行程多次放大方式，带电子控制板的主机安装在离高温较远的位置，这样就避开了温度对定位器影响。3）为了实现 1 台电磁阀同时控制 2 个无弹簧双作用汽缸在联锁状态下同时打开，在定位器输出进入汽缸前，增加 1 台 377 多路转换器满足风门的安全联锁运行。具体控制回路如图 7 所示。图 7改造后风门控制回路3.3.4改造后风门控制方式正常运行状态下：电磁阀 3 带电，A 通 B，将智能定位器 2 放大器打开，输出 1 和输出 2 在电信号由 420 mA 增加时产生输出压力，同时 377 多路转换器在电磁阀气源压力作用下，A 通 B，D 通 E，2 台风门汽缸逐渐动作。联锁状态下：电磁阀断电，B 通 C，智能定位器 2放大器关闭，输出 1 和输出 2 不通气，377 多路转换器 B 通 C 将上汽缸气源排空，F 通 E，使气源进入 2台风门下汽缸使其全开，实现安全联锁。4运行效果通过对建峰一化 20162022 年技术改造进行总结，基本上将涵盖了调节阀定位器全部型号和品牌，改造后调节阀运行正常，特别是温度高和振动大的场合，更换为分体式智能定位器效果较明显，定位器表面温度明显降低，振动对定位器的影响也较小。改造过程中，由于检修人员对智能定位器的理解还不够全面，运行中出现了部分智能定位器发生故障的情况，对装置运行造成了一定的影响。但这与调节阀定位器智能化改造的思路并不冲突。下一步会根据智能化改造后的运行情况进行逐步完善，在对现场定位器全部智能化改造的过程中，将根据调节阀在装置中的重要性和其他特殊环境进行分析，更换特定功能的智能定位器，从而满足和优化系统的运行。参考文献1耿淑远，刘莹，黄帅.合成氨装置防窜压优化设计探讨 J.石油化工