MOKVELD軸流式控制閥在天津輸油處SCADA系統上的應用

　　為了適應原油管道各種水力工況的變化，天津輸油處采用了由HMI上位機、QuantumPLC、MOKVELD軸流式控制閥和智能定位器組成的管道SCADA系統，通過(guò)標準4～20mA信號+HART通信信號實(shí)現對MOKVELD軸流式控制閥的控制及閥位反饋的采集，主要介紹MOKVELD軸流式控制閥在SCADA系統中的兩種調節方式和FISHER-DVC6010智能定位器在輸油管道中優(yōu)越的應用特性。

　　能夠引起管道水力工況變化的情況主要有：其他站閥門(mén)誤關(guān)引起的水擊現象;事故性干線(xiàn)閥門(mén)緊急關(guān)閉引起的水擊現象;通過(guò)啟、停泵計劃性提量或減量;設備發(fā)生故障，保護裝置動(dòng)作引起的停機;計劃性壓力越站、熱力越站或全越站引起的水力工況變化;事故性某站突然停電引起的水擊現象。

　　為了使天津輸油處(以下簡(jiǎn)稱(chēng)天津處)管道輸油工藝系統能適應上述水力工況的變化，保證輸油過(guò)程平穩進(jìn)行，保護管道和所屬設備，就必須實(shí)現管道壓力的自動(dòng)化調節。因此，需要在管道上安裝能夠實(shí)現壓力、流量自動(dòng)調節的調節閥。

1、調節閥壓力控制系統

　　天津處共22處采用了MOKVELD軸流式控制閥，按照功能分為3類(lèi)：調壓進(jìn)罐閥、原油混比調節閥和出站調節閥。從SCADA系統的控制方式來(lái)講，三者的共同之處是均可實(shí)現遠程手動(dòng)給定開(kāi)度;不同之處就是參與PID自動(dòng)調節運算的參數不同，調壓進(jìn)罐閥僅需采集進(jìn)站壓力，原油混比調節閥需采集閥前瞬時(shí)流量，出站調節閥最為復雜，要采集原油入口匯管壓力、出站壓力和出站流量3個(gè)參數，筆者主要介紹出站調節閥的壓力控制系統。

　　出站壓力調節閥位于輸油泵機組的下游側，是實(shí)現平穩輸油的重要自動(dòng)化調節和保護設備，主要有兩種調節方式。

1.1、出站調節閥PID自動(dòng)調節

　　由圖1調節閥在SCADA系統中的控制原理可知，原油入口匯管壓力、出站壓力和出站流量分別與各自設定值比較，經(jīng)過(guò)PID調節器運算，選取PID調節器輸出信號高選(三選一)，此種調節方式簡(jiǎn)單方便，生產(chǎn)運行平穩安全，尤其當通過(guò)PID調節器輸出信號高選使調節閥關(guān)小時(shí)，流量下降，其結果是產(chǎn)生一個(gè)反向水擊波來(lái)抵消上游站或下游站產(chǎn)生的正向水擊波，防止水擊對管線(xiàn)的破壞。

1.2、出站調節閥遠程手動(dòng)給定開(kāi)度

　　調度人員在HMI上位機上將調節閥的手/自動(dòng)調節變?yōu)槭謩?dòng)調節，然后可以直接手動(dòng)輸入閥門(mén)開(kāi)度對閥門(mén)進(jìn)行操作。這種調節功能對調度人員的經(jīng)驗要求比較高，要密切關(guān)注壓力曲線(xiàn)平穩性，一般開(kāi)度設定值的增加或減小量不要超過(guò)10%。出站調節閥壓力控制系統應用中的幾點(diǎn)注意事項為：

　　a.在進(jìn)行調節閥操作之前，必須保證供氣系統的壓力足夠(一般0.6MPa);

　　b.出站調節閥自動(dòng)調節P、I、D調節因子的設定需由工藝部門(mén)專(zhuān)門(mén)確定;

　　c.所有調節閥全關(guān)均需設定機械限位和軟限位，其中機械限位由工藝部門(mén)確定，調節閥廠(chǎng)家調校，軟限位一般稍大于機械限位，需儀表自控部門(mén)確認。

圖1 調節閥在SCADA系統中的控制原理

2、MOKVELD控制閥

2.1、MOKVELD控制閥結構

　　MOKVELD控制閥結構如圖2所示，MOKVELD控制閥由閥外體、閥內體、閥桿、活塞、籠套和活塞桿6部分組成。

圖2 MOKVELD控制閥結構圖

1———閥外體;2———閥內體;3———閥桿;4———活塞;5———籠套;6———活塞桿

2.2、MOKVELD控制閥特點(diǎn)

2.2.1、軸流式設計

　　由于采用軸向對稱(chēng)流道，局部高速流被消除，流向突變被減小，因此最大限度地提高了單位直徑上的流通能力，大大降低了噪音和紊流的形成，并有效減少了對閥體和部件的沖蝕，使活塞和閥芯受力平衡。

2.2.2、壓緊式密封

　　密封系統采用自緊式壓力設計，閥門(mén)的密封由兩個(gè)密封環(huán)組成，并由一根彈簧預緊，這種特殊的設計可以使閥門(mén)在關(guān)閉時(shí)密封圈在上游流體壓力下被壓緊，從而達到非常好的密封效果。

2.2.3、完全的壓力平衡

　　活塞的端面上均勻分布有孔洞，以使活塞內外壓力平衡，左右運動(dòng)時(shí)與閥門(mén)兩端的壓力無(wú)關(guān)，使用扭矩較小的執行結構就能達到快速運動(dòng)的目的。

2.2.4、45°角正交式嚙合

　　活塞上的活塞桿有45°角的嚙齒，活塞桿由有相同嚙齒的閥桿操作。閥桿和活塞垂直正交，當閥桿向上移動(dòng)，閥門(mén)開(kāi)啟;反之，閥門(mén)關(guān)閉。

2.3、MOKVELD控制閥的控制原理

　　MOKVELD控制閥由活塞式氣動(dòng)執行器驅動(dòng)，動(dòng)力源為工業(yè)儀表風(fēng)(即經(jīng)過(guò)過(guò)濾、除水和干燥后符合工業(yè)標準的壓縮空氣)。SCADA系統HMI上位機發(fā)出標準4～20mA控制信號，定位器將電信號轉換為氣動(dòng)信號，氣動(dòng)信號經(jīng)過(guò)氣動(dòng)信號放大器后進(jìn)入氣缸，活塞在氣壓推動(dòng)下上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)閥內的活塞前后運動(dòng)，實(shí)現閥門(mén)的開(kāi)關(guān)控制。

　　液壓?jiǎn)卧�由氣壓控制，可以鎖定氣動(dòng)執行器活塞的移動(dòng)。氣路閉鎖閥在無(wú)氣壓時(shí)閉鎖，可鎖定氣動(dòng)執行器活塞的移動(dòng)。電磁閥由低信號保護模塊所控制的24V電壓控制，可以接通或關(guān)閉通向液壓?jiǎn)卧�和氣路閉鎖閥的氣壓信號，鎖定氣動(dòng)執行器活塞的移動(dòng)。閥位反饋模塊將閥門(mén)的行程HART信號轉換成4～20mA信號，傳送給SCADA系統，并在HMI上位機上實(shí)時(shí)顯示開(kāi)度數值。

3、FISHER-DVC6010智能定位器

3.1、FISHER-DVC6010智能定位器結構特點(diǎn)

　　FISHER-DVC6010智能定位器是一種支持HART協(xié)議、可通過(guò)375手操器或者PC機與AMSValveLink軟件配置參數的定位器，由行程傳感器、電子模塊、I/P轉換器和微小氣動(dòng)放大器組成，輸入信號為兩線(xiàn)制，執行機構增壓或減壓的調整是連續的，因此可以達到極好的控制效果。定位器有一個(gè)氣源連接口，兩個(gè)輸出連接口，可用萬(wàn)用表的“mV檔”直接測量接線(xiàn)端子TEST+、TEST-，測量的電壓值即為回路電流值，這樣可以方便地檢測調節閥的實(shí)際閥位，天津處應用的是安裝于氣動(dòng)直行程機構上的定位器。

3.2、FISHER-DVC6010智能定位器工作原理

　　控制信號經(jīng)端子盒進(jìn)入電子模塊，在這里被微處理器處理后轉換成模擬信號傳遞給I/P轉換器，當信號改變時(shí)I/P轉換器的線(xiàn)圈和銜鐵間的磁吸引力改變，并因此改變了噴嘴擋板間的距離進(jìn)而改變了噴嘴背壓，該背壓經(jīng)放大器放大后送給執行機構并通過(guò)執行機構改變閥桿位置。閥行程傳感器通過(guò)反饋桿感知桿位置并將此信號反饋給電子模塊參與計算。當閥桿達到正確位置，閥桿位置信號反饋到電子模塊組建，經(jīng)過(guò)處理后使I/P驅動(dòng)信號穩定下來(lái)，則噴嘴背壓也穩定下來(lái)，直到執行機構的輸出也穩定下來(lái)，閥桿位置不再發(fā)生變化。

3.3、液壓?jiǎn)卧?/p>

　　對調節閥的SCADA系統測試內容中有一項“三斷保位”功能測試，具體步驟為：

　　a.斷氣源。當控制系統氣源故障(失氣)時(shí)，氣動(dòng)保位閥自動(dòng)關(guān)閉，將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動(dòng)控制閥的膜室內，輸出信號壓力與控制閥產(chǎn)生的反力相平衡，氣動(dòng)控制閥的閥位保持在故障位置。

　　b.斷電源。當控制系統電源故障(失電)時(shí)，失電(信號)比較器控制單電控電磁閥的輸出電壓消失，電磁閥換向將氣動(dòng)保位閥的膜室壓力排空，氣動(dòng)保位閥關(guān)閉，重復步驟a。

　　c.斷信號。當控制系統信號故障(失信號)時(shí)，低信號保護模塊摩爾SPA2檢測到回路電流小于3mA后，斷掉單電控電磁閥的電壓信號，重復步驟b。

　　液壓?jiǎn)卧�在DVC6010定位器的“三斷保位”功能中起著(zhù)關(guān)鍵性的作用。因此，若發(fā)現“三斷保位”功能無(wú)法實(shí)現，則可初步判定為液壓?jiǎn)卧獡p壞，由測試經(jīng)驗可知液壓油缺失或者液壓鎖銹死均可導致“三斷保位”功能無(wú)法實(shí)現。液壓鎖銹死的情況，可用細砂紙進(jìn)行打磨，生銹嚴重的只能更換液壓?jiǎn)卧?液壓油缺失則要進(jìn)行補充。

　　補充液壓油應由專(zhuān)業(yè)人員用MOKVELD專(zhuān)用工具(注油泵、軟管、接頭)操作，液壓油為SHELL15#或性能指標相當的其他品牌。液壓油補充操作步驟為：

　　a.將閥門(mén)置于全關(guān)位置，切換到手動(dòng)操作狀態(tài)，防止遠控信號干涉，并將氣壓鎖旋到底，防止液壓?jiǎn)卧�閉鎖，無(wú)法注油;

　　b.將3個(gè)快速接頭上的保護帽打開(kāi)，分別接上轉換接頭和軟管，其中氣缸下面的一個(gè)需要接注油泵;

　　c.操作注油泵，將液壓油注入，觀(guān)察另外兩個(gè)軟管接口，有無(wú)排氣及連續的液壓油流出，確認內部存氣完全排空后，將溢油軟管拆下，繼續注油直至壓力表顯示1.4MPa，停止注油，拆下注油泵及軟管，恢復;

　　d.注油完畢，手動(dòng)操作液壓桿，開(kāi)關(guān)閥門(mén)一次，檢查效果，此時(shí)液壓手動(dòng)桿下壓有阻力，調節閥閥位變化，并且手動(dòng)桿能自動(dòng)回彈，如按壓仍有空曠感，說(shuō)明內部氣體未完全排空，則有必要照上述步驟再補充液壓油一次。

4、MOKVELD控制閥常見(jiàn)問(wèn)題處理

4.1、閥門(mén)定位器選擇

　　管道輸油行業(yè)對于現場(chǎng)調節閥的響應速度要求較高，天津處應用FISHER-DVC6010定位器。幾年的使用經(jīng)驗發(fā)現，定位器搭配使用的摩爾SPA2低信號保護模塊在失信號時(shí)，現場(chǎng)有約0.4s的延遲保位，如天津中轉油庫某調節閥在失信號時(shí)，閥位由故障位50%開(kāi)至60%，由于輸油生產(chǎn)運行原因，未對低信號保護模塊摩爾SPA2進(jìn)行改良。在新建的日照-儀征輸油管線(xiàn)中，已全部采用phoenix的低信號保護模塊，消除了延遲的現象，但是在使用過(guò)程中應注意安裝環(huán)境的磁干擾強度，以免使電磁閥誤動(dòng)作，影響輸油生產(chǎn)。而在甬滬寧管線(xiàn)上應用的是ABBTZIDC200定位器，優(yōu)點(diǎn)是功能強大，控制參數全自動(dòng)設定并與終端控制元件適配，缺點(diǎn)是故障率高，不能提供失氣保位功能。

4.2、限位問(wèn)題

　　軸流式控制閥由全關(guān)開(kāi)至7%以上為過(guò)流，對于輸油行業(yè)，若機械限位和軟限位設定在7%以下，無(wú)任何意義。

4.3、閥門(mén)動(dòng)作不正常

　　軸流式控制閥在使用過(guò)程中，如果出現卡滯、異常聲音及不能正常保位等現象時(shí)，多次輕頂減壓過(guò)濾器下端的排污細頂針，不能解決時(shí)注意檢查液壓?jiǎn)卧�是否有液壓油缺損或液壓鎖銹死的狀況，如果還不能解決問(wèn)題，就要在停輸放空狀態(tài)下拆除閥門(mén)進(jìn)行內部臟物的清理。

4.4、閥門(mén)超調值大、振蕩不穩

4.5、閥門(mén)有內漏或外漏現象

　　如果閥門(mén)有輕微內漏(由閥體上的泄漏檢測閥可看出，此閥一般為全開(kāi))，可能是密封圈有輕微損壞或密封圈壓接的內表面有刮痕，這時(shí)可以連續將閥門(mén)開(kāi)關(guān)幾次，檢查是否仍然內漏，必要時(shí)由廠(chǎng)家更換密封圈，若輸油生產(chǎn)不允許廠(chǎng)家拆卸調節閥，可暫時(shí)關(guān)閉泄漏檢測閥，將內漏原油被閥桿處的主密封圈鎖住;如果閥門(mén)閥桿處有外漏，只能由廠(chǎng)家更換閥桿處的主密封圈，如果閥門(mén)泄漏嚴重，則要考慮閥門(mén)活塞是否被卡住或閥門(mén)已損壞。

5、結束語(yǔ)

　　管道輸油行業(yè)對調節閥的使用日漸規范，尤其對調節閥的“三斷保位”功能特別重視。筆者只是針對天津處MOKVELD控制閥在SCADA系統上的應用進(jìn)行一些經(jīng)驗交流，結合在其他幾條線(xiàn)上使用的經(jīng)歷，摸索出來(lái)一些工作經(jīng)驗，希望可以給同行提供借鑒。