上海喬嶺儀器儀表有限公司

     幾年(nián)前，美(měi)國(guó)一(yī)家(jiā)主÷要(yào)的(de)液體(tǐ)管道(dào)公司改造了(le)其現(xiàn)有(yǒu)的(de)一(yī)條成品油管道(dào)。該管道(dào)為(wèi)該路(lù)線上(shà÷ng)的(de)許多(duō)發展中城(chéng)市(shì)以及兩個(gè)軍事(shì)基地(dì)提供了(le)主要(yào)的(de)汽油，₽噴氣和(hé)柴油供應。該項目旨在提高(gāo)吞吐量和(hé)可(kě)靠性。

    用(yòng)于生(shēng)産線的(de)現(xiàn)有(yǒu)控制(zhì)閥是(shì)球↓型，減速口，舊(jiù)式電(diàn)液執行(xíng)機(jī)構已經過時(shí)。這(zhè)些(xiē)執行(xíng)機(jī)構由于部件(jiàn)可(kě)用(y×òng)性而難以維護，并且易于發生(shēng)外(wài)部液壓洩漏。如(rú)果液壓油到(dào)達地(dì)面，這(zhè)種洩漏将成為(wèi)現(xiàn)場(chǎ<ng)可(kě)記錄的(de)事(shì)故。在改造項目的(de)早期做(zuò)出決定，為(wèi)整個(g™è)項目購(gòu)買新的(de)控制(zhì)閥和(hé)執行(xíng)機(jī)構。較新型的(de)節流電(diàn)動執行(xín​g)機(jī)構符合項目要(yào)求。原因如(rú)下(xià)：

    應用(yòng)：

    控制(zhì)閥所需的(de)應用(yòng)包括泵的(de)背壓控制(zhì)，站(zhàn)入口λ壓力控制(zhì)（由于某些(xiē)站(zhàn)之間(jiān)的(de)高(gāo)度變化(huà)而需要(yào)）和(hé)罐輸送壓力控制(¥zhì)。這(zhè)些(xiē)應用(yòng)被确定為(wèi)失效 - 很(hěn)後作(zuò)為(wèi)執行(x∑íng)機(jī)構的(de)期望失效動作(zuò)（4-20mA DC控制(zhì)信号的(de)損失或功率損失）。行(xíng)程時(shí)間(jiān)要(yào)求€是(shì)每英寸控制(zhì)閥标稱孔徑的(de)3-5秒(miǎo)。選擇的(de)控制(zhì)閥對(>duì)于較小(xiǎo)的(de)球閥，其所需的(de)運行(xíng)扭矩範圍為(wèi)52,000英寸 - 磅（in-lbs）（5,875 Nm），對(duì)于較大(dà)←的(de)重型球閥，其所需的(de)運行(xíng)扭矩範圍超過115,000 in-lbs（12,993 Nm）。

    技(jì)術(shù)考慮：

    項目團隊考慮了(le)兩種不(bù)同類型的(de)驅動技(jì)術(shù)：∞現(xiàn)代電(diàn)液執行(xíng)機(jī)構和(hé)節流電(diàn)動執行(xíng)機(jī)構。因為(w≈èi)它們曾在過去(qù)使用(yòng)過，所以項目團隊很(hěn)初傾向于使用(yòng)電(diàn)液執行(xíng)機(jī)構。然而，基于所需的(de)緻動器(qì)的(de)數≤(shù)量和(hé)由此産生(shēng)的(de)成本節省，選擇節流電(diàn)動緻動器(qì)£被。

    安裝和(hé)啓動：

    現(xiàn)場(chǎng)節流電(diàn)動執行(xíng)機(jī)構∑的(de)初始安裝和(hé)設置順利進行(xíng)，部分(fēn)原因是(shì)現(xiàn)場(chǎng)技(jì)術(shù)人(rén)員(yuán)已熟悉該技(jì)術(shù∏) - 多(duō)個(gè)電(diàn)動閥（MOV）已在同一(yī)管道(dào)上(shàng)下(x>ià)安裝。除了(le)4-20 mA DC控制(zhì)（與離(lí)散開(kāi)/關控制(zhì)信号相(xiàng)反）之外(wài)，标準MOV和(hé)節流電(diàn)動執行(xí©ng)機(jī)構之間(jiān)的(de)連接是(shì)相(xiàng)同的(de)。

    一(yī)切都(dōu)順利運行(xíng)，直到(dào)管道(dào)啓動。在啓動幾周後，電(diàn)機(jī®)熱(rè)量開(kāi)始在一(yī)半的(de)執行(xíng)機(jī)構上(shàng)跳(tiào)閘。由于這(zhè)不∑(bù)是(shì)一(yī)個(gè)理(lǐ)想的(de)結果，因此開(kāi)始進行(xíng)調查。

    啓動發現(xiàn)：

    執行(xíng)機(jī)構跳(tiào)閘電(diàn)機(jī)熱(rè)量的(de)設定值在一(yī)小(xiǎo)時(shí)內(nèi)變化(huà)超ε過3,600次（執行(xíng)機(jī)構額定值的(de)兩倍）。這(zhè)是(shì)由于幾個(gè↔)因素，包括：

    比例 - 積分(fēn) - 微(wēi)分(fēn)（PID）控制(zhì)方案；

    管道(dào)系統響應時(shí)間(jiān)；

    使用(yòng)嚴重的(de)服務控制(zhì)閥的(de)特殊性；

    控制(zhì)系統的(de)初始設置是(shì)每20毫秒(miǎo)需要(yào)時(shí)監控和(hé)更改設定值。節流電(♠diàn)動執行(xíng)機(jī)構無法跟上(shàng)設定值的(de)變化(huà)，這(zhè)意味著(zhe)執行(xíng)器(qì)不(bΩù)斷尋找其設定值，從(cóng)而導緻過熱(rè)。

    由于泵站(zhàn)之間(jiān)的(de)距離(lí)超過100英裡(lǐ)，因此管道(dào)需要(∑yào)時(shí)間(jiān)來(lái)穩定過程變化(huà)。控制(zhì)方案必須考慮這(zhè)一(yī)現(xiàn)實。客戶收集數(shù)據點并确定不(bù)♠同管道(dào)運行(xíng)的(de)過程需要(yào)4-7秒(miǎo)，以使管道(dào)從(cóng)設定點變化(huà)穩定（在圖1中稱為(€wèi)DT）。一(yī)旦控制(zhì)閥發生(shēng)設定值變化(huà)，管道(dào)就(jiù)會(huì)像小(↕xiǎo)的(de)階梯變化(huà)那(nà)樣在降級的(de)正弦波上(shàng)作(zuò)出反應，幅度為(wèi)3-6 psig。

    使用(yòng)的(de)嚴重服務控制(zhì)閥的(de)特殊雙曲線特性也(yě)提 出了(le)PID挑戰。

    圖比較了(le)雙曲線Cv曲線與等百分(fēn)比（EQ％）曲線和(hé)線性曲γ線。

    解：

    考慮到(dào)新發現(xiàn)的(de)信息，确定了(le)控制(zhì)ε方案中的(de)變化(huà)。 個(gè)變化(huà)涉及進行(xíng)100次原始壓力掃描并在确定的(de)DT時(shí)間(jiān)段內(nèi)對(duì)它們求平均值。這(zhè¶)個(gè)新的(de)時(shí)間(jiān)加權和(hé)平均壓力讀(dú)數(shù)用(yòng)于确定管道(dào)是(shì)否在其所需的(de)壓力設定點內(nèi)&運行(xíng)。

    第二個(gè)變化(huà)是(shì)對(duì)雙曲線控制(zhì)閥的(de)軟件(jiàn)行(xíng)程限制(zhì)，以保持閥門(mén)的(de)運動↕實際上(shàng)對(duì)過程壓力産生(shēng)影(yǐng)響的(de)範圍（圖2）。

    控制(zhì)方案的(de)很(hěn)後一(yī)個(gè)挑戰是(shì)站(zhàn)點出口以很(h✔ěn)大(dà)允許工(gōng)作(zuò)壓力（MAWP）運行(xíng)。每14.7 psi的(de)壓力消耗相(xiàng)當于管道(dào)成本的(de)8$％。

    為(wèi)了(le)保持管道(dào)的(de)設計(jì)參數(shù)，我們決定當工(gōng)作(zuò)站(zhàn )的(de)出口達到(dào)MAWP時(shí)，控制(zhì)系統會(huì)将控制(zhì)閥設定值δ降低(dī)到(dào)低(dī)于MAWP 2 psig（圖3）。

    結果：

    PID控制(zhì)方案的(de)改變意味著(zhe)管道(dào)操作(zuò)員(yuεán)可(kě)以在壓力控制(zhì)上(shàng)以0.5％的(de)精度運行(xíng)管道(dào)，這(zhè)φ遠(yuǎn)遠(yuǎn)優于舊(jiù)式電(diàn)液執行(xíng)機(jī)構。該過程從(cóng)每小(xiǎo)時(shí)3,600次設定值變化(huà)變為(wèi)30次，從 (cóng)而消除了(le)執行(xíng)機(jī)構的(de)過熱(rè)。同時(shí)，到(dào)目前為(wèi)止，緻動器(qì)的(de)維護更具成φ本效益，幾乎消失。

    鑒于在 個(gè)項目中實現(xiàn)了(le)成本節約和(hé)性能(néng)，節'流電(diàn)動執行(xíng)機(jī)構已成為(wèi)參與此案例研究的(de)管道(dào)公司的(de)新标準。

    結論：

    電(diàn)動節流執行(xíng)機(jī)構是(shì)許多(duō)成功的(de)過程控制(zhì)環境的(de)一(¶yī)部分(fēn)。如(rú)果使用(yòng)得(de)當，并且在失效時(shí)可(kě)以接受失效電(diàn)源，節流電(diàn)動執行(xín↕g)器(qì)可(kě)以為(wèi)新項目節省大(dà)量成本。

    建議(yì)：

    以下(xià)是(shì)對(duì)液體(tǐ)管道(dào)控制(zhì)閥節流電(diàn)動執行(xíng)機(jī)構的(de)建議(yì)：

    沒有(yǒu)執行(xíng)機(jī)構的(de)行(xíng)程應超過15秒(miǎo)。一(yī)個(gè)好(hǎo)的(de)經驗法則是(shì )每個(gè)标稱閥門(mén)尺寸（英寸）3-6秒(miǎo)。

    确保控制(zhì)閥運行(xíng)轉矩基于節流的(de)條件(jiàn)是(shì)已知(zhī)的(de); 這(zhè)些(xiē)很(hěn)容易超過閥門(mén₽)斷裂扭矩。執行(xíng)機(jī)構尺寸必須考慮到(dào)這(zhè)一(yī)點。

    當用(yòng)于節流球閥時(shí)，應選擇具有(yǒu)慷慨 系數(shù)的(de)執行(xíng)≈機(jī)構。随著(zhe)節流球閥随著(zhe)時(shí)間(jiān)的(de)推移而磨損，特别是(shì)在非潤滑精制(zhì)産品線中，閥門(mén)扭矩将增✔加。執行(xíng)機(jī)構尺寸應考慮到(dào)這(zhè)一(yī)點。

    确保任何PID控制(zhì)方案都(dōu)考慮了(le)管道(dào)的(de)反應時(shí)間(jiān)。