阀门定位器受震动的影响及预防

阀门定位器受震动的影响及预防

谷亚辉 ， 闫恒瑞

中海石油（中国）有限公司天津分公司， 天津 300450

摘要：阀门定位器是调节阀主要的配套元件，它与执行器配合使用，从而保证调节阀位置依照控制器给定信号正确输出。本文主要分析阀门定位器的作用，给出了阀门定位器的分类，对阀门定位器在震动环境下的影响进行了分析，并给出了相关解决方法，总结出预防阀门定位器在震动环境下产生影响的措施。

关键词：阀门定位器；震动；影响；预防策略

1 引言

调节阀是自动化工业中非常重要的、必不可少的终端调控元件，在工业自动化过程中起着关键作用。阀门定位器是调节阀主要的配套元件，它将生产现场的工艺参数和控制器设定值进行比较，利用二者的偏差通过相应算法对终端执行器进行控制，从而达到对生产工艺参数精确控制的目的。然而在化工行业中，生产现场不但存在高温、高压、高速等环境，更有高频振动的环境，很多仪表设备在抗震性能方面表现出工作不稳定、误动作，甚至损坏的情况。阀门定位器作为石油化工生产中最常用到的仪表之一，因此，研究阀门定位器受到震动时所产生的影响十分必要。本文从阀门定位器的作用和原理出发，进行了一系列的分析、评估，分析震动对于阀门定位器的影响，从而提出相应的预防策略，为阀门定位器装置的稳定发展提供参考。

2 阀门定位器

2.1 阀门定位器的作用

阀门定位器是针对调节阀设计的控制器，它的基本控制原理依然是负反馈，将阀位控制量和阀位反馈量进行比较，提高了调节阀调节的快速性和准确性。不带定位器的执行器，阀位控制量直接输入到执行机构模腔内，不与阀位反馈量相比较，并与弹簧力相互作用，推动调节阀阀杆移动，属于开环控制，控制过程误差大，效率低，只能用于对生产过程要求不太严格的工况条件下；而带定位器的执行器，是将控制量与阀位反馈量相比较，利用其差值经过相应的算法对调节阀阀开度进行精确控制，属于闭环控制，控制精度和控制效率上更高。阀门定位器种类较多，工作方式也各不相同，但基本上都包括三大功能：①输入，承担测量输入量并将其输入到控制器的任务；②比较，比较环节在控制系统闭环控制过程中非常重要，没有比较就没有偏差，没有偏差就没有控制，阀门定位器比较装置就是把阀位控制量与阀位反馈量进行比较，直到反馈量与输入量相一致；③反馈构件，将生产现场的非电物理量转变为电量并传递给输入部分，直至达到平衡状态为止。

2.2 阀门定位器的分类

阀门定位器按输入信号分为气动阀门定位器和电气阀门定位器。气动阀门定位器的输入信号是标准气信号,其输出信号也是标准的气信号。电气阀门定位器的输入信号是标准直流电流（4~20mA）或直流电压信号（1~5V） ,在电气阀门定位器内部将电信号转换为电磁力,然后控制气动元件输出气信号,控制阀门开度。阀门定位器的分类方法很多,主要可按下列四种方式分类：①按动作的方向分为单向阀门定位器和双向阀门定位器。单向阀门定位器用于活塞式执行机构时,阀门定位器只有一个方向起作用,双向阀门定位器作用在活塞式执行机构气的两侧,在两个方向起作用。②按输入和输出信号的增益符号分为正、反作用阀门定位器。正作用阀门定位器的输入信号增加时,输出信号也增加,增益为正。反作用阀门定器的输入信号增加时,输出信号减小,增益为负。③按输入信号的类型分为普通阀门定位器和现场总线电气阀门定位器。普通阀门定位器的输入信号是模拟气压或电流、电压信号,现场总线电气阀门定位器的输入信号是现场总线的数字信号。④按是否带控制运算模块分为普通电气阀门定位器和智能电气阀门定位器。

3 阀门定位器受到震动的影响

在高频振动环境下，阀门定位器可能会出现故障，技术人员应当及时掌握解决及预防这些故障的方法。

3.1 控制信号变化

在排除了阀体因素的情况下，调节阀仍然无法进行动作，这是低温、高频振动环境下阀门定位器运行过程的常见问题。具体处理方法在于，重点针对阀位反馈器检查，包括其是否能自由动作、电信号连续性是否中断等。

3.2 阀位控制失灵

在采油生产流程的阀门定位器的使用中，有一次发生了阀位控制失灵的情况。表现为小信号停止动作，大信号处于全关状态，笔者经反复调校仍然无法使其恢复正常，经过一番检测后发现，阀门定位器中的反馈杆与定位器内部信号连接不正常，转换部分变成了非接触感应连接形式，反馈杆能够进行任意角度旋转，导致了反馈杆和阀杆连接间距过远，超过180度，后重新安装并调校后恢复正常工作。

3.3 小开度振荡

高频振动环境下，调节阀很容易出现小开度振荡，处理方法可以选择避免小开度运行，将气关型更改为气开型。假如当前使用的是智能阀门定位器，那么小开度震荡问题解决变更为简单，只需要修正一下参数设置，震荡现象便能够得到很大的改善。

3.4 阀门定位器无法正常通讯

由于低温环境会对精密电子仪器造成一定影响，无法正常通讯也成为了常见问题之一，可以对现场电力情况进行检查，有效电压能否大于12V，输出阻抗是否低于2500Ω，导线电容荷载，输入信号是否低于4mA等。

4预防阀门定位器震动影响的措施

4.1优化阀门定位器安装

（1）在进行阀门定位器现场安装时，需要对工作环境做出一定判断，包括震动环境、气温条件、湿度条件等，还要能够承受一定限度的尘埃、油污和水蒸气，这些因素都可能对阀门定位器产生影响。例如：颗粒最大直径3Lm，不可以出现油污，露点在环境温度下10℃。FISHER生产的DVC6010系列则要求配用能够过滤40Lm直径颗粒的空气过滤器。

（2）阀门定位器容易受到外界强烈的振动和冲击，而我们要尽可能地避免这些能引起振动的外界诱因，比如通过对管线和结构的振动分析和处理，达到减震的目的。

（3）防凝措施：震动环境会造成阀门定位器密封不严，如果使用环境高温高湿，或阀门定位器长时间不工作，应采取措施防止定位器内产生凝结水，比如内部增加干燥剂，定期检查密封圈完好性。

（4）控制温度：如果阀门定位器在规定外的温度下使用，密封材料会很快退化使定位器不能正常工作，所以需要在规定的温度内进行使用。

4.2 使用分体式定位器

如果现场的工作环境异常苛刻，且不能够避免震动情况，建议使用分体式阀门定位器，将其安装在震动相对最小的位置，而且即使位置传感器损坏，更换成本比一台定位器要小得多，不仅仅能够节省相应的成本，还可以降低振动的损坏器件。

结束语

阀门定位器作为调节阀的主要附件之一，可以改善阀门特性、提高控制的精度、速度和增加控制的灵活性，但是容易受到震动环境的影响。本文在阀门定位器的原理基础上，分析得出了阀门定位器受到震动环境的影响，并给出了相应的预防措施，从而保证阀门定位器元器件的稳定运行。

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