閥位變送器如何提高關(guān)鍵隔離閥的可靠性

閥位變送器如何提高關(guān)鍵隔離閥的可靠性

在現(xiàn)代化工廠中，隔離閥作為關(guān)鍵的安全設(shè)備之一，其性能直接影響到生產(chǎn)效率和作業(yè)安全。SIL 2 級(jí)位置變送器為關(guān)鍵過(guò)程工業(yè)應(yīng)用中的隔離閥增加診斷和性能監(jiān)控功能提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。

自動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)閥遍布大多數(shù)工藝設(shè)備，用于阻止反應(yīng)物流動(dòng)、隔離和保護(hù)設(shè)備、轉(zhuǎn)移工藝介質(zhì)并執(zhí)行其他功能。其中許多任務(wù)對(duì)工藝操作至關(guān)重要，有些還是保護(hù)工廠人員和設(shè)備的安全關(guān)閉系統(tǒng)的一部分。

傳統(tǒng)限位開(kāi)關(guān)的局限性

隔離閥通常配有開(kāi)閉限位開(kāi)關(guān)，以提供閥門(mén)位置反饋。遺憾的是，開(kāi)關(guān)的開(kāi)/關(guān)特性嚴(yán)重限制了診斷閥門(mén)性能的能力，因此閥門(mén)的性能下降可能會(huì)被忽視，直到發(fā)生故障。這種故障可能會(huì)對(duì)過(guò)程造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。

支持 HART 的位置變送器為這一問(wèn)題提供了經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。這些變送器易于校準(zhǔn)，有些還采用了成熟的無(wú)鏈接設(shè)計(jì)。它們還具有更高的可靠性、SIL 2功能和閥門(mén)診斷功能——這通常是關(guān)鍵隔離閥應(yīng)用所需要的。

圖 1：典型的開(kāi)/關(guān)隔離閥采用開(kāi)/關(guān)限位開(kāi)關(guān)組件來(lái)指示閥門(mén)位置。這對(duì)于非關(guān)鍵應(yīng)用非常有效，但位置信號(hào)的開(kāi)/關(guān)性質(zhì)限制了診斷能力。

限位開(kāi)關(guān)的局限性

雖然自動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)閥的設(shè)計(jì)和功能都很簡(jiǎn)單，但它卻能為工藝設(shè)備提供重要的服務(wù)?？刂崎y可以調(diào)節(jié)工藝流程本身，而隔離閥的作用則是停止反應(yīng)物流動(dòng)、保護(hù)設(shè)備以及引導(dǎo)分子篩、變壓吸收器、反應(yīng)器夾套和其他工藝設(shè)備周?chē)墓に嚵鞒獭?/p>

長(zhǎng)期以來(lái)，這些閥門(mén)都配備有用于指示閥門(mén)位置的打開(kāi)和關(guān)閉限位開(kāi)關(guān)（圖 1）。這種方法成本低廉，在很多情況下都能很好地發(fā)揮作用，但也有其局限性，可能會(huì)給關(guān)鍵閥門(mén)的應(yīng)用帶來(lái)問(wèn)題。

診斷能力有限： 開(kāi)/關(guān)開(kāi)關(guān)指示總位置，但由于缺乏與位置成比例的連續(xù)模擬信號(hào)，限制了采用任何有意義的診斷方法的能力，因此故障可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)被忽視。在限位開(kāi)關(guān)被觸發(fā)并失靈之前，我們無(wú)法得知其是否存在問(wèn)題。根據(jù)限位開(kāi)關(guān)的設(shè)置方式，閥門(mén)可能會(huì)出現(xiàn)粘滯或部分行程，這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)無(wú)法達(dá)到全行程，但位置開(kāi)關(guān)仍然會(huì)錯(cuò)誤地顯示閥門(mén)正在按預(yù)期工作。

安裝復(fù)雜 ：隔離閥通常為往復(fù)式（閥軸上下移動(dòng)）或旋轉(zhuǎn)式（閥軸旋轉(zhuǎn)）。要驅(qū)動(dòng)限位開(kāi)關(guān)，必須使用某種機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置來(lái)感知軸的運(yùn)動(dòng)，并將其轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)閥門(mén)的物理結(jié)構(gòu)，這些聯(lián)動(dòng)裝置可能比較復(fù)雜，而且難以設(shè)置和維護(hù)。

易出錯(cuò)： 隨著聯(lián)動(dòng)裝置的磨損和打滑，它們還容易出錯(cuò)或完全失靈。在高循環(huán)或過(guò)度振動(dòng)的應(yīng)用中，過(guò)早失效尤其常見(jiàn)。

更好的替代方案

與限位開(kāi)關(guān)相比，位置變送器（圖 2）具有固有的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗茉谡麄€(gè)閥門(mén)沖程中提供連續(xù)的位置指示。如果閥門(mén)未能到達(dá)行程終點(diǎn)或在過(guò)渡過(guò)程中懸掛/粘連，位置信號(hào)會(huì)立即顯示出來(lái)。此外，變送器本身的故障也會(huì)立即被檢測(cè)到，一旦失去連續(xù)信號(hào)，就會(huì)立即標(biāo)記進(jìn)行維修。

圖 2：對(duì)于關(guān)鍵的隔離閥應(yīng)用，閥門(mén)位置變送器（圖中為 Fisher FIELDVUE 4400）可大大提高可靠性，因?yàn)樵撛O(shè)備可連續(xù)傳輸閥門(mén)位置，同時(shí)提供大量診斷數(shù)據(jù)。

所有這些特點(diǎn)都大大提高了設(shè)備的可靠性，使其達(dá)到了 SIL 2 等級(jí)。位置變送器還包括限位開(kāi)關(guān)輸出，因此可以改裝到現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)電路中，同時(shí)利用閥門(mén)位置信息。

這種新設(shè)計(jì)還解決了困擾限位開(kāi)關(guān)的機(jī)械聯(lián)動(dòng)問(wèn)題。這種設(shè)計(jì)采用了完全無(wú)聯(lián)動(dòng)、非接觸式磁性組件，而不是機(jī)械聯(lián)動(dòng)，其霍爾效應(yīng)傳感器在超過(guò)20年的200萬(wàn)次定位器應(yīng)用中證明非?？煽浚▓D 3）。某些限位開(kāi)關(guān)還具有視覺(jué)指示功能，使技術(shù)人員能夠在現(xiàn)場(chǎng)看到閥門(mén)位置。例如，費(fèi)希爾 FIELDVUE 4400在旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中也具有此功能，同時(shí)仍保持完全無(wú)連桿設(shè)計(jì)。

圖 3：新型閥門(mén)位置變送器采用無(wú)聯(lián)動(dòng)磁反饋組件，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，易于安裝和校準(zhǔn)。這些設(shè)計(jì)適用于j角行程（左）或直行程（右）閥門(mén)設(shè)計(jì)。

校準(zhǔn)簡(jiǎn)單快捷，用戶(hù)只需將閥門(mén)移動(dòng)到行程終點(diǎn)位置，然后按下歸零和量程按鈕即可。該設(shè)備還采用了HART 通信技術(shù)，可以訪問(wèn)大量更先進(jìn)的診斷數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)和設(shè)置。

應(yīng)用案例

現(xiàn)代位置變送器非常適合一些關(guān)鍵閥門(mén)應(yīng)用，而這些應(yīng)用在歷史上一直使用限位開(kāi)關(guān)。常見(jiàn)應(yīng)用包括：

化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)料關(guān)斷閥 ：閥門(mén)位置變送器的更高可靠性和可用診斷功能使關(guān)閉閥組件具有更高的 SIL 等級(jí)和/或延長(zhǎng)測(cè)試間隔。位置信息還能實(shí)時(shí)測(cè)量閥門(mén)行程，并在閥門(mén)開(kāi)始堵塞或粘連時(shí)顯示出來(lái)。

變壓吸附閥 ：變壓吸附裝置依靠快速作用、緊密關(guān)閉的閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)和保持性能。閥門(mén)移動(dòng)緩慢或泄漏會(huì)對(duì)效率和生產(chǎn)造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。閥門(mén)定位器一直用于閥門(mén)診斷和位置監(jiān)控，但閥門(mén)位置變送器能以大幅降低的成本實(shí)現(xiàn)相同的功能。在這種高循環(huán)應(yīng)用中，與限位開(kāi)關(guān)相比，無(wú)連桿設(shè)計(jì)大大提高了可靠性。

礦壓氧化隔離閥 ：采礦業(yè)經(jīng)常使用高壓、高溫容器從礦石中提取貴金屬和礦物。這種工藝對(duì)設(shè)備的要求很高，會(huì)侵蝕和腐蝕控制閥，并在設(shè)備運(yùn)行期間造成高壓和高溫暴露問(wèn)題。在設(shè)備停機(jī)或發(fā)生故障時(shí)，必須使用速動(dòng)隔離閥來(lái)控制工藝流程。改進(jìn)隔離閥的診斷功能，可及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，或提醒操作員閥門(mén)開(kāi)始粘滯或懸掛。

蒸汽發(fā)生器關(guān)閉閥 ：鍋爐通常會(huì)使用一些對(duì)運(yùn)行至關(guān)重要的隔離閥。燃料組上的關(guān)斷閥、汽包周?chē)?a target="_blank" >排氣閥和排水閥以及空氣風(fēng)門(mén)閥門(mén)都能受益于閥門(mén)位置變送器提供的先進(jìn)診斷功能、更高的 SIL 等級(jí)和可靠性。在位置變送器包括限位開(kāi)關(guān)輸出的裝置中，這些變送器可以很容易地集成到現(xiàn)有的安全系統(tǒng)中。

結(jié)論

包含無(wú)聯(lián)動(dòng)傳感器和集成限位開(kāi)關(guān)輸出的位置變送器為提升現(xiàn)有隔離閥組件的可靠性和 SIL 等級(jí)提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。由于消除了機(jī)械聯(lián)動(dòng)，閥門(mén)不易受到振動(dòng)損壞，安裝和校準(zhǔn)也大大簡(jiǎn)化。

支持 HART 的信號(hào)可提供高水平的診斷功能，使工廠能夠監(jiān)控周期計(jì)數(shù)、沖程時(shí)間、閥門(mén)行程以及標(biāo)準(zhǔn)限位開(kāi)關(guān)套件無(wú)法提供的其他參數(shù)。最重要的是，變送器允許操作和維護(hù)人員檢測(cè)正在出現(xiàn)的閥門(mén)問(wèn)題，然后在發(fā)生徹底故障之前主動(dòng)計(jì)劃并解決這些問(wèn)題。

如果正面臨隔離閥可靠性的問(wèn)題，變送器可在角行程或直行程執(zhí)行器上工作，同時(shí)包含一個(gè)連續(xù)模擬信號(hào)和兩個(gè)數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)，因此可以輕松地將設(shè)備改裝到安裝了一組限位開(kāi)關(guān)的大多數(shù)應(yīng)用中。