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單回路波動的分析

日期:2024-09-19 16:07
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摘要:
  節(jié): 單回路壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動的主要原因  
  在我廠調(diào)節(jié)系統(tǒng)絕大多數(shù)由DCS實現(xiàn),以電動儀表為主。一個典型的單回路壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由測量變送、DCS調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、工藝對象四部分組成,通常有自動(AUT)和手動(MAN)兩種狀態(tài),分析其在日常生產(chǎn)中波動的原因,無非就是從這些方面考慮,即“兩個狀態(tài)四個部分”。 CRT儀表打CAL(校驗)或停掃描(SCAN),在CRT上是看不到波動的。
  調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動有輸入側(cè)(測量變送)造成的波動,有自動 (AUT)狀態(tài)下調(diào)節(jié)器(PID參數(shù))造成的波動,有輸出側(cè)(I/P、VP、執(zhí)行器V)造成的波動,有工藝方面造成的波動,波動有大有小,有快有幔,有正常波動和非正常波動之分,我們這里所說的波動是工藝不允許的非正常波動,需要儀表工分析、判斷、處理。
  分析調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動的原因,經(jīng)驗告訴我們,首先向工藝人員問清情況,了解清楚,在CRT上調(diào)出有關(guān)的歷史趨勢畫面和儀表調(diào)整畫面,認真觀察,分析判斷, 首先要排除或認定是不是工藝造成的波動。如果不是工藝原因,則再分析儀表原因,判斷是自動(AUT)狀態(tài)波動,還是手動(MAN)狀態(tài)波動,或自動 (AUT)和手動(MAN)兩種狀態(tài)都波動。如果**動(MAN)狀態(tài)也照樣波動,則與調(diào)節(jié)器PID參數(shù)和正反作用關(guān)系不大,應(yīng)先查輸入側(cè),后查輸出側(cè); 如果手動(MAN)狀態(tài)不波動,打自動(AUT)狀態(tài)就波動,則重點查調(diào)節(jié)器PID參數(shù)和輸出側(cè);如果自動(AUT)和手動(MAN)兩種狀態(tài)都波動,則重點查輸入側(cè)、輸出側(cè)和工藝側(cè)。



實踐中,分析調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動的原因,完全憑個人的經(jīng)驗和技術(shù),遇到類似問題后,有些人無從下手,有些人盲目下手,往往找不到問題的根源,甚至誤判斷弄出事來。分析調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動的原因,方法要對頭,思路要清楚, 從每一部分(側(cè))入手,逐一查找和排除,終找出問題的根源,對癥下藥。一般常見的主要原因歸納如下:

一. 輸入側(cè)(測量變送部分)
1. 取壓問題:導(dǎo)壓管、根部閥(排放閥或接頭等)和變送器漏、堵、凍、結(jié)晶、過熱氣化等;取壓點安裝選位不當,如距泵出入口、調(diào)節(jié)閥太近等(屬原始情況) 。
2. 變送器問題:如膜盒變形、電路板故障、線性阻尼**、元件松動或虛接、電磁干擾、震動等環(huán)境影響。
3. 線路問題: 雨水潮濕、溫高、老化,線路虛接、短路、接地、絕緣破皮(鼠咬)、電磁干擾、環(huán)境影響、電源電壓有問題。
4. 計算機問題:**柵有問題,信號調(diào)整卡有問題(為變送器提供+24VDC電源并接收4-20mADC電流信號),I/O卡有問題(可能性不大)。

二. DCS調(diào)節(jié)器
1. 常見的原因就是調(diào)節(jié)器P、I、D參數(shù)整定不合理,引起(波動)振蕩。PID參數(shù)的整定,經(jīng)驗是非常重要的,需小心謹慎、耐心穩(wěn)妥地在CRT調(diào)整畫面上進行整定。
2. 調(diào)節(jié)器正反作用不對,或DCS內(nèi)部軟件生成有問題(可能性不大,初期可能有)。

三. 輸出側(cè)(I/P、VP、V部分)
1. 調(diào)節(jié)閥(執(zhí)行器V)問題:
①.閥芯(頭)脫落,閥桿斷或彎曲不同心, 蝶閥銷子斷;
②.閥芯與閥座或襯套溫度高卡(抱)死,或管道有異物卡住或墊起;
③.膜片破裂或氣缸串氣,膜頭排氣孔堵,或“O”型環(huán)磨損老化漏氣;
④.閥門彈簧沒調(diào)整好,損壞或閥架斷裂;
⑤.閥門正常處于極限位置,調(diào)節(jié)無余量,選型不對或工藝付線閥有開度;
⑥.閥桿磨檫力大(如填料緊),產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象;
⑦.閥桿過長或過短,閥門行程不夠,噪音大;
⑧.閥門泄漏量過大,閥門導(dǎo)向套磨損嚴重;
⑨.閥芯沖涮嚴重或腐蝕壞,閥桿連接塊不牢或不當;
⑩.閥門被限位,或手輪沒釋放限死,或電磁閥沒復(fù)位有問題。
2. 閥門定位器(VP)問題:
①.氣源壓力過低或過高,(減壓閥、接頭、管、定位器)嚴重漏氣;
②.定位器本身噴嘴擋板、節(jié)流孔、放大器等臟、堵、失靈故障;
③.反饋件(銷)安裝連接不合理,固定不好,犟卡或震動脫落;
④.定位器內(nèi)部機械件松動、疲勞、老化,振蕩;
⑤.定位器沒有校驗好,在線調(diào)亂。
3. 電氣轉(zhuǎn)換器(I/P)問題:
①.氣源壓力過低或過高,(減壓閥、接頭、管、I/P)嚴重漏氣;
②.電氣轉(zhuǎn)換器本身噴嘴擋板、節(jié)流孔、放大器等臟、堵、失靈故障;
③.環(huán)境影響如震動、溫高、雨水潮濕、電磁干擾等;
④.電氣轉(zhuǎn)換器內(nèi)部機械件松動、疲勞、老化,振蕩;
⑤.電氣轉(zhuǎn)換器沒有校驗好,在線調(diào)亂。
4.線路問題: 雨水潮濕、溫高、老化,線路虛接、短路、接地、絕緣破皮(鼠咬)、電磁干擾、電源電壓有問題。
5. 計算機問題:**柵有問題,信號調(diào)整卡有問題,I/O卡有問題(可能性不大)。

四. 工藝方面
1. 工藝系統(tǒng)不穩(wěn)或不正常,造成測量參數(shù)大幅度波動;
2. 關(guān)聯(lián)性調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn),波及本系統(tǒng)波動;
3. 工藝參數(shù)給定不當;
4. 操作工操作不當,或加減負荷不穩(wěn)造成波動。

*二節(jié): 調(diào)節(jié)閥失靈或工藝反應(yīng)不好用的常見故障
調(diào)節(jié)閥安裝在現(xiàn)場,直接與介質(zhì)接觸,高溫高壓、極冷強腐、結(jié)晶易滲,條件惡劣,它的質(zhì)量和可靠性不僅影響調(diào)節(jié)品質(zhì),而且還影響到生產(chǎn)系統(tǒng)的**和環(huán)境污染。有些場合迫切需要自動控制,卻常常因調(diào)節(jié)閥不能滿足現(xiàn)場要求而無法實現(xiàn),例如調(diào)節(jié)閥經(jīng)常出現(xiàn)的卡死、膜片破、動作遲鈍、泄漏大、推力不夠、閥關(guān)不嚴、調(diào)節(jié)范圍小、振動、嘯叫、外泄漏等。
常見的調(diào)節(jié)閥有單座閥、雙座閥、套筒閥、角閥、三通閥、蝶閥、球閥、全功能超輕型閥等,特殊閥有高壓閥、高溫閥、耐腐閥、速動切斷閥等。
往往調(diào)節(jié)閥的故障概率高于其他儀表,而儀表工分析判斷故障,必需熟知了解調(diào)節(jié)閥的常見故障。閥門定位器和手輪是調(diào)節(jié)閥的一部分。
1.調(diào)節(jié)閥(執(zhí)行器V)問題:
①.閥芯(頭)脫落,閥桿斷或彎曲不同心,蝶閥銷子斷;
②.閥芯與閥座或襯套卡(抱)死,或閥體內(nèi)有異物(或結(jié)晶)卡住或墊起;
③.膜片破裂或氣缸串氣,膜頭排氣孔堵,或“O”型環(huán)磨損老化漏氣;
④.閥門彈簧沒調(diào)整好,損壞或閥架斷裂;
⑤.閥門正常處于極限位置,調(diào)節(jié)無余量,選型不對或工藝付線閥有開度;
⑥.閥桿磨檫力大(如填料緊、溫度高),動作遲鈍,執(zhí)行機構(gòu)輸出力不夠;
⑦.閥桿過長或過短,閥門行程不夠,噪音大;
⑧.閥門泄漏量過大,閥門導(dǎo)向套磨損嚴重;
⑨.閥芯沖涮嚴重或腐蝕壞,閥桿連接塊不牢或不當;
⑩.閥門被限位,或手輪沒釋放限死,或電磁閥沒復(fù)位有問題。
2.閥門定位器(VP)問題:
①. 氣源或輸入信號壓力有問題,過低過高波動,及減壓閥、接頭、管、定位
器等嚴重漏氣;
②.定位器本身噴嘴擋板、節(jié)流孔、放大器等臟、堵、失靈故障;
③.反饋件(銷)安裝連接不合理,固定不好,犟卡或震動脫落;
④.定位器內(nèi)部機械件松動、疲勞、老化,振蕩;
⑤.定位器沒有校驗好,在線調(diào)亂。
5. 工藝方面:
①. 管道內(nèi)有異物(或介質(zhì)結(jié)晶)把閥芯卡住或墊起,包括設(shè)備管道工藝吹除不干凈;
②. 工藝正常偏離了設(shè)計工作條件, 調(diào)節(jié)閥不能正常工作;
③. 工藝系統(tǒng)不正常;
④. 工藝操作不當,如:付線開度不當,手**作不當?shù)取?br>
*三節(jié).各種調(diào)節(jié)閥(含風(fēng)門)及定位器的校驗和維護經(jīng)驗介紹
調(diào)節(jié)閥是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),一旦調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障,整套調(diào)節(jié)系統(tǒng)就失靈.所以,對調(diào)節(jié)閥的校驗、維修要認真仔細,下面就幾種閥門類型進行闡述。
1、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥
a.帶定位器的氣動薄膜調(diào)節(jié)閥
在校驗這類閥門時,首先確定氣源壓力,然后按規(guī)程校驗,保證其線性、靈敏度達到規(guī)定要求。特別注意的是在閥門定位器安裝時,當閥門在50%開度時定位器的反饋臂必須在水平位置。
b.無定位器的氣動薄膜調(diào)節(jié)閥
無定位器的氣動薄膜調(diào)節(jié)閥在校驗時特別注意調(diào)節(jié)閥的信號范圍,在品牌上標有彈簧范圍即信號范圍,然后按信號范圍進行校驗。
2、氣缸式調(diào)節(jié)閥
氣缸式調(diào)節(jié)閥具有輸出功率大、動作靈敏等優(yōu)點.在校驗時首先確定氣源壓力,然后按規(guī)程校驗。如果發(fā)現(xiàn)線性不好、有跳躍現(xiàn)象,請對氣缸做氣密性實驗,檢查氣缸、活塞、接頭等是否漏氣,如果故障還沒消除,則可能是閥門的填料太緊所致,處理填料既可正常。
3、風(fēng)門執(zhí)行機構(gòu)
風(fēng)門執(zhí)行機構(gòu)是一種特殊閥門,在校驗這類閥門時首先確定氣源壓力,然后按規(guī)程校驗,此類閥門隨有定位器,但線性不太好,只要滿足工藝要求既可。在巡檢時要注意各接頭是否漏氣,氣源壓力是否正常,機械傳動部分要定期加潤滑油。
4、調(diào)速器
機組調(diào)速器是一種特殊的調(diào)節(jié)裝置,它分為執(zhí)行機構(gòu)和油動機兩部分,儀表負責(zé)執(zhí)行機構(gòu)部分。在校驗時首先確定氣源壓力、氣墊壓力,然后按規(guī)程進行校驗滿足工藝要求,在巡檢時要特別注意氣路管線是否有泄漏現(xiàn)象,一旦發(fā)現(xiàn)要及時處理。
5、隔膜閥
隔膜閥是兩位式閥門,校驗時首先確定氣源壓力,然后檢查動作是否靈活、到位。如果有異常請檢查隔膜是否破裂、填料是否正常。
6、電磁切斷閥
電磁切斷閥包括機組停車電磁閥、和燃料系統(tǒng)的天然氣切斷閥。這類閥門為兩位式,校驗時要特別注意電源電壓是否正常,動作是否靈活、到位,有無泄漏現(xiàn)象等。
7、氣開閥和氣關(guān)閥的改變
氣開閥和氣關(guān)閥是閥門的固有屬性,在閥門制做時已經(jīng)確定,只有改變執(zhí)行機構(gòu)才能改變氣開、氣關(guān);如果是氣缸式調(diào)節(jié)閥則可以通過改變上下氣缸信號的位置既可。如果改變定位器或調(diào)節(jié)器的正、反作用是不能改變氣開和氣關(guān)的。
8、放空閥和防喘振閥
放空閥和防喘振閥在工藝正常時均為關(guān)閉狀態(tài),在校驗這類閥門時要特別注意工藝介質(zhì)壓力對閥芯的作用力,通過計算得出閥門的啟動值,對氣關(guān)閥不一定是 100KPa,可能是95kpA或90KPa ,氣開閥不一定是20KPa啟動,也可能是40KPa或50KPa,其目的是在工藝正常時確保閥門關(guān)閉可靠且動作良好。確定啟動值的方法應(yīng)該是科學(xué)計算, 但實際中有一定的難度,往往是根據(jù)經(jīng)驗確定一個較為保守且合理的啟動值,往往對氣開閥定為25~35KPa為啟動值;對氣關(guān)閥定為85~95KPa為經(jīng)驗啟動值。
例題: 一臺氣開式高壓調(diào)節(jié)閥,帶定位器,輸入20~100KPa,輸出40~200KPa,閥前后壓差為30000KPa,閥芯直徑8mm,閥行程20mm,膜頭有效面積280cm2,閥摩擦力30Kgf。在常壓下校驗此閥,問達到什么程度,投運后才能正常工作?
解:(1)校行程。即輸入20~100KPa,使輸出為40~200KPa,閥走完全行程20mm。
(2)校驗啟動壓力(流開型)
Po= (△P×πr2+F摩+Fe)/Ae
=(300×π(0.4×0.4)+30+280×0.05)/280
=70Kpa
式中的Fe為閥座的壓緊力,一般取Fe=0.05Ae
求出啟動值后,按下法調(diào)校:
(1)輸入信號20~100KPa,調(diào)整定位器零點,使輸出為零(40KPa)
(2)壓縮彈簧,輸入從20KPa 緩慢增加,直到輸出為70KPa,閥門開始啟動為止。


*四節(jié) 聯(lián)鎖報警系統(tǒng)中有關(guān)各種儀表的校驗維護注意事項
1、變送器、傳感器、熱電偶(阻)類儀表
在聯(lián)鎖報警系統(tǒng)中,現(xiàn)場變送器、傳感器、熱電偶(阻)把工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬電信號送入DCS系統(tǒng),在DCS系統(tǒng)中利用順控功能實現(xiàn)聯(lián)鎖保護及報警,所以在維護這類儀表時必須做好以下幾方面的工作:
a、辦理聯(lián)鎖切除工作票,讓調(diào)度及工藝人員了解情況。
b、在CRT上切除現(xiàn)有相應(yīng)聯(lián)鎖。
c、熟悉了解所維護的儀表與其它調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間的關(guān)系,防止誤動作。
d、在CRT上把所維護的儀表打成MAN和CAL狀態(tài)。
e、對現(xiàn)場儀表進行維修校驗。
f、校驗維護完畢,觀察和比較K5值正常后,在CRT上解除CAL狀態(tài),調(diào)節(jié)系統(tǒng)置AUT。
g、經(jīng)觀察參數(shù)正常無誤后,辦理聯(lián)鎖投用票,投運聯(lián)鎖。
2、壓力開關(guān)和浮球類儀表
在校驗維護現(xiàn)場壓力開關(guān)和浮球開關(guān)時,按以下步驟進行:
a、辦理聯(lián)鎖切除工作票。
b、在CRT上切除相應(yīng)聯(lián)鎖。
c、對現(xiàn)場開關(guān)進行校驗維護。
d、經(jīng)檢查確認無誤后,辦理聯(lián)鎖投運票,在CRT上投運聯(lián)鎖。
3、聯(lián)鎖電磁閥的檢查維護
聯(lián)鎖電磁閥分為常帶電和常不帶電。
a、常帶電電磁閥
在檢查維護這類電磁閥時,由于電磁閥常帶電,所以,電磁閥有溫升現(xiàn)象,用手感覺即知。如果溫升嚴重,說明電磁閥線圈部分有故障,需及時更換,在更換電磁閥時確保閥門處于**位置。
b、常不帶電的電磁閥
在維護這類電磁閥時,線路及線圈部分出現(xiàn)問題不易被發(fā)現(xiàn),必須進行實際測量
測試時包括線路通斷、絕緣測試,在測試時確保閥門處于**位置。
4、無聯(lián)鎖切投開關(guān)的聯(lián)鎖系統(tǒng)的維護
無論是輸入信號采取“硬措施”還是對動作側(cè)采取“硬措施”首先要熟悉聯(lián)鎖原理,工作時要小心翼翼,絲毫不能馬虎!
沒有聯(lián)鎖切投開關(guān)的聯(lián)鎖系統(tǒng)為防止誤動作,現(xiàn)場要采取“硬措施”如電磁閥插銷子,調(diào)節(jié)閥手輪限位或固定閥桿;電機置MAN位置,或在輸入信號側(cè)采取“硬措施”例如:根據(jù)常開或常閉觸點用短路后開路方法,然后再進行維護。


*五節(jié) 法蘭式變送器的正確使用及校驗

用變送器測量液位的方法
一.單法蘭測液位。
1.單法蘭測敝口容器的液位。


a.如圖(a)所示的測量方法,即零液位與法蘭平齊則該變送器無遷移,其差壓范圍為0~gh
b.如圖(b)所示的測量方法,即零液位在法蘭口以上,則變送器有正遷移,其差壓范圍為h0g~g(H+h0)
2.單法蘭差變送測密閉容器的液位。


此類液位測量系統(tǒng)其負壓側(cè)必須充滿與被測介質(zhì)相同〔也可不同〕的冷凝液。
如圖(c)所示,當液位為零時P+=P0 P-=ρgH1 +P0 其差壓為P1=P+-P-=-ρgH1
當液位為100%時,P+=ρgH+P0 P-=ρgH1 +P0
其差壓為 P2 =P+-P-=ρgH-ρgH1
所以該變送器的差壓范圍為-ρgH1 ~ρgH
如圖(d )所示,液位零點在法蘭口以上h0處,即當液位為零時,P+=ρgh0+P0 P-=-ρgH1
其差壓為:P1=P+-P-=ρgh0-ρgH1 =ρg(h0-H1)
當液位為100%時,P+ =ρg(H+h0)+P0 P-=ρgH1 +P0
此時差壓為,P2=P+-P-=ρg(H+h0)-ρgH1 =g(h+h0-H1)
該變送器差壓范圍為:ρg(h0-H1)~ ρg(h+h0-H1)

二.雙法蘭差壓變送器液液位。


此類變送器測密閉容器的液位,如圖(e)所示,液位零與下法蘭口平齊,液位上限與上法蘭口平齊
當液位為零時:P+=P0 (氣相壓力〕P-=ρ0 gH+ρ0
其差壓為:P1=P+-P-=-ρ0 gH
當液位為100%時,P+ρ gH+ρ0 P-=ρ0 gH+ρ0
其差壓為:P2=P+-P-=ρgH=gH(ρ-ρ0 〕
如圖(f )所示,零液位在下法蘭口之上h0處,
當液位為零時,P+=ρgh0+ρ0 P-=ρ0 gH+ρ0
其差壓為:P1=P+-P-=ρgh0-ρ0 gH
當液位為100%時,P+= g(H1+h0)+0 =gH+0 P-=0 gH+0
其差壓為:P2=P+-P-=ρgH-ρ0 gH=gH(ρ-ρ0 〕
所以該變送器差壓范圍為:(ρgh0-ρ0 gH〕~gH(ρ-ρ0 〕

注:此類測量方法,當上下法蘭位置確定后變送器的安裝位置與差壓范圍無關(guān)。
三. 利用差壓變送器測量液位。
1,測敝口容器的液位


如圖(g)所示,當液位為零時,P+=P0 P-=P0
當液位為100%時,P+=ρgH+P0 P-=P0 P1=0 P2=P+-P-=ρgH
所以差壓變送器的差壓范圍為:0~ρgH

如圖(h)所示,當液位為零時,P+=ρ gh0+P0 P-=P0 差壓 P1=P+-P-=ρgh0
當液位為100%時,P+=g(h0+H)+P0 P-=P0 差壓 P2=P+-P-=ρg(h0+H〕
所以差壓變送器的差壓范圍為:ρgh0~ρg(h0+H)

2 測密閉容器的液位


利用差壓變送器測密閉容器的液位時,其負壓側(cè)一般為與所測介質(zhì)相同的冷凝液。
如圖(i)所示,當液位為零時,P+=P氣 P-=P氣+ρgH 差壓為P1=P+-P-=-ρgH
當液位為100%時,P+=ρgH+P氣 P-=P氣+ρgH 差壓為P2=P+-P-=0
所以,該變送器的差壓的范圍為:-ρgH~0
如圖(j)所示,當液位為零時,P+=P氣 +ρgh0 P-=P氣+ρg (H+h0)
差壓為P1=P+-P-=ρgh0 -ρg (H+h0)=-ρgH
當液位為100%時,P+=ρg(H+h0)+P氣 P-=P氣+ρg (H+h0)
差壓為P2=P+-P-=0
這也充分證實了只要上下取壓點確定以后,變送器的安裝位置與變送器的差壓范圍無關(guān)。
注:變送器只能安裝在下取壓點以下任意位置。
四. 差壓計算過程中的單位確定.
介質(zhì)密度單位為kg/m3,重力加速度單位m/s2液位高度單位為米(m)
所以:ρghH=kg/m3×m/s2×m=kg/m2.m/s2=kg.m/s2×1/m2=N/m2=Pa
如果給出其它單位制,應(yīng)轉(zhuǎn)化為標準計量單位制.
五 雙法蘭差壓變送器的校驗方法
設(shè)雙法蘭差壓變送器的差壓范圍為-A~B
1,利用一套定值器校驗
a,兩法蘭面在同一個水平面上。
利用一套定值器,別將變送器的兩個膜盒加信號,
即:將-A~B等分為五等份,分別使變送器感受這五個差壓值,觀察變送器的輸出是否符合要求,如果超差,應(yīng)進行相應(yīng)的技術(shù)調(diào)整。
b,將負壓側(cè)法蘭掛起一高度,使上法蘭間距與現(xiàn)實際相同


向變送器加的信號為實際液位變化范圍所產(chǎn)生的差壓值即0~ρgH
如果所測位零點在下法蘭以上h0處,則此時所加的信號范圍為ρgh0~ρg (H+h0)
2,用兩套定值器校驗
首先,將變送器的兩個法蘭面在同一水平線上,用兩套定值器分別在兩個法蘭上加信號,其中,在負壓側(cè)加的信號為-A,固定不動。然后在正壓室加信號,為0~B+A,所對應(yīng)的輸出信號為4~20mA
   

 

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