节流电动执行机构在节流系统应用中的成本影响

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2018-09-18 08:45:44【小中大】

几年前，美国一家主要的液体管道公司改造了其现有的一条成品油管道。该管道为该路线上的许多发展中城市以及两个军事基地提供了主要的汽油，喷气和柴油供应。该项目旨在提高吞吐量和可靠性。

用于生产线的现有控制阀是球型，减速口，旧式电液执行机构已经过时。这些执行机构由于部件可用性而难以维护，并且易于发生外部液压泄漏。如果液压油到达地面，这种泄漏将成为现场可记录的事故。在改造项目的早期做出决定，为整个项目购买新的控制阀和执行机构。较新型的节流电动执行机构符合项目要求。原因如下：

应用：

控制阀所需的应用包括泵的背压控制，站入口压力控制（由于某些站之间的高度变化而需要）和罐输送压力控制。这些应用被确定为失效 - 最后作为执行机构的期望失效动作（4-20mA DC控制信号的损失或功率损失）。行程时间要求是每英寸控制阀标称孔径的3-5秒。选择的控制阀对于较小的球阀，其所需的运行扭矩范围为52,000英寸 - 磅（in-lbs）（5,875 Nm），对于较大的重型球阀，其所需的运行扭矩范围超过115,000 in-lbs（12,993 Nm）。

技术考虑：

项目团队考虑了两种不同类型的驱动技术：现代电液执行机构和节流电动执行机构。因为它们曾在过去使用过，所以项目团队最初倾向于使用电液执行机构。然而，基于所需的致动器的数量和由此产生的成本节省，节流电动致动器被选择并从上海自动化仪表股份有限公司订购。

安装和启动：

现场节流电动执行机构的初始安装和设置顺利进行，部分原因是现场技术人员已熟悉该技术 - 多个电动阀（MOV）已在同一管道上下安装。除了4-20 mA DC控制（与离散开/关控制信号相反）之外，标准MOV和节流电动执行机构之间的连接是相同的。

一切都顺利运行，直到管道启动。在启动几周后，电机热量开始在一半的执行机构上跳闸。由于这不是一个理想的结果，因此开始进行调查。

启动发现：

执行机构跳闸电机热量的设定值在一小时内变化超过3,600次（执行机构额定值的两倍）。这是由于几个因素，包括：

比例 - 积分 - 微分（PID）控制方案；

管道系统响应时间；

使用严重的服务控制阀的特殊性；

控制系统的初始设置是每20毫秒需要时监控和更改设定值。节流电动执行机构无法跟上设定值的变化，这意味着执行器不断寻找其设定值，从而导致过热。

由于泵站之间的距离超过100英里，因此管道需要时间来稳定过程变化。控制方案必须考虑这一现实。客户收集数据点并确定不同管道运行的过程需要4-7秒，以使管道从设定点变化稳定（在图1中称为DT）。一旦控制阀发生设定值变化，管道就会像小的阶梯变化那样在降级的正弦波上作出反应，幅度为3-6 psig。

使用的严重服务控制阀的特殊双曲线特性也提出了PID挑战。

图比较了双曲线Cv曲线与等百分比（EQ％）曲线和线性曲线。

解：

考虑到新发现的信息，确定了控制方案中的变化。第一个变化涉及进行100次原始压力扫描并在确定的DT时间段内对它们求平均值。这个新的时间加权和平均压力读数用于确定管道是否在其所需的压力设定点内运行。

第二个变化是对双曲线控制阀的软件行程限制，以保持阀门的运动实际上对过程压力产生影响的范围（图2）。

控制方案的最后一个挑战是站点出口以最大允许工作压力（MAWP）运行。每14.7 psi的压力消耗相当于管道成本的8％。

为了保持管道的设计参数，我们决定当工作站的出口达到MAWP时，控制系统会将控制阀设定值降低到低于MAWP 2 psig（图3）。

结果：

PID控制方案的改变意味着管道操作员可以在压力控制上以0.5％的精度运行管道，这远远优于旧式电液执行机构。该过程从每小时3,600次设定值变化变为30次，从而消除了执行机构的过热。同时，到目前为止，致动器的维护更具成本效益，几乎消失。

鉴于在第一个项目中实现了成本节约和性能，节流电动执行机构已成为参与此案例研究的管道公司的新标准。

结论：

电动节流执行机构是许多成功的过程控制环境的一部分。如果使用得当，并且在失效时可以接受失效电源，节流电动执行器可以为新项目节省大量成本。

建议：

以下是上海自动化仪表有限公司对液体管道控制阀节流电动执行机构的建议：

没有执行机构的行程应超过15秒。一个好的经验法则是每个标称阀门尺寸（英寸）3-6秒。

确保控制阀运行转矩基于节流的条件是已知的; 这些很容易超过阀门断裂扭矩。执行机构尺寸必须考虑到这一点。

当用于节流球阀时，应选择具有慷慨安全系数的执行机构。随着节流球阀随着时间的推移而磨损，特别是在非润滑精制产品线中，阀门扭矩将增加。执行机构尺寸应考虑到这一点。

确保任何PID控制方案都考虑了管道的反应时间。

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