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                            節流電動(dòng)執行機構在節流系統應用中的成本影響

                            發(fā)表時(shí)間:2022-12-05 10:03:47

                                 幾年前,美國一家主要的液體管道公司改造了其現有的一條成品油管道。該管道為該路線(xiàn)上的許多發(fā)展中城市以及兩個(gè)軍事基地提供了主要的汽油,噴氣和柴油供應。該項目旨在提高吞吐量和可靠性。

                                用于生產(chǎn)線(xiàn)的現有控制閥是球型,減速口,舊式電液執行機構已經(jīng)過(guò)時(shí)。這些執行機構由于部件可用性而難以維護,并且易于發(fā)生外部液壓泄漏。如果液壓油到達地面,這種泄漏將成為現場(chǎng)可記錄的事故。在改造項目的早期做出決定,為整個(gè)項目購買(mǎi)新的控制閥和執行機構。較新型的節流電動(dòng)執行機構符合項目要求。原因如下:

                                應用:

                                控制閥所需的應用包括泵的背壓控制,站入口壓力控制(由于某些站之間的高度變化而需要)和罐輸送壓力控制。這些應用被確定為失效 - 很后作為執行機構的期望失效動(dòng)作(4-20mA DC控制信號的損失或功率損失)。行程時(shí)間要求是每英寸控制閥標稱(chēng)孔徑的3-5秒。選擇的控制閥對于較小的球閥,其所需的運行扭矩范圍為52,000英寸 - 磅(in-lbs)(5,875 Nm),對于較大的重型球閥,其所需的運行扭矩范圍超過(guò)115,000 in-lbs(12,993 Nm)。

                                技術(shù)考慮:

                                項目團隊考慮了兩種不同類(lèi)型的驅動(dòng)技術(shù):現代電液執行機構和節流電動(dòng)執行機構。因為它們曾在過(guò)去使用過(guò),所以項目團隊很初傾向于使用電液執行機構。然而,基于所需的致動(dòng)器的數量和由此產(chǎn)生的成本節省,選擇節流電動(dòng)致動(dòng)器被。

                                安裝和啟動(dòng):

                                現場(chǎng)節流電動(dòng)執行機構的初始安裝和設置順利進(jìn)行,部分原因是現場(chǎng)技術(shù)人員已熟悉該技術(shù) - 多個(gè)電動(dòng)閥(MOV)已在同一管道上下安裝。除了4-20 mA DC控制(與離散開(kāi)/關(guān)控制信號相反)之外,標準MOV和節流電動(dòng)執行機構之間的連接是相同的。

                                一切都順利運行,直到管道啟動(dòng)。在啟動(dòng)幾周后,電機熱量開(kāi)始在一半的執行機構上跳閘。由于這不是一個(gè)理想的結果,因此開(kāi)始進(jìn)行調查。

                                啟動(dòng)發(fā)現:

                                執行機構跳閘電機熱量的設定值在一小時(shí)內變化超過(guò)3,600次(執行機構額定值的兩倍)。這是由于幾個(gè)因素,包括:

                                比例 - 積分 - 微分(PID)控制方案;

                                管道系統響應時(shí)間;

                                使用嚴重的服務(wù)控制閥的特殊性;

                                控制系統的初始設置是每20毫秒需要時(shí)監控和更改設定值。節流電動(dòng)執行機構無(wú)法跟上設定值的變化,這意味著(zhù)執行器不斷尋找其設定值,從而導致過(guò)熱。

                                由于泵站之間的距離超過(guò)100英里,因此管道需要時(shí)間來(lái)穩定過(guò)程變化?刂品桨副仨毧紤]這一現實(shí)?蛻(hù)收集數據點(diǎn)并確定不同管道運行的過(guò)程需要4-7秒,以使管道從設定點(diǎn)變化穩定(在圖1中稱(chēng)為DT)。一旦控制閥發(fā)生設定值變化,管道就會(huì )像小的階梯變化那樣在降級的正弦波上作出反應,幅度為3-6 psig。

                                使用的嚴重服務(wù)控制閥的特殊雙曲線(xiàn)特性也提出了PID挑戰。

                                圖比較了雙曲線(xiàn)Cv曲線(xiàn)與等百分比(EQ%)曲線(xiàn)和線(xiàn)性曲線(xiàn)。

                                解:

                                考慮到新發(fā)現的信息,確定了控制方案中的變化。 個(gè)變化涉及進(jìn)行100次原始壓力掃描并在確定的DT時(shí)間段內對它們求平均值。這個(gè)新的時(shí)間加權和平均壓力讀數用于確定管道是否在其所需的壓力設定點(diǎn)內運行。

                                第二個(gè)變化是對雙曲線(xiàn)控制閥的軟件行程限制,以保持閥門(mén)的運動(dòng)實(shí)際上對過(guò)程壓力產(chǎn)生影響的范圍(圖2)。

                                控制方案的很后一個(gè)挑戰是站點(diǎn)出口以很大允許工作壓力(MAWP)運行。每14.7 psi的壓力消耗相當于管道成本的8%。

                                為了保持管道的設計參數,我們決定當工作站的出口達到MAWP時(shí),控制系統會(huì )將控制閥設定值降低到低于MAWP 2 psig(圖3)。

                                結果:

                                PID控制方案的改變意味著(zhù)管道操作員可以在壓力控制上以0.5%的精度運行管道,這遠遠優(yōu)于舊式電液執行機構。該過(guò)程從每小時(shí)3,600次設定值變化變?yōu)?0次,從而消除了執行機構的過(guò)熱。同時(shí),到目前為止,致動(dòng)器的維護更具成本效益,幾乎消失。

                                鑒于在 個(gè)項目中實(shí)現了成本節約和性能,節流電動(dòng)執行機構已成為參與此案例研究的管道公司的新標準。

                                結論:

                                電動(dòng)節流執行機構是許多成功的過(guò)程控制環(huán)境的一部分。如果使用得當,并且在失效時(shí)可以接受失效電源,節流電動(dòng)執行器可以為新項目節省大量成本。

                                建議:

                                以下是對液體管道控制閥節流電動(dòng)執行機構的建議:

                                沒(méi)有執行機構的行程應超過(guò)15秒。一個(gè)好的經(jīng)驗法則是每個(gè)標稱(chēng)閥門(mén)尺寸(英寸)3-6秒。

                                確?刂崎y運行轉矩基于節流的條件是已知的; 這些很容易超過(guò)閥門(mén)斷裂扭矩。執行機構尺寸必須考慮到這一點(diǎn)。

                                當用于節流球閥時(shí),應選擇具有慷慨 系數的執行機構。隨著(zhù)節流球閥隨著(zhù)時(shí)間的推移而磨損,特別是在非潤滑精制產(chǎn)品線(xiàn)中,閥門(mén)扭矩將增加。執行機構尺寸應考慮到這一點(diǎn)。

                                確保任何PID控制方案都考慮了管道的反應時(shí)間。


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