磨損和出現(xiàn)撕裂是控制閥工作期間出現(xiàn)的正常現(xiàn)象， 因此需要定期檢修。 通常， 許多工廠都會每年或者兩到三年停一次工。

所有的控制閥都會被拆卸下來檢查閥體內諸如閥芯、 閥座環(huán)之類的零件是否出現(xiàn)損壞或異常的跡象。 劣化的零件將被更換。 這是一項繁雜耗時的工作， 而當這項工作完成的時候， 許多閥門也許又根本不需要維修。 因此， 如果能夠在早期不拆卸閥門的情況下診斷出需要維修的閥門， 那么企業(yè)將獲得很好的經(jīng)濟效益。

圖 1 FlowScanner 6000

第一部便攜式控制閥診斷系統(tǒng)于 1990 年問世。 這部系統(tǒng)名叫FlowScanner， 能對氣動控制閥及其附件進行診斷。

此系統(tǒng)在工業(yè)中被廣泛用于診斷關鍵閥門。 盡管 FlowScanner流動掃描器診斷功能強大， 但需要專家人員花費一定的時間來安裝、運行系統(tǒng)并解釋診斷結果， 診斷也通常在過程停工的時候進行。 于1994 年問世的第一臺數(shù)字式閥門控制器( HART 協(xié)議) 給診斷工作帶來了變化。 數(shù)字式閥門控制器與FlowScanner 不同， 它直接安裝在閥門上并含有行程和壓力傳感器。

圖 2 階躍響應診斷

因此， 利用數(shù)字式閥門控制器進行診斷工作不需要花費安裝時間。 對控制閥的診斷工作通常被限定在離線狀態(tài)或一些帶有在線報警的停工狀態(tài)下進行。

一個好的控制閥

控制閥作為終端控制元件，其性能的好壞對過程有著直接影響。 過程回路可通過采用先進的過程控制和實時優(yōu)化技術加以改善。 然而， 所有的潛能只有在終端控制元件性能優(yōu)化以后才能得以變?yōu)楝F(xiàn)實。 性能差的閥門將導致差的過程回路。 為保證閥門按照預定性能工作， 以下幾項措施應得到考慮。 首先， 應正確選擇符合特定過程要求的尺寸合適的閥門; 其次， 定位器必須 控 制 快 速、準 確; 最 后，定位器和閥門應正確安裝和校準。

圖 3 閥門信號： 圖

離線診斷控制閥性能

在試車過程中， 閥門 / 定位器組件應適當調整保證穩(wěn)定性和響應性性。 階躍響應診斷常用于檢測閥門組件的動態(tài)響應特性。

對于要求控制閥開 / 關速度嚴格的場合， 此項診斷還可以檢測閥門開 / 關所需時間。 典型階躍響應診斷如圖 2 所示， 圖中曲線分別為氣源壓力( 綠線)，設定值( 藍線) 和實際閥門響應值( 紅線)。

圖 4 閥門信號： 分析

氣源壓力曲線表示閥門向靠近設定值方向動作時需要的壓力， 這樣就可診斷出閥門可能的低氣源壓力的故障。

另外一個診斷是圖 3 所示的閥門信號診斷。 外側兩條曲線之間的差距表示閥門摩擦力， 各曲線平滑漸變表示閥門行程平滑。 除摩擦力以外， 圖中還包含了校準問題， 閥門和執(zhí)行機構安裝的不正確、 控制閥尺寸不當、 閥座完整性、 關閉作用力、 閥門粘著、 氣源壓力問題、 填料函摩擦力過大和門行程不徹底等信息。 諸如閥座載荷， 所需閥座載荷， 平均摩擦力和動態(tài)誤差區(qū)等控制閥特性的匯總信息列在了“ Analyzed” 表中。

這些診斷可以幫助診斷過程中的潛在問題， 同時對控制閥的性能做出初步診斷

維持控制閥性能： 在線診斷

通常， 許多工廠都會每年或者兩年停一次工。 然而如前所述，競爭的市場促使許多過程企業(yè)將設備檢修時間間隔延長為 5 年或更長， 因此在過程運轉期間維持控制閥的性能就變得非常重要。

如果沒有任何裝置對控制閥的性能進行監(jiān)測， 閥門可能會在工作期間發(fā)生劣化， 從而引發(fā)過程非正常停工， 導致生產(chǎn)的中斷， 并使得企業(yè)花費更多成本用于重新恢復生產(chǎn)。

今天， 智能閥門診斷技術使得對運轉中的閥門進行檢測變得可行。 閥門信息將在過程運轉期間被動收集。 收集到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過分析處理， 得出可能原因。 一旦發(fā)現(xiàn)問題， 系統(tǒng)就會報告問題嚴重程度、 可能的原因和推薦解決方法。 在線診斷可檢測包括儀表空氣泄漏、 閥門摩擦力和死區(qū)、 表空氣質量， 連接松動、源壓力限定和閥門組件校準在內的諸多問題。 目前在線診斷系統(tǒng)可診斷 200 種不同類型的故障。

圖 5 摩擦力監(jiān)測 & 趨勢

下面是一些在線診斷實例：

摩擦力值 & 摩擦力趨勢( 圖5)： 工作狀態(tài)下的閥門的摩擦力 &死區(qū)值可經(jīng)診斷系統(tǒng)檢測到并圖形化顯示出來。 在線摩擦力值可與圖3 所示離線診斷中測得的摩擦力值進行比較。 摩擦力趨勢可作為分析閥門填料函變化的依據(jù)。

位于泰國的一家對位二甲苯企業(yè)發(fā)現(xiàn)一個關鍵閥門在操作兩年后， 閥門的動作在控制信號設定值的 ±1%內波動。 這一異常情況沒有影響到生產(chǎn)的進行， 但引起了操作人員的關注。 發(fā)現(xiàn)該情況以后，一位維修工程師對閥門進行了在線摩擦力診斷， 結果發(fā)現(xiàn)在兩年當中由于填料函的磨損閥門摩擦力減少了 30%。 由此推斷閥門摩擦力減小是控制閥性能發(fā)生波動的主要原因。 當閥門摩擦力減小后， 定位器原先設定的驅動力就顯得過大。 確定問題后工作人員對閥門和定位器進行了調節(jié)， 用以補償摩擦力的減小。 這一工作使企業(yè)避免了一次不必要的停工。 在此例中， 據(jù)用戶估計停工一次將損失大約 200000 美元。

氣源壓力診斷( 圖 6)： 如診斷名稱所示， 這是對氣源壓力的檢測， 特別是對低壓氣源。

圖 6 氣源壓力診斷

在中東一家玉米加工企業(yè)，在線氣源壓力診斷發(fā)現(xiàn)超過 10%的關鍵閥門氣源壓力不足， 控制性能也發(fā)生下降。 盡管最初的離線測試沒有發(fā)現(xiàn)任何閥門問題，在線診斷測試仍診斷出了潛在的氣源問題， 這給整個過程的改進指明了方向。

空氣流量診斷( 圖 7)： 通過測量流經(jīng)控制閥的氣流， 可檢測到經(jīng)執(zhí)行機構薄膜、 管道、 連接松動處或活塞 O 形環(huán)各處發(fā)生的外泄漏。

在北美一家大型對酞酸精煉企業(yè)中， 對配備雙作用活塞執(zhí)行機構的一個關鍵閥門的例行空氣流量診斷發(fā)現(xiàn)執(zhí)行機構中存在兩股氣流，一股來自與 DVC( 數(shù)字式閥門控制器) 連接的端口， 另一股來自其他端口。 診斷系統(tǒng)還發(fā)現(xiàn)空氣流量偏高， 但閥門的控制動作并沒有受到影響。 自動分析表明造成這一現(xiàn)象的可能原因是執(zhí)行機構活塞密封存在泄漏， 推薦對執(zhí)行機構活塞密封情況進行檢查。

維修人員通過肉眼檢查了閥門， 但無法確定是否存在泄漏。 由于活塞密封泄漏是內泄漏， 泄漏出的空氣排入閥門儀表中， 因此從外部察覺不到跡象。 對此工廠采取了連續(xù)監(jiān)測空氣流量的措施， 監(jiān)測泄漏量有無變化( 圖 3)。 當監(jiān)測發(fā)現(xiàn)泄漏量出現(xiàn)變化時， 維修人員將執(zhí)行機構拆卸下， 結果發(fā)現(xiàn)活塞密封已經(jīng)受到損壞并接近突變失效。 這一問題被預見性的空氣流量診斷所發(fā)現(xiàn)， 企業(yè)也因此避免了一次耗費昂貴的非計劃停工， 節(jié)約了價值大約 400000 美元的催化劑。行程偏差和放

圖 7 空氣流量診斷

大器調節(jié)診斷( 圖8)： 行程偏差診斷用于追蹤閥門實際行程與設定行程值偏差的大小。 放大器調節(jié)診斷僅用于雙作用執(zhí)行機構，用 于 測 量 交 叉 壓力。 交叉壓力定義為在行程一半時的壓力返回值， 用氣源壓力的百分數(shù)表示。

在一套合成氣處理裝置中，一個透平機進口控制閥在信號穩(wěn)定不變的情況下朝一個方向偏移。為保持閥門穩(wěn)定， 用于采取了將閥門鎖緊固定在所需位置的臨時方案。 經(jīng)在線放大器調節(jié)診斷后發(fā)現(xiàn)造成此異常情況的原因是執(zhí)行機構空氣在校準中未得到適當?shù)仄胶狻?因而， 解決這一問題的根本方法是對閥門重新進行校準。

維修操作

典型的維修操作如圖 9 所示。故障檢測是一項耗時的工作， 通常在閥門運轉狀態(tài)下進行。 如果檢測到一個故障， 診斷系統(tǒng)將識別此故障， 推測可能的故障原因，并建議做出相應的矯正措施。 維修階段到此轉變?yōu)檫^程朝正常工作狀態(tài)恢復的階段。 在過程確認階 段， 閥 門 將 依照基本性能受到評估， 此后過程恢復致故障檢測狀態(tài)。

圖 8 放大器調節(jié)診斷

圖 9 同 時 表示了診斷是如何集成到維修操作當中的。 在故障檢測階段， 采取在線診斷更為合適， 因為它可以檢測多種在線問題( 如摩擦力問題、 氣源壓力偏低、 空氣外泄漏等)。 此外， 在線診斷還可以診斷識別本文的問題。

不過并不是所有控制閥問題都可以通過在線診斷檢測到。 例如， 閥座輪廓的腐蝕， 閥座載荷偏小等問只能通過離線診斷檢測。 通常包括對控制閥修理和測試的過程恢復和確認工作也是離線進行。

圖 9 例行維修中的診斷

內部診斷

隨著基于微處理器技術的發(fā)展， 現(xiàn)在已經(jīng)可以將全部在線診斷集成到定位器的微處理器中。這樣， 在線診斷就可以一周 7 天24 小時連續(xù)進行， 當出現(xiàn)異常狀況時就發(fā)出警報。 現(xiàn)在最新的現(xiàn)場總線定位器已經(jīng)集成了這項技術。 圖 10 所示為一些可以檢測到的問題： (a)臟空氣引起的 I/P堵塞，(b)I/P漂移校準，(c)氣源壓力問題，(d) 外泄漏， (e) 雙作用執(zhí)行機構放大器失調， (f) 行程漂移校準。

安裝在控制閥上的數(shù)字定位器已經(jīng)成為功能強大的診斷工具。

圖 10 內部在線診斷

定位器可以幫助維修人員監(jiān)測和診斷控制閥的狀況， 并在潛在問題發(fā)生之前采取有效措施加以消除。 這可以幫助維持控制閥性能，延長裝置停工前的運轉時間， 從而增加生產(chǎn)時間。