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  • 控制阀执行机构故障安全案例分析及确认试验
    发布日期:2016-1-19


    摘 要:进口气动调节阀对控制阀执行机构故障安全功能试验的原理和必要性进行了介绍,通过案例分析介绍了进行控制阀执行机构故障安全功能试验的重要性,同时对控制阀执行机构故障安全功能试验的项目、试验内容以及程序提出了见解。

    关键字:故障 气源 压力检测 气路转换阀 控制原理 确认试验


    1 概述

    进口电动调节阀石油化工、煤化工生产的主要特点是生产工况高温、高压,原料和产品易燃易爆,控制过程复杂,稳定性要求高,重要参数超限可能引发重大的安全生产事故,因此,化工装置对于安全生产要求很高,设置有很多的保护方法,其中联锁保护系统是最主要的安全措施,而执行机构是安全联锁保护系统的终端执行部分,当出现异常状况时,要求其快速打开、关闭或者保位,以及通过气动附件对仪表风压力的检测,进行预判迅速改变当前危险状态,转换到安全工况,反之,将造成装置的局部故障甚至装置停车。因此这类控制阀在完成规定的检查和调试项目外(按照规程要求控制阀执行机构的检查和调试项目包括:膜头气密性检查、行程精度试验、灵敏度试验、行程时间试验),为工况安全生产要求应对突发状况确保安全,需要进行故障安全试验确认。

    故障安全确认是指仪表系统出现故障时,执行机构被置于预定安全位置的功能。对于执行机构而言,系统故障主要包括两个方面:电源失效和气源失效。电源失效是指用于两位式执行机构控制用电磁阀失电状态以及线路断路等。气源失效则有仪表气源突然中断、仪表气源压力低于设定值不能满足执行机构对最低压力的要求等情况。

    故障安全位置包括了失气-关闭、失气-打开、失气-锁定三种状态,任何一种位置都被认为是保护工艺过程必需的。对双气缸气动执行机构而言,失效-安全作用方式需要采用连接到执行机构上的辅助部件实现。

    2 案例分析

    背景:某煤化工气化装置,气化炉锁斗系统中锁渣阀的使用。

    锁渣阀情况:双作用气缸式锁渣阀,附件有:双电磁阀、单气路转换阀2台、储气罐、单向阀,故障类型:FC。

    气源故障(失效)检测:当气源压力降至0.3~0.4MPaG(可设置)时,阀门在贮气罐内仪表风压力作用下阀门自动处于故障安全位置关闭状态。

    2.1 锁斗系统组成及锁渣阀

    顺控逻辑要求如图1所示。

    图1 锁斗系统组成及锁渣阀顺控逻辑要求

    2.1.1 锁斗系统组成

    锁斗V-021308A、锁斗冲洗水罐V-021309、渣池V-021310、锁斗循环泵、上锁渣阀KV-021308A(正常运行时,上锁渣一直保持常开状态)、中锁渣阀KV-021309A、下锁渣阀KV-021310A等锁斗阀门以及其它附属仪表。渣池泵和捞渣机也是锁渣系统的一部分而其操作与锁渣逻辑无关。

    2.1.2 锁渣阀顺控逻辑要求

    为避免操作和控制失误,当下锁渣阀KV-021310A未关闭,中锁渣阀KV-021309A不得打开。中锁渣阀KV-021309A打开前,下锁渣阀KV-021310A必须关闭。中锁渣阀KV-021309A关闭后,下锁渣阀KV-021310A才允许打开。中锁渣阀KV-021309A打开后,不允许冲洗阀KV-021313打开。

    2.2 锁渣阀气路

    控制原理如图2所示。

    图2 锁渣阀气路控制原理

    执行机构电磁阀对故障安全要求是,正常时处于励磁(带电)状态,非正常时处于非励磁(不带电)状态。重要联锁电磁阀采用双三通电磁阀方式,防止一个电磁阀故障出现拒动现象时,影响整体控制效果。该锁渣阀采用电磁阀冗余配置。

    电磁阀D1和D2是冗余配置;D1、D2电磁阀驱动气路转换阀A工作,进而带动气缸工作。

    气路转换阀B的F气路必须接到气罐单向阀前,其作用是检测主气路的气源压力是否低于过滤减压阀C的设定压力(也就是执行机构的最小仪表风工作压力);如果当主气路的气源压力低于C的设定压力时,储气罐气源通过气路转换阀A进入气缸,驱动活塞使阀门切换到故障安全位置,锁渣阀关闭。

    2.3 过程控制故障分析

    根据双作用气缸式的特点:阀门开关动作必须在一定的仪表风压力作用下才能执行。气化炉正常运行期间,上锁渣阀一直保持常开状态。假如没有安装气源压力检测的附件气路转换阀,仪表风此时出现故障,仪表气源压力不能满足控制阀最小工作压力要求或仪表风中断,此时锁斗程控继续执行,将消耗完储罐的气源。当锁斗正处于收渣即KV-021309A阀门处于打开状态,根据逻辑要求下锁渣阀KV-021310A处于关闭位置,若此时锁斗/激冷室差压(PDIA-021309A)低低发生需要关闭KV-021309A,但此时仪表风压力不足以关闭阀门。造成的后果:气化炉一直在排渣会造成锁斗设备及气化炉堵塞。

    通过气动附件对仪表风故障或失效的检测,进行预判引导储气罐内储备仪表风,使阀门切换至故障安全位置,改变当前危险状态。由此说明,气源压力检测的重要性及进行故障安全试验的必要性。

    3 故障安全确认试验

    3.1 电源故障试验

    工具设备:螺丝刀、万用表。

    电源故障指电磁阀供电线路出现短路、断路、线路破损接地、隔离栅故障或供电功率小不能驱动电磁阀线圈励磁,使电磁阀失电或不能动作,确认控制阀应位于预定的故障安全位置。断路、短路的判定可通过在控制系统侧对能否测量到电磁阀正确的线圈阻抗进行判断,试验方法是模拟回路故障,让电磁阀失电。如;掰开回路保险、拆除现场侧线路。

    注意:恢复时应通过控制系统操作界面将该阀置于“OFF”,在电磁阀失电状态下恢复线路,避免带电恢复。确保线路在恢复及恢复后无断路、短路、接地。

    3.2 气源故障试验

    工具设备;Φ8或Φ10的钢管(根据控制阀执行机构使用钢管的型号、规格选择),与之配套的终端接头2个,三通接头1个,压力表接头1个、定值器一个、精密压力表一台、扳手两把。

    如图3所示,采用两个单气路转换阀A和B和双电磁阀A和B控制双作用开关阀,气路中配备有单向阀和储气罐,同时设置一个单气路转换阀用于检测主气路的气源压力,储气罐用于气源故障时的备用气源。从电动控制原理分析,电磁阀A和B控制原理与单作用开关阀相同;从气源故障角度上说,气控阀A的压力检测端连接到气罐单向阀前,当主气路的气源压力低于设定压力时,储气罐气源通过气路转换阀A进入气缸,驱动活塞使阀门切换到故障安全位置。

    图3 气源故障试验

    在进行检查调试工作前,以图3所示完成气路中试验装置的连接(红色部分)和电路连接。

    气源故障检测是通过执行机构上气动附件气路转换阀完成的,多用于双作用执行机构中。试验时,将开关阀置于与设计文件规定的故障安全位置相反的阀位,在气源入口安装一台定值器和一块精密压力表,调整气源入口的定值器,首先将定值器的出口调至最大(等于系统总管压力),然后缓慢调整定值器,使气源压力缓慢降低,观察压力表的变化直到气路转换阀动作,执行机构从现在位置动作至故障安全位置,记录执行机开始动作时的压力值,并记录执行机构全行程时间,看是否符合设计要求。双作用执行机构配置储气罐时,应检查储气罐入口单向阀已打开,罐内仪表风充满已进入执行机构。再缓慢调整定值器提高气源压力,直到调节阀从当前位置又恢复到故障前位置,记录恢复值,核对确认试验数据是否符合设计要求,若不符合则对气路转换阀调整,直到满足要求,试验结束将定值器与精密压力表拆除,恢复原有管路,并做气密检查。

    注意:对于重要的执行机构来说,开关时间是衡量其性能的主要参数,正常状态下的开关时间测试,已在常规试验中进行。在进行气源故障安全确认试验时,执行机构切换到安全位置所需时间同样通过秒表测量,测试结果与仪表规格书中规定的动作时间比对,应符合设计对全行程开关时间的要求。如不符合要求可通过气动放大器、快速释放阀(快排阀)等气动附件调整。

    4 结束语

    随着石油化工生产工艺要求的提高,对气动执行机构的调节品质和安全要求也在不断变化,本文仅仅是对其中故障安全试验进行分析,还有多种组合方式实现着各种不同的功能。在检查调试工作进行前,需要深入理解调节阀执行机构配置的要求、实现的手段和最终目的,并以此作为检查调试的依据,从而制定严谨合理的校验方法,确保设备功能的完整性和动作的可靠性

    本页关键词:进口气动调节阀, 进口电动调节阀,, 进口调节阀

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