控制阀自动化的行业趋势

控制阀自动化在过去几年中取得了重大进展。虽然控制阀本身基本没有变化, 但更强调的是这些仪器的自动化和精确定位。
本文介绍了控制阀自动化在现代过程工厂中的重要性, 以及确保最佳阀门性能的注意事项。在选择自动化阀门的设备或技术时, 有许多因素在起作用。它们包括特定的应用要求、电气认证、安全完整性等级 (SIL)、数字协议与传统模拟通信等。

介绍

阀门定位器是过程回路--控制阀--的最终控制元件的关键部件。定位器将电信号转换为气动信号, 以控制执行器位移。这最终使阀门保持在中间位置, 以响应可变的过程控制信号。
控制阀定位器制造商必须满足对效率、可靠性和降低能耗的严格要求, 同时生产符合行业要求的高性价比仪器。对预测诊断的需求是对阀门定位器的需求。在阀门、控制信号和定位器发生灾难性事件并关闭工厂之前, 预测故障至关重要。

最近的进展

控制阀行业没有其他以技术为中心的领域创新得那么快。设计师们没有对独创性的重大突破, 而是随着时间的推移慢慢地调整和改进产品, 提供了缓慢但持续的发展速度。
在过去的十年里, 智能和数字阀门定位器的发展已经超过了机械和电动气动系统的性能能力。数字通信协议的进步使智能控制器技术能够取得进展并集成更复杂的功能。 例如, 定位器制造商正在从需要直接接触阀杆的设计转向采用非接触式霍尔效应传感器技术。设备诊断的改进通过促进从传统的纠正和基于计划的维护过渡到预测性维护起到重要作用。使用阀门定位器进行诊断变得更加复杂, 并提供了测试阀门的能力, 以确定是否需要维护或更换。
数字现场总线协议和低功耗中央处理单元等发展加快了阀门定位器作为计算机的发展。就像过程传感器和控制器获得智能功能一样, 阀门定位器和控制器也遵循同样的路线。
采用具有内部趋势、诊断、报警等功能的智能控制阀定位器, 在许多情况下无需外部软件。这种方法对最终用户来说更加Failsafe, 更安全, 因为改变设定参数必须在阀门定位器上进行物理更改。此外, 将阀门历史数据保存在定位器而不是分布式控制系统中, 可确保在定位器从服务中取出时不会丢失有价值的信息。本地配置定位器的能力也消除了昂贵的手持设备的需要。
自动阀门监测方面的一些最重要的创新与气源有关 (即测量和记录定位器的气源压力, 并在低于设定压力时提供报警)、输出压力 (即测量和记录执行器的输出气压, 如果在一段时间后不存在, 则提供报警)、排放 (即检测控制阀波纹段的泄漏, 如果存在泄漏, 则关闭阀门而不受外部控制), 以及紧急关闭 (ESD) 电磁阀 (即测试和确定电磁阀在紧急情况下是否会按要求动作)。
自动阀技术的一个特别重要的增强功能是部分行程测试 (PST), 定位器中的一项功能将ESD阀门从100% 打开到预定位置 (80%), 然后返回到100%。这表示阀门将在需要时移动。新技术允许工厂从外部源或根据设定的时间间隔自动执行PST, 并显示指示测试通过失败结果的报告。 此外, 目前一代的智能定位器可以利用离散输入和离散输出来触发输出进行控制, 而阀门摩擦监测则表明阀门内摩擦的增加或减少, 以及它造成的滞后性类型。

就仪器仪表和系统运行状况的改进而言, 可以进行阀门签名测试, 以准确评估阀门内部部件的状况。这有助于消除不必要的设备服务、备件采购和阀门更换。趋势和直方图可以在后台运行, 以跟踪定位器的性能, 报警状态列表可以提供报警记录。这些高级功能使工艺设备规划人员能够确定其仪器资产的整体运行状况, 然后制定有效的维护策略。
一些定位器制造商已经率先推出了先进的逸散性排放监测解决方案, 这有助于避免阀门的波纹密封和填料的故障, 以及排放有害气体的可能性。这些解决方案使定位器能够在内部感觉到波纹管密封外壳, 打开或关闭阀门, 或者在压力太大的情况下将其移动到预定的位置。如果定位器感觉到泄漏, 它可以启动报警, 提醒操作员阀门的状态。通过泄漏监测及早发现逸散性排放, 工厂可以立即安排维护, 以最大限度地减少空气污染并避免罚款。
最后, 能耗是工业设备的一个重要问题。控制系统的设计时, 电源的功率是目前为单个环路供电的要求的1.5倍。工厂逐渐增加了对每个设备的功耗需求, 以至于影响了现场仪器仪表。仪器制造商通过开发新的、节能的定位器设计来应对这种情况。早期的阀门定位器需要大约2至3w才能运行, 而目前的一代定位器即使具有高级功能, 也只需要0.5 至0.75w就能操作。

选择正确的解决方案

现代控制阀定位器设计允许它们作为开关设备使用, 或用于任何控制组合, 包括调整、调节、混合甚至隔离。阀门定位器是高度工程化的仪器, 不应视为商品。解决控制阀性能问题会对工厂效率、整体盈利能力和资产生命周期成本产生巨大影响。
工艺设备对控制阀有两个主要要求: 易用性和成本效益。然而, 在选择自动化阀门的设备时, 一些关键因素起了作用:

• 具体应用要求
• 防爆
• 本质安全
• 分体安装
• 高温
• 低温
• 电气认证
• FM
  
• CSA
  
• ATEX
  
• usCSA/FM
• SIL等级
• 安全系统

通信在复杂的工业设施中推动自动化。控制阀定位器必须能够与所有公认的现场设备协议进行通信, 从传统的模拟到 HART, Modbus, Profibus, FOUNDATION Fieldbus和工业以太网。
集成数字通信的阀门定位器技术为工厂运营商提供了更高的可见性和对关键资产的控制。智能阀门定位器在提高工厂性能和提高运营效率方面提供了增强的功能和实际优势。
数字定位器之所以流行, 主要原因是它们可以做的远不止是控制阀门的位置开度。最新的定位器还可以收集有关阀门的数据, 以自动提醒用户阀门的性能和组装。

展望未来

应对日益增加的经济、环境和竞争压力的自然反应是实现自动化技术的现代化, 因此许多公司都在投资于功能强大、最先进的控制仪表。
技术可帮助工厂简化操作, 提高其效率。阀门自动化就是一个例子。自动化阀门解决方案供应商开发功能, 以满足不断变化的行业要求。新的通信形式即将到来, 并有满足额外诊断要求的工具。从气动线性控制阀到电气线性控制阀的转变已经来临。
控制阀自然适合数字智能, 它们可能是成功的工厂资产管理战略中最重要的要素之一。借助更智能的阀门自动化功能, 最终用户可以在故障发生前更好地诊断和修复问题。

结论

加强控制阀自动化有助于各类厂家在保护人员、设备和环境的同时, 不断提高工艺效率和产品质量。
最新一代的智能控制阀定位器使工业组织能够在本地进行更多的诊断, 并以更低的成本更好地了解阀门的整体性能。
任何在阀门上使用定位器的决定都应该由知识渊博、经验丰富的控制阀专家做出决定, 他们可以就正确的定位器类型和安装技术提出建议, 这对优化控制阀至关重要。

本文作者Jim Braxton 是 Badger Meter 的区域销售经理, 在仪器仪表和过程控制销售和工程方面拥有超过25年的经验。他为石油和天然气行业的上游、中游和下游部门提供流量仪器仪表解决方案。Braxton 拥有工程背景, 现场设备和控制软件开发和专利。

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