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磨損和出現撕裂是控制閥工作期間出現的正常現象， 因此需要定期檢修。 通常， 許多工廠都會每年或者兩到三年停一次工。

所有的控制閥都會被拆卸下來檢查閥體內諸如閥芯、 閥座環之類的零件是否出現損壞或異常的跡象。 劣化的零件將被更換。 這是一項繁雜耗時的工作， 而當這項工作完成的時候， 許多閥門也許又根本不需要維修。 因此， 如果能夠在早期不拆卸閥門的情況下診斷出需要維修的閥門， 那么企業將獲得很好的經濟效益。

圖 1 FlowScanner 6000

第一部便攜式控制閥診斷系統于 1990 年問世。 這部系統名叫FlowScanner， 能對氣動控制閥及其附件進行診斷。

此系統在工業中被廣泛用于診斷關鍵閥門。 盡管 FlowScanner流動掃描器診斷功能強大， 但需要專家人員花費一定的時間來安裝、運行系統并解釋診斷結果， 診斷也通常在過程停工的時候進行。 于1994 年問世的第一臺數字式閥門控制器( HART 協議) 給診斷工作帶來了變化。 數字式閥門控制器與FlowScanner 不同， 它直接安裝在閥門上并含有行程和壓力傳感器。

圖 2 階躍響應診斷

因此， 利用數字式閥門控制器進行診斷工作不需要花費安裝時間。 對控制閥的診斷工作通常被限定在離線狀態或一些帶有在線報警的停工狀態下進行。

一個好的控制閥

控制閥作為終端控制元件，其性能的好壞對過程有著直接影響。 過程回路可通過采用先進的過程控制和實時優化技術加以改善。 然而， 所有的潛能只有在終端控制元件性能優化以后才能得以變為現實。 性能差的閥門將導致差的過程回路。 為保證閥門按照預定性能工作， 以下幾項措施應得到考慮。 首先， 應正確選擇符合特定過程要求的尺寸合適的閥門; 其次， 定位器必須 控 制 快 速、準 確; 最 后，定位器和閥門應正確安裝和校準。

圖 3 閥門信號： 圖

離線診斷控制閥性能

在試車過程中， 閥門 / 定位器組件應適當調整保證穩定性和響應性性。 階躍響應診斷常用于檢測閥門組件的動態響應特性。

對于要求控制閥開 / 關速度嚴格的場合， 此項診斷還可以檢測閥門開 / 關所需時間。 典型階躍響應診斷如圖 2 所示， 圖中曲線分別為氣源壓力( 綠線)，設定值( 藍線) 和實際閥門響應值( 紅線)。

圖 4 閥門信號： 分析

氣源壓力曲線表示閥門向靠近設定值方向動作時需要的壓力， 這樣就可診斷出閥門可能的低氣源壓力的故障。

另外一個診斷是圖 3 所示的閥門信號診斷。 外側兩條曲線之間的差距表示閥門摩擦力， 各曲線平滑漸變表示閥門行程平滑。 除摩擦力以外， 圖中還包含了校準問題， 閥門和執行機構安裝的不正確、 控制閥尺寸不當、 閥座完整性、 關閉作用力、 閥門粘著、 氣源壓力問題、 填料函摩擦力過大和門行程不徹底等信息。 諸如閥座載荷， 所需閥座載荷， 平均摩擦力和動態誤差區等控制閥特性的匯總信息列在了“ Analyzed” 表中。

這些診斷可以幫助診斷過程中的潛在問題， 同時對控制閥的性能做出初步診斷

維持控制閥性能： 在線診斷

通常， 許多工廠都會每年或者兩年停一次工。 然而如前所述，競爭的市場促使許多過程企業將設備檢修時間間隔延長為 5 年或更長， 因此在過程運轉期間維持控制閥的性能就變得非常重要。

如果沒有任何裝置對控制閥的性能進行監測， 閥門可能會在工作期間發生劣化， 從而引發過程非正常停工， 導致生產的中斷， 并使得企業花費更多成本用于重新恢復生產。

今天， 智能閥門診斷技術使得對運轉中的閥門進行檢測變得可行。 閥門信息將在過程運轉期間被動收集。 收集到的數據信息經過分析處理， 得出可能原因。 一旦發現問題， 系統就會報告問題嚴重程度、 可能的原因和推薦解決方法。 在線診斷可檢測包括儀表空氣泄漏、 閥門摩擦力和死區、 表空氣質量， 連接松動、源壓力限定和閥門組件校準在內的諸多問題。 目前在線診斷系統可診斷 200 種不同類型的故障。

圖 5 摩擦力監測 & 趨勢

下面是一些在線診斷實例：

摩擦力值 & 摩擦力趨勢( 圖5)： 工作狀態下的閥門的摩擦力 &死區值可經診斷系統檢測到并圖形化顯示出來。 在線摩擦力值可與圖3 所示離線診斷中測得的摩擦力值進行比較。 摩擦力趨勢可作為分析閥門填料函變化的依據。

位于泰國的一家對位二甲苯企業發現一個關鍵閥門在操作兩年后， 閥門的動作在控制信號設定值的 ±1%內波動。 這一異常情況沒有影響到生產的進行， 但引起了操作人員的關注。 發現該情況以后，一位維修工程師對閥門進行了在線摩擦力診斷， 結果發現在兩年當中由于填料函的磨損閥門摩擦力減少了 30%。 由此推斷閥門摩擦力減小是控制閥性能發生波動的主要原因。 當閥門摩擦力減小后， 定位器原先設定的驅動力就顯得過大。 確定問題后工作人員對閥門和定位器進行了調節， 用以補償摩擦力的減小。 這一工作使企業避免了一次不必要的停工。 在此例中， 據用戶估計停工一次將損失大約 200000 美元。

氣源壓力診斷( 圖 6)： 如診斷名稱所示， 這是對氣源壓力的檢測， 特別是對低壓氣源。

圖 6 氣源壓力診斷

在中東一家玉米加工企業，在線氣源壓力診斷發現超過 10%的關鍵閥門氣源壓力不足， 控制性能也發生下降。 盡管最初的離線測試沒有發現任何閥門問題，在線診斷測試仍診斷出了潛在的氣源問題， 這給整個過程的改進指明了方向。

空氣流量診斷( 圖 7)： 通過測量流經控制閥的氣流， 可檢測到經執行機構薄膜、 管道、 連接松動處或活塞 O 形環各處發生的外泄漏。

在北美一家大型對酞酸精煉企業中， 對配備雙作用活塞執行機構的一個關鍵閥門的例行空氣流量診斷發現執行機構中存在兩股氣流，一股來自與 DVC( 數字式閥門控制器) 連接的端口， 另一股來自其他端口。 診斷系統還發現空氣流量偏高， 但閥門的控制動作并沒有受到影響。 自動分析表明造成這一現象的可能原因是執行機構活塞密封存在泄漏， 推薦對執行機構活塞密封情況進行檢查。

維修人員通過肉眼檢查了閥門， 但無法確定是否存在泄漏。 由于活塞密封泄漏是內泄漏， 泄漏出的空氣排入閥門儀表中， 因此從外部察覺不到跡象。 對此工廠采取了連續監測空氣流量的措施， 監測泄漏量有無變化( 圖 3)。 當監測發現泄漏量出現變化時， 維修人員將執行機構拆卸下， 結果發現活塞密封已經受到損壞并接近突變失效。 這一問題被預見性的空氣流量診斷所發現， 企業也因此避免了一次耗費昂貴的非計劃停工， 節約了價值大約 400000 美元的催化劑。行程偏差和放

圖 7 空氣流量診斷

大器調節診斷( 圖8)： 行程偏差診斷用于追蹤閥門實際行程與設定行程值偏差的大小。 放大器調節診斷僅用于雙作用執行機構，用 于 測 量 交 叉 壓力。 交叉壓力定義為在行程一半時的壓力返回值， 用氣源壓力的百分數表示。

在一套合成氣處理裝置中，一個透平機進口控制閥在信號穩定不變的情況下朝一個方向偏移。為保持閥門穩定， 用于采取了將閥門鎖緊固定在所需位置的臨時方案。 經在線放大器調節診斷后發現造成此異常情況的原因是執行機構空氣在校準中未得到適當地平衡。 因而， 解決這一問題的根本方法是對閥門重新進行校準。

維修操作

典型的維修操作如圖 9 所示。故障檢測是一項耗時的工作， 通常在閥門運轉狀態下進行。 如果檢測到一個故障， 診斷系統將識別此故障， 推測可能的故障原因，并建議做出相應的矯正措施。 維修階段到此轉變為過程朝正常工作狀態恢復的階段。 在過程確認階 段， 閥 門 將 依照基本性能受到評估， 此后過程恢復致故障檢測狀態。

圖 8 放大器調節診斷

圖 9 同 時 表示了診斷是如何集成到維修操作當中的。 在故障檢測階段， 采取在線診斷更為合適， 因為它可以檢測多種在線問題( 如摩擦力問題、 氣源壓力偏低、 空氣外泄漏等)。 此外， 在線診斷還可以診斷識別本文的問題。

不過并不是所有控制閥問題都可以通過在線診斷檢測到。 例如， 閥座輪廓的腐蝕， 閥座載荷偏小等問只能通過離線診斷檢測。 通常包括對控制閥修理和測試的過程恢復和確認工作也是離線進行。

圖 9 例行維修中的診斷

內部診斷

隨著基于微處理器技術的發展， 現在已經可以將全部在線診斷集成到定位器的微處理器中。這樣， 在線診斷就可以一周 7 天24 小時連續進行， 當出現異常狀況時就發出警報。 現在最新的現場總線定位器已經集成了這項技術。 圖 10 所示為一些可以檢測到的問題： (a)臟空氣引起的 I/P堵塞，(b)I/P漂移校準，(c)氣源壓力問題，(d) 外泄漏， (e) 雙作用執行機構放大器失調， (f) 行程漂移校準。

安裝在控制閥上的數字定位器已經成為功能強大的診斷工具。

圖 10 內部在線診斷

定位器可以幫助維修人員監測和診斷控制閥的狀況， 并在潛在問題發生之前采取有效措施加以消除。 這可以幫助維持控制閥性能，延長裝置停工前的運轉時間， 從而增加生產時間。