閥位變送器如何提高關(guān)鍵隔離閥的可靠性

在現(xiàn)代化工廠中，隔離閥作為關(guān)鍵的安全設(shè)備之一，其性能直接影響到生產(chǎn)效率和作業(yè)安全。SIL 2 級位置變送器為關(guān)鍵過程工業(yè)應(yīng)用中的隔離閥增加診斷和性能監(jiān)控功能提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。

自動隔離開關(guān)閥遍布大多數(shù)工藝設(shè)備，用于阻止反應(yīng)物流動、隔離和保護(hù)設(shè)備、轉(zhuǎn)移工藝介質(zhì)并執(zhí)行其他功能。其中許多任務(wù)對工藝操作至關(guān)重要，有些還是保護(hù)工廠人員和設(shè)備的安全關(guān)閉系統(tǒng)的一部分。

傳統(tǒng)限位開關(guān)的局限性

隔離閥通常配有開閉限位開關(guān)，以提供閥門位置反饋。遺憾的是，開關(guān)的開/關(guān)特性嚴(yán)重限制了診斷閥門性能的能力，因此閥門的性能下降可能會被忽視，直到發(fā)生故障。這種故障可能會對過程造成嚴(yán)重影響，同時也會帶來安全風(fēng)險。

支持 HART 的位置變送器為這一問題提供了經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。這些變送器易于校準(zhǔn)，有些還采用了成熟的無鏈接設(shè)計。它們還具有更高的可靠性、SIL 2功能和閥門診斷功能——這通常是關(guān)鍵隔離閥應(yīng)用所需要的。

圖 1：典型的開/關(guān)隔離閥采用開/關(guān)限位開關(guān)組件來指示閥門位置。這對于非關(guān)鍵應(yīng)用非常有效，但位置信號的開/關(guān)性質(zhì)限制了診斷能力。

限位開關(guān)的局限性

雖然自動隔離開關(guān)閥的設(shè)計和功能都很簡單，但它卻能為工藝設(shè)備提供重要的服務(wù)。控制閥可以調(diào)節(jié)工藝流程本身，而隔離閥的作用則是停止反應(yīng)物流動、保護(hù)設(shè)備以及引導(dǎo)分子篩、變壓吸收器、反應(yīng)器夾套和其他工藝設(shè)備周圍的工藝流程。

長期以來，這些閥門都配備有用于指示閥門位置的打開和關(guān)閉限位開關(guān)（圖 1）。這種方法成本低廉，在很多情況下都能很好地發(fā)揮作用，但也有其局限性，可能會給關(guān)鍵閥門的應(yīng)用帶來問題。

診斷能力有限： 開/關(guān)開關(guān)指示總位置，但由于缺乏與位置成比例的連續(xù)模擬信號，限制了采用任何有意義的診斷方法的能力，因此故障可能會在一段時間內(nèi)被忽視。在限位開關(guān)被觸發(fā)并失靈之前，我們無法得知其是否存在問題。根據(jù)限位開關(guān)的設(shè)置方式，閥門可能會出現(xiàn)粘滯或部分行程，這兩種情況都會導(dǎo)致閥門無法達(dá)到全行程，但位置開關(guān)仍然會錯誤地顯示閥門正在按預(yù)期工作。

安裝復(fù)雜 ：隔離閥通常為往復(fù)式（閥軸上下移動）或旋轉(zhuǎn)式（閥軸旋轉(zhuǎn)）。要驅(qū)動限位開關(guān)，必須使用某種機(jī)械聯(lián)動裝置來感知軸的運(yùn)動，并將其轉(zhuǎn)換為驅(qū)動開關(guān)的運(yùn)動。根據(jù)閥門的物理結(jié)構(gòu)，這些聯(lián)動裝置可能比較復(fù)雜，而且難以設(shè)置和維護(hù)。

易出錯： 隨著聯(lián)動裝置的磨損和打滑，它們還容易出錯或完全失靈。在高循環(huán)或過度振動的應(yīng)用中，過早失效尤其常見。

更好的替代方案

與限位開關(guān)相比，位置變送器（圖 2）具有固有的優(yōu)勢，因?yàn)樗茉谡麄€閥門沖程中提供連續(xù)的位置指示。如果閥門未能到達(dá)行程終點(diǎn)或在過渡過程中懸掛/粘連，位置信號會立即顯示出來。此外，變送器本身的故障也會立即被檢測到，一旦失去連續(xù)信號，就會立即標(biāo)記進(jìn)行維修。

圖 2：對于關(guān)鍵的隔離閥應(yīng)用，閥門位置變送器（圖中為 Fisher FIELDVUE 4400）可大大提高可靠性，因?yàn)樵撛O(shè)備可連續(xù)傳輸閥門位置，同時提供大量診斷數(shù)據(jù)。

所有這些特點(diǎn)都大大提高了設(shè)備的可靠性，使其達(dá)到了 SIL 2 等級。位置變送器還包括限位開關(guān)輸出，因此可以改裝到現(xiàn)有的開關(guān)電路中，同時利用閥門位置信息。

這種新設(shè)計還解決了困擾限位開關(guān)的機(jī)械聯(lián)動問題。這種設(shè)計采用了完全無聯(lián)動、非接觸式磁性組件，而不是機(jī)械聯(lián)動，其霍爾效應(yīng)傳感器在超過20年的200萬次定位器應(yīng)用中證明非常可靠（圖 3）。某些限位開關(guān)還具有視覺指示功能，使技術(shù)人員能夠在現(xiàn)場看到閥門位置。例如，費(fèi)希爾 FIELDVUE 4400在旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中也具有此功能，同時仍保持完全無連桿設(shè)計。

圖 3：新型閥門位置變送器采用無聯(lián)動磁反饋組件，經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)證，易于安裝和校準(zhǔn)。這些設(shè)計適用于j角行程（左）或直行程（右）閥門設(shè)計。

校準(zhǔn)簡單快捷，用戶只需將閥門移動到行程終點(diǎn)位置，然后按下歸零和量程按鈕即可。該設(shè)備還采用了HART 通信技術(shù)，可以訪問大量更先進(jìn)的診斷數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問和設(shè)置。

應(yīng)用案例

現(xiàn)代位置變送器非常適合一些關(guān)鍵閥門應(yīng)用，而這些應(yīng)用在歷史上一直使用限位開關(guān)。常見應(yīng)用包括：

化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)料關(guān)斷閥 ：閥門位置變送器的更高可靠性和可用診斷功能使關(guān)閉閥組件具有更高的 SIL 等級和/或延長測試間隔。位置信息還能實(shí)時測量閥門行程，并在閥門開始堵塞或粘連時顯示出來。

變壓吸附閥 ：變壓吸附裝置依靠快速作用、緊密關(guān)閉的閥門來實(shí)現(xiàn)和保持性能。閥門移動緩慢或泄漏會對效率和生產(chǎn)造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。閥門定位器一直用于閥門診斷和位置監(jiān)控，但閥門位置變送器能以大幅降低的成本實(shí)現(xiàn)相同的功能。在這種高循環(huán)應(yīng)用中，與限位開關(guān)相比，無連桿設(shè)計大大提高了可靠性。

礦壓氧化隔離閥 ：采礦業(yè)經(jīng)常使用高壓、高溫容器從礦石中提取貴金屬和礦物。這種工藝對設(shè)備的要求很高，會侵蝕和腐蝕控制閥，并在設(shè)備運(yùn)行期間造成高壓和高溫暴露問題。在設(shè)備停機(jī)或發(fā)生故障時，必須使用速動隔離閥來控制工藝流程。改進(jìn)隔離閥的診斷功能，可及早發(fā)現(xiàn)問題，或提醒操作員閥門開始粘滯或懸掛。

蒸汽發(fā)生器關(guān)閉閥 ：鍋爐通常會使用一些對運(yùn)行至關(guān)重要的隔離閥。燃料組上的關(guān)斷閥、汽包周圍的排氣閥和排水閥以及空氣風(fēng)門閥門都能受益于閥門位置變送器提供的先進(jìn)診斷功能、更高的 SIL 等級和可靠性。在位置變送器包括限位開關(guān)輸出的裝置中，這些變送器可以很容易地集成到現(xiàn)有的安全系統(tǒng)中。

結(jié)論

包含無聯(lián)動傳感器和集成限位開關(guān)輸出的位置變送器為提升現(xiàn)有隔離閥組件的可靠性和 SIL 等級提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。由于消除了機(jī)械聯(lián)動，閥門不易受到振動損壞，安裝和校準(zhǔn)也大大簡化。

支持 HART 的信號可提供高水平的診斷功能，使工廠能夠監(jiān)控周期計數(shù)、沖程時間、閥門行程以及標(biāo)準(zhǔn)限位開關(guān)套件無法提供的其他參數(shù)。最重要的是，變送器允許操作和維護(hù)人員檢測正在出現(xiàn)的閥門問題，然后在發(fā)生徹底故障之前主動計劃并解決這些問題。

如果正面臨隔離閥可靠性的問題，變送器可在角行程或直行程執(zhí)行器上工作，同時包含一個連續(xù)模擬信號和兩個數(shù)字開關(guān)信號，因此可以輕松地將設(shè)備改裝到安裝了一組限位開關(guān)的大多數(shù)應(yīng)用中。