智能化控制閥在石油化工中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

王浩

摘 要：閥門是流體管路的控制裝置，它的基本功能是接通或切斷管路介質(zhì)的流通，改變介質(zhì)的流動(dòng)方向，調(diào)節(jié)介質(zhì)的壓力和流量，保護(hù)管路和設(shè)備的正常運(yùn)行。隨著科技的發(fā)展，智能控制被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和工業(yè)生產(chǎn)中，閥門也被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、建筑、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科研和人們的日常生活中。它由最初的手動(dòng)控制逐漸發(fā)展為智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、小型化、安全化的控制，在生產(chǎn)中替代人力操作，使控制更精確、更合理、更安全。從控制閥智能化方面的內(nèi)容入手，簡(jiǎn)要闡述了其在石油化工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能化控制閥；石油化工；安全性能；自動(dòng)化系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH134 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.115

作為油氣傳輸終端，閥門在石油化工中發(fā)揮著重要的作用。在過去的石油化工生產(chǎn)中，發(fā)生過很多或大或小的事故，造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失也是無法彌補(bǔ)的。引發(fā)事故的原因有以下幾點(diǎn)：①用戶不了解閥門的智能化程度、結(jié)構(gòu)、安裝調(diào)試等技術(shù)要求，安裝環(huán)境不符合要求；②閥門自我診斷能力不足，出現(xiàn)問題不能及時(shí)報(bào)警，以致工作人員沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，進(jìn)而損壞閥門；③沒有按照閥門的額定參數(shù)運(yùn)行，未能定期巡視檢查，及時(shí)排除故障；④閥門長(zhǎng)期超負(fù)荷工作使部分零件損壞；⑤閥門選型不當(dāng)。

智能控制閥主要源于科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和機(jī)電一體化技術(shù)的革新，而控制閥的智能化和標(biāo)準(zhǔn)化在石油化工企業(yè)生產(chǎn)中是十分重要的。智能化控制閥可以代替人完成相關(guān)操作，可以與智能控制器、組態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)強(qiáng)大的自動(dòng)化系統(tǒng)，不斷提高系統(tǒng)的工作效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，大大提高企業(yè)生產(chǎn)的安全性。

1 石油化工對(duì)控制閥智能化的要求

技術(shù)工具的革新引領(lǐng)著現(xiàn)代生產(chǎn)向自動(dòng)化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足企業(yè)的發(fā)展需求。因此，企業(yè)生產(chǎn)方式應(yīng)由模擬化數(shù)據(jù)采集向數(shù)字化方向發(fā)展，由人為控制轉(zhuǎn)變?yōu)槲C(jī)控制，并廣泛應(yīng)用智能儀表閥門，使其滿足企業(yè)的生產(chǎn)需求。但是，智能化控制閥也面臨著許多新的挑戰(zhàn)，需要不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。

1.1 高安全性

在石油化工生產(chǎn)中，各種生產(chǎn)裝置都需要大規(guī)模集中檢測(cè)和控制，要經(jīng)受高溫氣體雜質(zhì)和高壓的考驗(yàn)。而生產(chǎn)過程中的原料和成品都是易燃易爆的油氣，因此，應(yīng)將智能控制閥的安全性放在首位。過程的多樣化和工藝條件的變化對(duì)溫度、壓力、流量和液位等熱工控制變量提出了很多特殊的要求，需要智能調(diào)整。所以，避免控制閥出現(xiàn)誤開、誤關(guān)和失靈等故障是至關(guān)重要的。

1.2 減少噪聲污染

在生產(chǎn)一線，噪聲污染隨處可見，這對(duì)工人的健康和社會(huì)生態(tài)環(huán)境造成了極大的威脅。在閥門設(shè)計(jì)中，采用先進(jìn)的工藝和設(shè)計(jì)理念可以減少噪聲污染，減小對(duì)環(huán)境的影響。

1.3 適應(yīng)自動(dòng)化控制的要求

儀表、控制、自動(dòng)化決定了企業(yè)的興衰，儀表閥門在自動(dòng)化中相當(dāng)于人的眼睛和手足。高性能的儀表閥門便于工作人員了解控制的原理、參數(shù)，從而選擇合適的控制時(shí)機(jī)。這是推動(dòng)自動(dòng)化發(fā)展的必要條件。長(zhǎng)期、高效的儀表閥門創(chuàng)新技術(shù)推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。

2 智能化控制閥的設(shè)計(jì)要求

自動(dòng)化技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被廣泛應(yīng)用于石油企業(yè)中，它們對(duì)低成本、高安全性智能化閥門的要求也越來越高。閥門應(yīng)具有雙向通訊、自我診斷、流量監(jiān)測(cè)、記錄數(shù)據(jù)、查詢、報(bào)警等功能。在機(jī)電一體化、總線接口、人機(jī)界面等自動(dòng)化環(huán)境中應(yīng)用智能化閥門時(shí)，對(duì)其小型化、節(jié)能化、耐高壓、耐腐蝕、耐高溫都有很高的要求。

2.1 控制閥的模塊化設(shè)計(jì)

控制閥電動(dòng)操動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和指定機(jī)構(gòu)的配套設(shè)計(jì)要采用無管道連線，而且必須具備更高的抗震動(dòng)性、堅(jiān)固性和安裝的多樣性、靈活性，安裝方向可調(diào)節(jié)，附件安裝也要簡(jiǎn)易、迅速、可靠，能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總線的安裝要求。相關(guān)零件的通用性要一致，在保證產(chǎn)品多樣化、功能完善化的同時(shí)，必須擁有更高的工作效率和靈敏度。

2.2 智能化設(shè)計(jì)

在控制閥的設(shè)計(jì)中，常用的控制方式有2種，即氣動(dòng)控制和電動(dòng)控制。氣動(dòng)控制主要體現(xiàn)在定位器上，而電動(dòng)控制主要體現(xiàn)在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面。應(yīng)用數(shù)字通訊技術(shù)時(shí)，數(shù)字式智能定位器和電動(dòng)機(jī)構(gòu)的配合是控制閥智能控制的核心。利用數(shù)字通訊技術(shù)將控制閥的流量等數(shù)據(jù)送至總線，信號(hào)聯(lián)系可以在現(xiàn)場(chǎng)的智能裝置之間進(jìn)行，而不必連接主控制系統(tǒng)，只需將其中一個(gè)連接到智能式變送器的智能調(diào)節(jié)閥上便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，主處理器也處于高水平的工作狀態(tài)。這種設(shè)計(jì)能在人機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示工作情況，不僅能采集實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史報(bào)警、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表等信息，也可以通過曲線等形式顯示控制閥的工作情況。

智能控制閥擁有強(qiáng)大的遠(yuǎn)程診斷和自我診斷能力。如果回路某部分出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)會(huì)報(bào)警，并且實(shí)時(shí)進(jìn)行各個(gè)裝置之間的相互質(zhì)詢，直到排除故障。

2.3 安全性能設(shè)計(jì)

安全性能作為石油化工智能控制閥設(shè)計(jì)中的第一要素，要求在設(shè)計(jì)控制閥時(shí)，使用耐高溫、耐高壓、耐燃的材料，保證長(zhǎng)時(shí)間使用后故障率趨于零。另外，其操動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全性能尤其重要，要保證閥門在使用過程中不會(huì)出現(xiàn)失靈、誤開或誤關(guān)等故障。

2.4 防漏和防噪聲

防漏分為內(nèi)漏和外漏，這取決于閥座的結(jié)構(gòu)和填料的質(zhì)量。通常情況下，解決這種問題的方法有3種：①改變傳統(tǒng)的螺紋緊壓式結(jié)構(gòu)，采用新型的、可雙面使用的直壓式閥座結(jié)構(gòu)，以提高閥座的密封性能。②采用新型填料密封箱設(shè)計(jì)。采用特殊材料和特殊設(shè)計(jì)的V形填料提高其密封性；增加微型密封圈和防塵圈，防止密封元件被損壞。③改變填料的材質(zhì)，延長(zhǎng)填料的使用壽命。

在生產(chǎn)過程中，控制閥是產(chǎn)生噪聲的主要原因之一。鑒于這種情況，可以采用多空套筒式設(shè)計(jì)、多級(jí)套筒式設(shè)計(jì)和迷宮式設(shè)計(jì)。這樣可以將噪聲降低10～20 db。

2.5 提高工作效率

提高智能化控制閥工作效率的方法主要有以下3種：①提高控制閥的密封性能，增強(qiáng)其安全性。②減少控制閥的耗氣量，采用全新的數(shù)字式智能定位器和硅微控制原理。因?yàn)楹臍馐情g斷性的，所以，只有定位器動(dòng)作時(shí)才能排氣，其余時(shí)間它都處于關(guān)閉狀態(tài)。③采用配備了噴氣裝置的多彈簧啟動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)。這樣可以保護(hù)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受腐蝕，進(jìn)而延長(zhǎng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命。

3 結(jié)束語

在未來工業(yè)發(fā)展的過程中，智能控制閥的開發(fā)還會(huì)面臨許多問題，所以，相關(guān)工作人員應(yīng)從智能控制閥的安全性、模塊化、智能化、小型化和環(huán)保等方面入手，不斷加大研發(fā)力度。為了加快工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化水平，要不斷改造舊的過程控制系統(tǒng)，創(chuàng)造更新、更先進(jìn)的控制方法，為社會(huì)提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

〔編輯：白潔〕