评估控制阀及其性能

在评估控制阀及其性能时,您需要理解不同的控制阀类型,以及需要测试哪些方面。对于没有模拟控制的开/关截止阀,测试非常简单。阀门是开还是关?如果打开,是否保持打开?如果是关闭,是否完全关断?主要靠观察进行测试:观察阀门,发现循环期间的因果关系。

控制阀是完全不同的“猛兽”

这些阀门成比例打开和关闭,打开的程度取决于施加的4-20 mA信号的跨距百分比。通过观察阀门的位置,可直接查看行程指示器上的指示,技术人员或操作人员能够知道在特定设置下的行程百分比——但并不能知道阀门在动态和变化条件下工作情况。
大多数复杂的阀门性能测试要求将阀门拆下,并在“阀门校准仪”上测试其性能。这是一种非常昂贵的测试设备,绝大多数仪器部门都没有。通常只有阀门制造商在阀门出厂时才使用阀门校准仪进行测试,或者高级现场服务工程师使用。该仪器提供非常完备的测试,但对于仪器部门来说并不实际。

Fluke 709H Precision Loop Calibrator with HART Communications/Diagnostics
Fluke 709H Precision Loop Calibrator with HART Communications/Diagnostics

那么,技术人员使用什么来测试控制阀呢?

有什么有意义的测试可用作基线呢?由于大多数阀门使用4至20 mA输入信号,任何具有mA输出信号的测试工具都可为控制阀门提供输入信号,控制其在工作范围内工作。当想常闭阀门施加3.8 mA输入信号时,阀门应该截止。阀门在4.0 mA时应保持关闭,而在4.2 mA时略微打开。在其工作范围 的另一端,19.8 mA,阀门应接近完全打开。在20.0 mA时,阀门应完全打开,并在20.2 mA时强制打开(停留在行程停止位置)。这种性质的测试可以确定阀门是否能够正确打开和关闭,但仍然无法对阀门在其整个控制范围内进行测试

许多阀门,包括所谓的“智能”阀门,都有内置元件,输出其打开/关闭百分比的实际位置。该输出可以是4至20 mA信号或数字HART变量,代表控制阀工作范围的0%至100%。通过施加变化的mA信号,并同时监测输出mA或行程百分比信号,技术人员就能够查看控制阀在其整个范围之内是否工作正常。通过同时记录施加的mA信号和输出mA信号后行程的PV百分比,即可将阀门的性能文档化。文档化的测试和结果通常被称为阀门的“特性曲线”。输出应该平滑映射施加的mA输入信号。相对于施加信号的任何偏差,都说明阀门可能发生异常。

维护策略可降低成

福禄克的产品经理Jim Shields表示,控制阀维护策略能够更大程度减少从生产过程替换下来的阀门数量,更大程度降低故障风险,从而有效降低成本。以下是他的建议。为了制定这样的实践规程,需要将阀门在已知良好状态的基线条件文档化。理想情况下,只要阀门经过调试或大修,就应该进行文档化。技术人员记录阀门在理想状态下的特性曲线,绘制输出mA或行程百分比信号与输入信号的关系,并存储这些信息随时间的变化、标记阀门的数量,以及活动日期。可使用校准管理软件来管理该信息。

记录了阀门的基线性能特性曲线后,即可确定执行阀门性能测试的维护间隔。将现有维护间隔作为起点。如果尚未确定维护间隔,则需要评估阀门的使用位置。相对于较轻的负荷,恶劣应用的维护间隔应较短。比较合理的情况是从6个月的间隔开始(除非阀门的使用位置非常苛刻)。有些安装在安全或关机系统上的装置,需要每3个月进行检查,无论其使用位置如何。

记录了阀门的基线特性曲线后,则应该按照既定的间隔对阀门进行测试,并记录特性曲线。可将特性曲线与基线特性曲线进行比较,从而确定其性能变化。如果输出响应曲线呈非线性特性,或者曲线存在异常,则表示阀门可能存在过大黏滞或迟滞,需要将其拆下进行维修。