李永帥，陳庚曉

（中國(guó)石油化工股份有限公司 天津分公司，天津 300271）

0 引言

隨著中國(guó)工業(yè)智能化技術(shù)不斷發(fā)展，提出了中國(guó)制造2025計(jì)劃，對(duì)于提質(zhì)增效的需求也在不斷進(jìn)步和改善。對(duì)于裝置大檢修這項(xiàng)定期工作，做到精準(zhǔn)維修可以減少采購(gòu)備件的時(shí)間和費(fèi)用成本，減少非計(jì)劃性下線(xiàn)的控制閥數(shù)量，大大降低控制閥的過(guò)修等情況。

某煉化企業(yè)2020年控制閥大修順利完成，在一定程度上得益于Fisher DVC系列智能定位器及其診斷功能，輔助大修計(jì)劃的制定及驗(yàn)證維修效果。本文針對(duì)智能化應(yīng)用部分，結(jié)合本次大修做出總結(jié)。

1 Fisher DVC系列定位器簡(jiǎn)介

DVC系列定位器采用模塊化設(shè)計(jì)，除外殼和底座外分為機(jī)械部分和電子部分。機(jī)械部分是特殊設(shè)計(jì)的電/氣轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)放大器，電子部分是采用全塑封處理的印刷電路板，可以有效抵抗外部環(huán)境的各種干擾和腐蝕，提高運(yùn)行穩(wěn)定性，并且內(nèi)置多個(gè)傳感器，用于采集信息和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[1]。

2 診斷軟件功能介紹

除常規(guī)運(yùn)用AMS嵌入ValveLink軟件，對(duì)配備DVC系列定位器的控制閥進(jìn)行診斷外，也可運(yùn)用適用于475以上現(xiàn)場(chǎng)通訊器的ValveLink Mobile功能，維護(hù)人員可直接在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)DVC系列定位器的控制閥進(jìn)行各種診斷。

ValveLink Mobile軟件是與DVC系列智能定位器配套的診斷軟件，能對(duì)控制閥進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和診斷分析，也可以在線(xiàn)對(duì)控制閥的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并且確認(rèn)出控制閥是否存在隱性故障和表征故障，幫助維護(hù)人員判斷是否需要對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行下線(xiàn)檢修，避免閥門(mén)性能惡化，影響裝置的正常運(yùn)行。也為維護(hù)人員提前采購(gòu)備件和采購(gòu)哪些備件提供了很好的依據(jù)，避免盲目地采購(gòu)大量備件。

其診斷功能分為在線(xiàn)式（PD版本）、離線(xiàn)式（AD版本）。

在線(xiàn)式診斷功能：可實(shí)時(shí)采集參數(shù)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，包括輸入信號(hào)、設(shè)定點(diǎn)、行程、氣源壓力、輸出壓力、驅(qū)動(dòng)信號(hào)、溫度、行程、控制閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)等多種參數(shù)。同時(shí)，對(duì)過(guò)程參數(shù)和控制閥的運(yùn)行健康狀態(tài)以及定位器的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀態(tài)提供實(shí)時(shí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)故障檢測(cè)與診斷。

離線(xiàn)式診斷功能：可對(duì)控制閥進(jìn)行詳細(xì)數(shù)據(jù)分析，包括填料摩擦力/摩擦力矩，控制閥關(guān)緊力，彈簧預(yù)緊力、線(xiàn)性度、死區(qū)及滯后，對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度、精度等均有分析，以判斷控制閥是否處于最佳狀態(tài)[2]。

3 傳統(tǒng)大修方式

隨著20世紀(jì)六七十年代國(guó)內(nèi)工業(yè)的迅速崛起，在短時(shí)間內(nèi)建立起了比較全面的工業(yè)經(jīng)濟(jì)體系，但更多的側(cè)重點(diǎn)在開(kāi)源上，對(duì)于大修、壞了才修的觀念深入人心。在以往的大修中，調(diào)節(jié)閥下線(xiàn)維修計(jì)劃主要來(lái)源于兩方面：一是工藝人員對(duì)控制閥性能的要求；二是在現(xiàn)場(chǎng)裝置開(kāi)車(chē)前，儀表人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)照控制閥動(dòng)作情況。

在傳統(tǒng)的方式中可以看出，下線(xiàn)維修計(jì)劃更多地依賴(lài)于現(xiàn)場(chǎng)人員的經(jīng)驗(yàn)，會(huì)存在視線(xiàn)盲點(diǎn)，生產(chǎn)人員會(huì)下意識(shí)地關(guān)注關(guān)鍵工況。開(kāi)車(chē)前聯(lián)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后才下線(xiàn)，會(huì)造成維修周期緊張，對(duì)于維修質(zhì)量和費(fèi)用都無(wú)法把控。

4 某煉化企業(yè)2020年大修

緊跟智能化技術(shù)發(fā)展，應(yīng)用調(diào)節(jié)閥診斷技術(shù)為本次大修提供指導(dǎo)和依據(jù)。

本次診斷在煉油部，11套裝置，共計(jì)1100多臺(tái)調(diào)節(jié)閥，其中Fisher407臺(tái)，其他品牌735臺(tái)，以評(píng)分制體現(xiàn)閥門(mén)狀況，1分～3分將嚴(yán)重程度依次遞增，NA為本次未診斷或數(shù)據(jù)不足以判斷閥門(mén)狀況。

整體評(píng)分分布如圖1所示。

由電力線(xiàn)所引起的無(wú)人直升機(jī)事故頻頻發(fā)生， 因而確保無(wú)人機(jī)飛行安全一個(gè)很重要的方面就是對(duì)電力線(xiàn)的檢測(cè)[6]，無(wú)人機(jī)避障技術(shù)的應(yīng)用是無(wú)人機(jī)安全巡檢輸電線(xiàn)路的保證。毫米波雷達(dá)系統(tǒng)能滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)避障全天候的工作要求，在成本和通用性上優(yōu)于其他避障技術(shù)。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于將調(diào)頻連續(xù)波應(yīng)用于無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)，并通過(guò)雙CPU主從搭配架構(gòu)設(shè)計(jì)，主CPU最大程度保證回波信號(hào)的運(yùn)算處理，從CPU負(fù)責(zé)人機(jī)交互與上位機(jī)通信，并可通過(guò)從機(jī)設(shè)置報(bào)警上限及其他系統(tǒng)參數(shù)，主從CPU通過(guò)雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，最大程度保證數(shù)據(jù)利用效率。

圖1 各裝置控制閥評(píng)分分布圖Fig.1 Distribution chart of control valve score of each device

評(píng)分在1和1.5的位號(hào)，可通過(guò)軟件設(shè)置解決問(wèn)題，評(píng)分在2分及以上的位號(hào)，如開(kāi)關(guān)不到位、死區(qū)過(guò)大、喘振嚴(yán)重等問(wèn)題，則需要現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)閥門(mén)或附件情況，或下線(xiàn)解體維修，以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)下，完善了大修下線(xiàn)計(jì)劃。

以柴油加氫裝置為例，共有調(diào)節(jié)閥124臺(tái)，在大修前對(duì)108臺(tái)閥門(mén)進(jìn)行診斷，評(píng)分分布如圖2所示。

圖2 診斷評(píng)分分布圖Fig.2 Distribution of diagnostic scores

其中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題如死區(qū)大、開(kāi)關(guān)不到位、行程有變化、摩擦力異常等問(wèn)題，匯總見(jiàn)表1。

表1 控制閥問(wèn)題統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of control valve problems

補(bǔ)充了大修下線(xiàn)維修計(jì)劃，在大修期間處理需要線(xiàn)下解決的問(wèn)題，開(kāi)車(chē)后在陸續(xù)消項(xiàng)，保證生產(chǎn)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

以FV-40102為例，低壓蒸汽進(jìn)換熱器控制閥無(wú)旁路，如該閥故障將引起下游設(shè)備故障，造成國(guó)控源排放超標(biāo)，影響整個(gè)裝置及全廠開(kāi)車(chē)。

從圖3可以看出，目標(biāo)線(xiàn)以25%為階躍，閥門(mén)實(shí)際并未動(dòng)作，甚至閥位在0點(diǎn)以下，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)無(wú)定位器故障后，將閥門(mén)下線(xiàn)后發(fā)現(xiàn)該閥體已報(bào)廢。

圖3 控制閥階躍響應(yīng)曲線(xiàn)Fig.3 Step response curve of control valve

相對(duì)于控制閥門(mén)的故障，外漏的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于自身故障風(fēng)險(xiǎn)，除大修期間控制閥閥體常規(guī)測(cè)厚外，控制閥填料函也稱(chēng)為泄漏風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)之一。利用診斷軟件進(jìn)行檢測(cè)，在線(xiàn)對(duì)控制閥的摩擦力和死區(qū)分析，從而有助于發(fā)現(xiàn)填料摩擦力是否發(fā)生變化。填料磨損嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致摩擦力變小，從而有泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。閥芯密封環(huán)如有磨損或粘連，也會(huì)導(dǎo)致摩擦力變化，死區(qū)發(fā)生變化會(huì)嚴(yán)重影響控制閥整體的控制性能，響應(yīng)速度可能變慢。

以FV-11702為例，冷低壓分離器出口冷低分油控制閥，無(wú)副線(xiàn)，若控制閥故障，將造成高含硫低分油外漏，影響裝置安全，全行程測(cè)試曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 控制閥全行程測(cè)試曲線(xiàn)Fig.4 Control valve full stroke test curve

診斷后數(shù)據(jù)為Average Friction：31 lbf，Minimum Friction：17 lbf，Maximum Friction：45.12 lbf，Expected Packing Friction：75 lbf，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)及圖譜分析發(fā)現(xiàn)，控制閥摩擦力偏低。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，控制閥填料壓蓋已壓至最緊處，無(wú)可調(diào)節(jié)裕度。更換填料后重新進(jìn)行診斷，數(shù)據(jù)為Average Friction：81 lbf，Minimum Friction：65 lbf，Maximum Friction：99.46 lbf，且診斷通過(guò)。

診斷系統(tǒng)為提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，制定有針對(duì)性檢維修計(jì)劃，減少非計(jì)劃型檢維修計(jì)劃，降低安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等方面提供了依據(jù)，為控制閥維修留出了足夠的時(shí)間，保證了順利回裝的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

同時(shí)，在診斷過(guò)程中，還發(fā)現(xiàn)其中23臺(tái)控制閥在10年時(shí)間內(nèi)動(dòng)作不超1000次，對(duì)于長(zhǎng)期不動(dòng)作的控制閥也需要加強(qiáng)關(guān)注，以防止緊急情況下控制閥無(wú)法動(dòng)作。以硫磺裝置為例，由于裝置運(yùn)行期間介質(zhì)溫度較高，含硫氣體內(nèi)的硫以氣液兩態(tài)存在，在某些管線(xiàn)控制閥長(zhǎng)期關(guān)閉處或裝置停工后，雖進(jìn)行了吹掃并做了相應(yīng)的防固態(tài)硫的措施，但仍未完全避免硫凝固后造成的控制閥卡澀甚至破壞閥桿與閥體軸套之間的密封。從圖5可以看出，硫磺裝置碟閥內(nèi)仍存有大量硫磺，造成控制閥卡澀下線(xiàn)維修。

圖5 蝶閥卡澀Fig.5 The butterfly valve is jammed

5 傳統(tǒng)開(kāi)車(chē)模式

在裝置聯(lián)調(diào)階段，需要施工或保運(yùn)單位對(duì)控制閥進(jìn)行聯(lián)調(diào)，需要以人工的形式現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)控制室發(fā)出的指令是否能使控制閥準(zhǔn)確動(dòng)作到位。

在傳統(tǒng)模式中，需要克服現(xiàn)場(chǎng)的種種困難。如夜間作業(yè)，需要人員加班加點(diǎn)，視線(xiàn)不好，存在風(fēng)險(xiǎn)；雨天作業(yè)，惡劣的天氣會(huì)增加施工難度，存在風(fēng)險(xiǎn)；登高作業(yè)，需要在外加保護(hù)措施的前提下小心工作，依然存在風(fēng)險(xiǎn)；交叉作業(yè)，如探傷，一般在夜間進(jìn)行，會(huì)進(jìn)行清場(chǎng)，無(wú)法作業(yè)等，或可導(dǎo)致工期延誤。

6 某煉化企業(yè)新裝置開(kāi)車(chē)模式

本次6套新建裝置開(kāi)車(chē)，采用智能化模式，通過(guò)Fisher DVC系列智能定位器及診斷軟件進(jìn)行批量調(diào)試和診斷來(lái)調(diào)試和驗(yàn)證閥門(mén)動(dòng)作情況，優(yōu)勢(shì)明顯。

1）節(jié)省人力，本次開(kāi)車(chē)由本廠工程師一人在工程師站進(jìn)行設(shè)置，并定時(shí)查看進(jìn)度及驗(yàn)證閥門(mén)動(dòng)作情況。

2）節(jié)省成本，降低風(fēng)險(xiǎn)。這個(gè)成本包括時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本，遠(yuǎn)程操作不涉及人員在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，并可減少查看閥門(mén)的路程時(shí)間。

3）通過(guò)分析診斷結(jié)果，及時(shí)、有針對(duì)性地處理現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，做到人力、物力的合理調(diào)配。

7 總結(jié)

在科技力量飛速發(fā)展的進(jìn)程中，某煉化企業(yè)敢于嘗試、創(chuàng)新，將新型診斷技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況結(jié)合，保證了大修期間的順利開(kāi)車(chē)，同時(shí)整理了全廠控制閥的數(shù)據(jù)信息，為后期日常運(yùn)維提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提高了管理效率，在智能化工廠的進(jìn)程中又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。