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常熟市常阳仪表科技有限公司
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单回路波动的分析
日期：2024-05-05 21:22
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摘要：
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**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,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**、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:**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. 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:**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。
*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**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**作不当等。
*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,在品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20mm,膜头有效面积280cm2,阀摩擦力30Kgf。在常压下校验此阀,问达到什么程度,投运后才能正常工作？
解：（1）校行程。即输入20～100KPa,使输出为40～200KPa,阀走完全行程20mm。
（2）校验启动压力（流开型）
Po= （△P×πr2+F摩+Fe）/Ae
=（300×π（0.4×0.4）＋30＋280×0.05）/280
=70Kpa
式中的Fe为阀座的压紧力,一般取Fe=0.05Ae
求出启动值后,按下法调校：
（1）输入信号20～100KPa,调整定位器零点,使输出为零（40KPa）
（2）压缩弹簧,输入从20KPa 缓慢增加,直到输出为70KPa,阀门开始启动为止。
*四节 联锁报警系统中有关各种仪表的校验维护注意事项
1、变送器、传感器、热电偶（阻）类仪表
在联锁报警系统中,现场变送器、传感器、热电偶（阻）把工艺参数转换为模拟电信号送入DCS系统,在DCS系统中利用顺控功能实现联锁保护及报警,所以在维护这类仪表时必须做好以下几方面的工作：
a、办理联锁切除工作票,让调度及工艺人员了解情况。
b、在CRT上切除现有相应联锁。
c、熟悉了解所维护的仪表与其它调节系统之间的关系,防止误动作。
d、在CRT上把所维护的仪表打成MAN和CAL状态。
e、对现场仪表进行维修校验。
f、校验维护完毕,观察和比较K5值正常后,在CRT上解除CAL状态,调节系统置AUT。
g、经观察参数正常无误后,办理联锁投用票,投运联锁。
2、压力开关和浮球类仪表
在校验维护现场压力开关和浮球开关时,按以下步骤进行：
a、办理联锁切除工作票。
b、在CRT上切除相应联锁。
c、对现场开关进行校验维护。
d、经检查确认无误后,办理联锁投运票,在CRT上投运联锁。
3、联锁电磁阀的检查维护
联锁电磁阀分为常带电和常不带电。
a、常带电电磁阀
在检查维护这类电磁阀时,由于电磁阀常带电,所以,电磁阀有温升现象,用手感觉即知。如果温升严重,说明电磁阀线圈部分有故障,需及时更换,在更换电磁阀时确保阀门处于**位置。
b、常不带电的电磁阀
在维护这类电磁阀时,线路及线圈部分出现问题不易被发现,必须进行实际测量
测试时包括线路通断、绝缘测试,在测试时确保阀门处于**位置。
4、无联锁切投开关的联锁系统的维护
无论是输入信号采取“硬措施”还是对动作侧采取“硬措施”首先要熟悉联锁原理,工作时要小心翼翼,丝毫不能马虎！
没有联锁切投开关的联锁系统为防止误动作,现场要采取“硬措施”如电磁阀插销子,调节阀手轮限位或固定阀杆；电机置MAN位置,或在输入信号侧采取“硬措施”例如：根据常开或常闭触点用短路后开路方法,然后再进行维护。
*五节 法兰式变送器的正确使用及校验
用变送器测量液位的方法
一.单法兰测液位。
1.单法兰测敝口容器的液位。
a.如图(a)所示的测量方法，即零液位与法兰平齐则该变送器无迁移，其差压范围为0~gh
b.如图(b)所示的测量方法,即零液位在法兰口以上，则变送器有正迁移，其差压范围为h0g~g(H+h0)
2.单法兰差变送测密闭容器的液位。
此类液位测量系统其负压侧必须充满与被测介质相同〔也可不同〕的冷凝液。
如图(c)所示，当液位为零时P+=P0 P-=ρgH1 +P0 其差压为P1＝P＋－P－＝－ρgH1
当液位为100％时，P＋＝ρgH+P0 P－=ρgH1 +P0
其差压为 P2 ＝P＋－P－＝ρgH－ρgH1
所以该变送器的差压范围为－ρgH1 ~ρgH
如图(d )所示，液位零点在法兰口以上h0处，即当液位为零时，P＋=ρgh0+P0 P－＝－ρgH1
其差压为：P1＝P＋－P－＝ρgh0－ρgH1 =ρg(h0-H1)
当液位为100％时，P＋ =ρg(H+h0)+P0 P－＝ρgH1 +P0
此时差压为，P2＝P＋－P－=ρg(H+h0)－ρgH1 =g(h+h0－H1)
该变送器差压范围为：ρg(h0－H1)~ ρg(h+h0－H1)
二.双法兰差压变送器液液位。
此类变送器测密闭容器的液位，如图(e)所示，液位零与下法兰口平齐，液位上限与上法兰口平齐
当液位为零时：P＋＝P0 （气相压力〕P－＝ρ0 gH＋ρ0
其差压为：P1＝P＋－P－＝－ρ0 gH
当液位为100％时，P＋ρ gH＋ρ0 P－＝ρ0 gH＋ρ0
其差压为：P2＝P＋－P－=ρgH＝gH（ρ－ρ0 〕
如图(f )所示，零液位在下法兰口之上h0处，
当液位为零时，P＋＝ρgh0＋ρ0 P－＝ρ0 gH＋ρ0
其差压为：P1＝P＋－P－＝ρgh0－ρ0 gH
当液位为100％时，P＋＝ g（H1＋h0)＋0 ＝gH＋0 P－＝0 gH＋0
其差压为：P2＝P＋－P－=ρgH－ρ0 gH=gH（ρ－ρ0 〕
所以该变送器差压范围为：（ρgh0－ρ0 gH〕~gH（ρ－ρ0 〕
注：此类测量方法，当上下法兰位置确定后变送器的安装位置与差压范围无关。
三. 利用差压变送器测量液位。
1,测敝口容器的液位
如图(g)所示,当液位为零时,P＋=P0 P－=P0
当液位为100%时,P＋=ρgH＋P0 P－=P0 P1＝0 P2＝P＋－P－=ρgH
所以差压变送器的差压范围为：0~ρgH
如图(h)所示,当液位为零时,P＋=ρ gh0＋P0 P－=P0 差压 P1＝P＋－P－=ρgh0
当液位为100%时,P＋=g（h0＋H)＋P0 P－=P0 差压 P2＝P＋－P－=ρg（h0＋H〕
所以差压变送器的差压范围为：ρgh0~ρg（h0＋H)
2 测密闭容器的液位
利用差压变送器测密闭容器的液位时，其负压侧一般为与所测介质相同的冷凝液。
如图(i)所示，当液位为零时，P＋=P气 P－=P气＋ρgH 差压为P1＝P＋－P－=－ρgH
当液位为100%时,P＋=ρgH＋P气 P－=P气＋ρgH 差压为P2＝P＋－P－=0
所以，该变送器的差压的范围为：－ρgH~0
如图(j)所示，当液位为零时，P＋=P气 ＋ρgh0 P－=P气＋ρg （H＋h0)
差压为P1＝P＋－P－=ρgh0 －ρg （H＋h0)=－ρgH
当液位为100%时,P＋=ρg（H＋h0)＋P气 P－=P气＋ρg （H＋h0)
差压为P2＝P＋－P－=0
这也充分证实了只要上下取压点确定以后，变送器的安装位置与变送器的差压范围无关。
注：变送器只能安装在下取压点以下任意位置。
四. 差压计算过程中的单位确定.
介质密度单位为kg/m3,重力加速度单位m/s2液位高度单位为米(m)
所以:ρghH=kg/m3×m/s2×m=kg/m2．m/s2=kg．m/s2×1/m2=N/m2=Pa
如果给出其它单位制,应转化为标准计量单位制.
五 双法兰差压变送器的校验方法
设双法兰差压变送器的差压范围为－A~B
1,利用一套定值器校验
a,两法兰面在同一个水平面上。
利用一套定值器，别将变送器的两个膜盒加信号，
即：将－A~B等分为五等份，分别使变送器感受这五个差压值，观察变送器的输出是否符合要求，如果超差，应进行相应的技术调整。
b,将负压侧法兰挂起一高度，使上法兰间距与现实际相同
向变送器加的信号为实际液位变化范围所产生的差压值即0~ρgH
如果所测位零点在下法兰以上h0处，则此时所加的信号范围为ρgh0~ρg （H＋h0)
2，用两套定值器校验
首先，将变送器的两个法兰面在同一水平线上，用两套定值器分别在两个法兰上加信号，其中，在负压侧加的信号为－A，固定不动。然后在正压室加信号，为0~B＋A，所对应的输出信号为4~20mA
