单回路波动的分析

第一节: 单回路压力调节系统波动的主要原因　　 　　在我厂调节系统绝大多数由DCS实现,以电动仪表为主。一个典型的单回路压力调节系统主要由测量变送、DCS调节器、执行器、工艺对象四部分组成,通常有自动(AUT)和手动(MAN)两种状态,分析其在日常生产中波动的原因,无非就是从这些方面考虑,即“两个状态四个部分”。 CRT仪表打CAL(校验)或停扫描(SCAN),在CRT上是看不到波动的。 　　调节系统波动有输入侧(测量变送)造成的波动,有自动(AUT)状态下调节器(PID参数)造成的波动,有输出侧(I/P、VP、执行器V)造成的波动,有工艺方面造成的波动,波动有大有小,有快有幔,有正常波动和非正常波动之分,我们这里所说的波动是工艺不允许的非正常波动,需要仪表工分析、判断、处理。 　　分析调节系统波动的原因,经验告诉我们,首先向工艺人员问清情况,了解清楚,在CRT上调出有关的历史趋势画面和仪表调整画面,认真观察,分析判断, 首先要排除或认定是不是工艺造成的波动。如果不是工艺原因,则再分析仪表原因,判断是自动(AUT)状态波动,还是手动(MAN)状态波动,或自动(AUT)和手动(MAN)两种状态都波动。如果打手动(MAN)状态也照样波动,则与调节器PID参数和正反作用关系不大,应先查输入侧,后查输出侧; 如果手动(MAN)状态不波动,打自动(AUT)状态就波动,则重点查调节器PID参数和输出侧;如果自动(AUT)和手动(MAN)两种状态都波动,则重点查输入侧、输出侧和工艺侧。 实践中,分析调节系统波动的原因,完全凭个人的经验和技术,遇到类似问题后,有些人无从下手,有些人盲目下手,往往找不到问题的根源,甚至误判断弄出事来。分析调节系统波动的原因,方法要对头,思路要清楚, 从每一部分(侧)入手,逐一查找和排除,最终找出问题的根源,对症下药。一般常见的主要原因归纳如下: 一. 输入侧(测量变送部分) 1. 取压问题:导压管、根部阀(排放阀或接头等)和变送器漏、堵、冻、结晶、过热气化等;取压点安装选位不当,如距泵出入口、调节阀太近等(属原始情况) 。 2. 变送器问题:如膜盒变形、电路板故障、线性阻尼不良、元件松动或虚接、电磁干扰、震动等环境影响。 3. 线路问题: 雨水潮湿、温高、老化,线路虚接、短路、接地、绝缘破皮(鼠咬)、电磁干扰、环境影响、电源电压有问题。 4. 计算机问题:安全栅有问题,信号调整卡有问题(为变送器提供+24VDC电源并接收4-20mADC电流信号),I/O卡有问题(可能性不大)。 二. DCS调节器 1. 最常见的原因就是调节器P、I、D参数整定不合理,引起(波动)振荡。PID参数的整定,经验是非常重要的,需小心谨慎、耐心稳妥地在CRT调整画面上进行整定。 2. 调节器正反作用不对,或DCS内部软件生成有问题(可能性不大,初期可能有)。 三. 输出侧(I/P、VP、V部分) 1. 调节阀(执行器V)问题: ①.阀芯(头)脱落,阀杆断或弯曲不同心, 蝶阀销子断; ②.阀芯与阀座或衬套温度高卡(抱)死,或管道有异物卡住或垫起; ③.膜片破裂或气缸串气,膜头排气孔堵,或“O”型环磨损老化漏气; ④.阀门弹簧没调整好,损坏或阀架断裂; ⑤.阀门正常处于极限位置,调节无余量,选型不对或工艺付线阀有开度; ⑥.阀杆磨檫力大(如填料紧),产生迟滞现象; ⑦.阀杆过长或过短,阀门行程不够,噪音大; ⑧.阀门泄漏量过大,阀门导向套磨损严重; ⑨.阀芯冲涮严重或腐蚀坏,阀杆连接块不牢或不当; ⑩.阀门被限位,或手轮没释放限死,或电磁阀没复位有问题。 2. 阀门定位器(VP)问题: ①.气源压力过低或过高,(减压阀、接头、管、定位器)严重漏气; ②.定位器本身喷嘴挡板、节流孔、放大器等脏、堵、失灵故障; ③.反馈件(销)安装连接不合理,固定不好,犟卡或震动脱落; ④.定位器内部机械件松动、疲劳、老化,振荡; ⑤.定位器没有校验好,在线调乱。 3. 电气转换器(I/P)问题: ①.气源压力过低或过高,(减压阀、接头、管、I/P)严重漏气; ②.电气转换器本身喷嘴挡板、节流孔、放大器等脏、堵、失灵故障; ③.环境影响如震动、温高、雨水潮湿、电磁干扰等; ④.电气转换器内部机械件松动、疲劳、老化,振荡; ⑤.电气转换器没有校验好,在线调乱。 4.线路问题: 雨水潮湿、温高、老化,线路虚接、短路、接地、绝缘破皮(鼠咬)、电磁干扰、电源电压有问题。 5. 计算机问题:安全栅有问题,信号调整卡有问题,I/O卡有问题(可能性不大)。 四. 工艺方面 1. 工艺系统不稳或不正常,造成测量参数大幅度波动; 2. 关联性调节系统不稳,波及本系统波动; 3. 工艺参数给定不当; 4. 操作工操作不当,或加减负荷不稳造成波动。 第二节: 调节阀失灵或工艺反应不好用的常见故障 调节阀安装在现场,直接与介质接触,高温高压、极冷强腐、结晶易渗,条件恶劣,它的质量和可靠性不仅影响调节品质,而且还影响到生产系统的安全和环境污染。有些场合迫切需要自动控制,却常常因调节阀不能满足现场要求而无法实现,例如调节阀经常出现的卡死、膜片破、动作迟钝、泄漏大、推力不够、阀关不严、调节范围小、振动、啸叫、外泄漏等。 常见的调节阀有单座阀、双座阀、套筒阀、角阀、三通阀、蝶阀、球阀、全功能超轻型阀等,特殊阀有高压阀、高温阀、耐腐阀、速动切断阀等。 往往调节阀的故障概率高于其他仪表,而仪表工分析判断故障,必需熟知了解调节阀的常见故障。阀门定位器和手轮是调节阀的一部分。 1.调节阀(执行器V)问题: ①.阀芯(头)脱落,阀杆断或弯曲不同心,蝶阀销子断; ②.阀芯与阀座或衬套卡(抱)死,或阀体内有异物(或结晶)卡住或垫起; ③.膜片破裂或气缸串气,膜头排气孔堵,或“O”型环磨损老化漏气; ④.阀门弹簧没调整好,损坏或阀架断裂; ⑤.阀门正常处于极限位置,调节无余量,选型不对或工艺付线阀有开度; ⑥.阀杆磨檫力大(如填料紧、温度高),动作迟钝,执行机构输出力不够; ⑦.阀杆过长或过短,阀门行程不够,噪音大; ⑧.阀门泄漏量过大,阀门导向套磨损严重; ⑨.阀芯冲涮严重或腐蚀坏,阀杆连接块不牢或不当; ⑩.阀门被限位,或手轮没释放限死,或电磁阀没复位有问题。 2.阀门定位器(VP)问题: ①. 气源或输入信号压力有问题,过低过高波动,及减压阀、接头、管、定位 器等严重漏气; ②.定位器本身喷嘴挡板、节流孔、放大器等脏、堵、失灵故障; ③.反馈件(销)安装连接不合理,固定不好,犟卡或震动脱落; ④.定位器内部机械件松动、疲劳、老化,振荡; ⑤.定位器没有校验好,在线调乱。 5. 工艺方面: ①. 管道内有异物(或介质结晶)把阀芯卡住或垫起,包括设备管道工艺吹除不干净; ②. 工艺正常偏离了设计工作条件, 调节阀不能正常工作; ③. 工艺系统不正常; ④. 工艺操作不当,如:付线开度不当,手轮操作不当等。 第三节.各种调节阀（含风门）及定位器的校验和维护经验介绍 调节阀是调节系统的重要环节,一旦调节阀出现故障,整套调节系统就失灵.所以,对调节阀的校验、维修要认真仔细,下面就几种阀门类型进行阐述。 1、气动薄膜调节阀 a.带定位器的气动薄膜调节阀 在校验这类阀门时,首先确定气源压力,然后按规程校验,保证其线性、灵敏度达到规定要求。特别注意的是在阀门定位器安装时,当阀门在50%开度时定位器的反馈臂必须在水平位置。 b.无定位器的气动薄膜调节阀 无定位器的气动薄膜调节阀在校验时特别注意调节阀的信号范围,在名牌上标有弹簧范围即信号范围,然后按信号范围进行校验。 2、气缸式调节阀 气缸式调节阀具有输出功率大、动作灵敏等优点.在校验时首先确定气源压力,然后按规程校验。如果发现线性不好、有跳跃现象,请对气缸做气密性实验,检查气缸、活塞、接头等是否漏气,如果故障还没消除,则可能是阀门的填料太紧所致,处理填料既可正常。 3、风门执行机构 风门执行机构是一种特殊阀门,在校验这类阀门时首先确定气源压力,然后按规程校验,此类阀门随有定位器,但线性不太好,只要满足工艺要求既可。在巡检时要注意各接头是否漏气,气源压力是否正常,机械传动部分要定期加润滑油。 4、调速器 机组调速器是一种特殊的调节装置,它分为执行机构和油动机两部分,仪表负责执行机构部分。在校验时首先确定气源压力、气垫压力,然后按规程进行校验满足工艺要求,在巡检时要特别注意气路管线是否有泄漏现象,一旦发现要及时处理。 5、隔膜阀 隔膜阀是两位式阀门,校验时首先确定气源压力,然后检查动作是否灵活、到位。如果有异常请检查隔膜是否破裂、填料是否正常。 6、电磁切断阀 电磁切断阀包括机组停车电磁阀、和燃料系统的天然气切断阀。这类阀门为两位式,校验时要特别注意电源电压是否正常,动作是否灵活、到位,有无泄漏现象等。 7、气开阀和气关阀的改变 气开阀和气关阀是阀门的固有属性,在阀门制做时已经确定,只有改变执行机构才能改变气开、气关;如果是气缸式调节阀则可以通过改变上下气缸信号的位置既可。如果改变定位器或调节器的正、反作用是不能改变气开和气关的。 8、放空阀和防喘振阀 放空阀和防喘振阀在工艺正常时均为关闭状态,在校验这类阀门时要特别注意工艺介质压力对阀芯的作用力,通过计算得出阀门的启动值,对气关阀不一定是100KPa,可能是95kpA或90KPa ,气开阀不一定是20KPa启动,也可能是40KPa或50KPa,其目的是在工艺正常时确保阀门关闭可靠且动作良好。确定启动值的方法应该是科学计算,但实际中有一定的难度,往往是根据经验确定一个较为保守且合理的启动值,往往对气开阀定为25～35KPa为启动值；对气关阀定为85～95KPa为经验启动值。 例题: 一台气开式高压调节阀,带定位器,输入20～100KPa,输出40～200KPa,阀前后压差为30000KPa,阀芯直径8mm,阀行程20m