用于生產(chǎn)線的現(xiàn)有控制閥是球型，減速口，舊式電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)過時。這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于部件可用性而難以維護(hù)，并且易于發(fā)生外部液壓泄漏。如果液壓油到達(dá)地面，這種泄漏將成為現(xiàn)場可記錄的事故。在改造項(xiàng)目的早期做出決定，為整個項(xiàng)目購買新的控制閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。較新型的節(jié)流電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)符合項(xiàng)目要求。原因如下：

 

    應(yīng)用：

    控制閥所需的應(yīng)用包括泵的背壓控制，站入口壓力控制（由于某些站之間的高度變化而需要）和罐輸送壓力控制。這些應(yīng)用被確定為失效 - 最后作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的期望失效動作（4-20mA DC控制信號的損失或功率損失）。行程時間要求是每英寸控制閥標(biāo)稱孔徑的3-5秒。選擇的控制閥對于較小的球閥，其所需的運(yùn)行扭矩范圍為52,000英寸 - 磅（in-lbs）（5,875 Nm），對于較大的重型球閥，其所需的運(yùn)行扭矩范圍超過115,000 in-lbs（12,993 Nm）。

 

    技術(shù)考慮：

    項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)考慮了兩種不同類型的驅(qū)動技術(shù)：現(xiàn)代電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)和節(jié)流電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因?yàn)樗鼈冊谶^去使用過，所以項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)最初傾向于使用電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。然而，基于所需的致動器的數(shù)量和由此產(chǎn)生的成本節(jié)省，節(jié)流電動致動器被選擇并從上海自動化儀表股份有限公司股份有限公司訂購。

 

    安裝和啟動：

    現(xiàn)場節(jié)流電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的初始安裝和設(shè)置順利進(jìn)行，部分原因是現(xiàn)場技術(shù)人員已熟悉該技術(shù) - 多個電動閥（MOV）已在同一管道上下安裝。除了4-20 mA DC控制（與離散開/關(guān)控制信號相反）之外，標(biāo)準(zhǔn)MOV和節(jié)流電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的連接是相同的。

 

    一切都順利運(yùn)行，直到管道啟動。在啟動幾周后，電機(jī)熱量開始在一半的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上跳閘。由于這不是一個理想的結(jié)果，因此開始進(jìn)行調(diào)查。

 

    啟動發(fā)現(xiàn)：

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)跳閘電機(jī)熱量的設(shè)定值在一小時內(nèi)變化超過3,600次（執(zhí)行機(jī)構(gòu)額定值的兩倍）。這是由于幾個因素，包括：

    比例 - 積分 - 微分（PID）控制方案；

    管道系統(tǒng)響應(yīng)時間；

    使用嚴(yán)重的服務(wù)控制閥的特殊性；

    控制系統(tǒng)的初始設(shè)置是每20毫秒需要時監(jiān)控和更改設(shè)定值。節(jié)流電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法跟上設(shè)定值的變化，這意味著執(zhí)行器不斷尋找其設(shè)定值，從而導(dǎo)致過熱。

 

    由于泵站之間的距離超過100英里，因此管道需要時間來穩(wěn)定過程變化?？刂品桨副仨毧紤]這一現(xiàn)實(shí)?？蛻羰占瘮?shù)據(jù)點(diǎn)并確定不同管道運(yùn)行的過程需要4-7秒，以使管道從設(shè)定點(diǎn)變化穩(wěn)定（在圖1中稱為DT）。一旦控制閥發(fā)生設(shè)定值變化，管道就會像小的階梯變化那樣在降級的正弦波上作出反應(yīng)，幅度為3-6 psig。

 

    使用的嚴(yán)重服務(wù)控制閥的特殊雙曲線特性也提出了PID挑戰(zhàn)。

 

    圖比較了雙曲線Cv曲線與等百分比（EQ％）曲線和線性曲線。

 

 

    解：

    考慮到新發(fā)現(xiàn)的信息，確定了控制方案中的變化。第一個變化涉及進(jìn)行100次原始壓力掃描并在確定的DT時間段內(nèi)對它們求平均值。這個新的時間加權(quán)和平均壓力讀數(shù)用于確定管道是否在其所需的壓力設(shè)定點(diǎn)內(nèi)運(yùn)行。

 

    第二個變化是對雙曲線控制閥的軟件行程限制，以保持閥門的運(yùn)動實(shí)際上對過程壓力產(chǎn)生影響的范圍（圖2）。

 

 

    控制方案的最后一個挑戰(zhàn)是站點(diǎn)出口以最大允許工作壓力（MAWP）運(yùn)行。每14.7 psi的壓力消耗相當(dāng)于管道成本的8％。

 

    為了保持管道的設(shè)計(jì)參數(shù)，我們決定當(dāng)工作站的出口達(dá)到MAWP時，控制系統(tǒng)會將控制閥設(shè)定值降低到低于MAWP 2 psig（圖3）。

 

 

    結(jié)果：

    PID控制方案的改變意味著管道操作員可以在壓力控制上以0.5％的精度運(yùn)行管道，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于舊式電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該過程從每小時3,600次設(shè)定值變化變?yōu)?0次，從而消除了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過熱。同時，到目前為止，致動器的維護(hù)更具成本效益，幾乎消失。

 

    鑒于在第一個項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了成本節(jié)約和性能，節(jié)流電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)已成為參與此案例研究的管道公司的新標(biāo)準(zhǔn)。

 

    結(jié)論：

    電動節(jié)流執(zhí)行機(jī)構(gòu)是許多成功的過程控制環(huán)境的一部分。如果使用得當(dāng)，并且在失效時可以接受失效電源，節(jié)流電動執(zhí)行器可以為新項(xiàng)目節(jié)省大量成本。

 

    建議：

    以下是上海自動化儀表股份有限公司對液體管道控制閥節(jié)流電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的建議：

    沒有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程應(yīng)超過15秒。一個好的經(jīng)驗(yàn)法則是每個標(biāo)稱閥門尺寸（英寸）3-6秒。

    確?？刂崎y運(yùn)行轉(zhuǎn)矩基于節(jié)流的條件是已知的; 這些很容易超過閥門斷裂扭矩。執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸必須考慮到這一點(diǎn)。

    當(dāng)用于節(jié)流球閥時，應(yīng)選擇具有慷慨安全系數(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。隨著節(jié)流球閥隨著時間的推移而磨損，特別是在非潤滑精制產(chǎn)品線中，閥門扭矩將增加。執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。

    確保任何PID控制方案都考慮了管道的反應(yīng)時間。