石油化工控制阀

目 录,自动控制理论 执行器种类 气动控制阀 气动薄膜调节机构 气动活塞调节机构 电动控制阀 油田常用阀,自动控制理论,简单调节系统 一个简单调节系统由以下几部分构成：调节对象、测量元件、调节器和执行器几部分组成。在油田生产中，由于控制精度要求较低、干扰较少，所以一般都采用简单控制系统。下图是一个简单调节系统的实物图及控制逻辑方块图。在生产中选择的被控参数为液位、流量、温度和压力。调节参数的选择都是根据生产的需要来予以确定。,自动控制理论,复杂调节系统 串级控制系统 串级控制系统是由其结构上的特征而得名的它是由主、副两个调节器串接工作的主调节器的输出作为副调节器的给定值，副调节器的输出去操纵调节阀，以实现对主变量的定值控制 串级控制系统举例 在原油外输中，一般都需要使用大功率的外输泵，而外输泵对其出口的流量大小有一定的要求。因而既要满足分离器的液位要求，又要保证泵流量一定，所以油田生产中一般都采用控制泵回流的方法来保证泵的排量。其实物控制图及逻辑框图如下图所示：,在控制图中FIC是正作用，两个调节阀都是气关阀，LC为反作用。当液体升高时， LC的输出减小，外输流量增加，从而引起泵的流量升高，FT的输出增大，FIC的输出增大，回流阀关小，从而使泵的回流量下降；当液位减小时，LC的输出增大，外输流量减小，从而引起泵的流量降低，FT的输出减小，FIC的输出同样减小，则回流量增大。这样就保证了液位 和泵的排量在一定范围内波动。,执行器种类,、执行器在自动控制系统中的作用 执行器在自动控制系统中的作用就是接受调节器发出的控制信号改变调节参数，消除偏差，把被调参数控制在所要求的范围内，从而达到生产过程自动化因此，执行器是自动控制系统中一个极为重要而又不可缺少的组成部分。 2、调节阀按其动力源可分为三种：气动调节阀, 电动调节阀，液动调节阀。油田用的调节阀多数采用气动调节阀。气动调节阀分薄膜式执行机构和活塞式执行机构两种. 薄膜式执行机构：这种机构输出特性是比例式的，即输出位移和输入气压信号成正比关系。当信号压力输入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使推杆移动并压缩弹簧，当弹簧的反力与信号在薄膜上产生的力平衡时，推杆就稳定在一个新的位置。信号压力越大，推杆位移量越大，推杆的位移就是执行机构的直线位移，也称行程。 活塞式执行机构：它的活塞随气缸两侧压差而移动，在气缸两侧输入一固定信号和一变动信号，也可都输入变动信号。它输出特性有比例式和两位式两种。 调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系统，通过介质的流量也可相应的改变，从而达到调节工艺参数的目的。,气动调节阀,气动调节阀结构和工作原理 如图所示, 气动调节阀由上部产生推力的执行机构和位于下部调节介质流量的调节机构两部分构成。其结构如图所示，当调节器发出的气压信号P增大时,作用在膜片上的向下推力增大, 压缩弹簧, 使阀杆下移, 直至与弹簧反作用力重新达到平衡。这就是说,阀杆下移的距离与输出信号的压力成一定的比例关系。反之，当气压信号P减小时，阀杆上移, 阀开大。信号在20100kPa范围内变化时,阀门全程动作, 阀门从全开到全关。,气动调节阀结构图,气动调节阀的结构图,从功能结构上看，执行器由执行机构和调节机构两部分组成，见下图。执行机构按调节器送来的操作信号产生相应的直线行程或转角行程；调节机构依靠这个行程来改变管道的阻力，实现对流量的调节。下面分别讲述执行机构和调节机构。,气动薄膜执行机构,1、气动薄膜执行机构 气功薄膜执行机构分正作用和反作用两种形式，在下图中，操作信号从上端引入，当信号压力增大时，推杆向下移动，这种结构的执行机构称为正作用。如果将操作信号从下端孔引入，则压力增大时，推杆向上移动，这种结构称为反作用。 较大口径的调节阀都采用正作用式执行机构。信号压力通过波纹膜片的上方(正作用式)或下方(反作用式)进入气室，在波纹膜片上产生一个作用力，使推杆移动并压缩或拉伸弹簧，当弹簧的反作用力与膜片上的作用力相平衡时，推杆就稳定在一个新的位置。信号压力越大，作用在波纹膜片的作用力越大，弹簧的反作用力也越大，即推杆的位移越大。气动薄膜(有弹簧)执行机构的行程规格有10、16、25、40、60、100mm等。薄膜的有效面积有200、280、400、630、1000、l 600cm2六种规格有效面积越大执行机构的推力和位移也越大、可按实际需要进行选择。,气动薄膜执行机构,正作用式气动薄膜(有弹簧)执行机构,1上膜盖；2波纹膜片；3下膜盖；4推杆；5支架；6压缩弹簧 7弹簧座；8调节件；9阀杆连接螺母；10行程标尺,气动薄膜调节阀(直线行程)实物图,气动薄膜执行机构,电气转换器,阀门定位器,调节机构,仪表气源,气动薄膜调节阀(角行程)实物图,自动/手动,手动调压旋钮,阀位指示,电器转换器,阀门定位器,气动薄膜执行机构,电/气转换器,电/气转换器用途 I/P 电器转换器的功能是将自动控制PLC所发出的420 mA DC或1050 mA DC电信号，转换为相应的标准气压信号：315 PSI（20100Pa）或630 PSI (40200kPa)。通过I/P电器转换器. 电器转换器的基本原理 I/P电器转换器是根据力矩平衡的原理工作的，其工作原理如下图所示。当标准的电信号输入到转换器线圈，产生磁场，与外部的磁钢的永久磁场相互作用，产生合力，形成以某一支点为支点的角位移。使与线圈铁芯固定连接的挡板与喷嘴的距离变小或变大，相应的放大器的背压增大或减小。造成放大器输出气压的增加或减小。同时，输出气压又反馈回波纹管，波纹管作用与铁芯挡板的另一端，形成一个反馈作用力。这样，可以达到输入控制电信号与输出的气信号成线性比例。,阀门定位器,阀门定位器是调节阀的主要辅助单元。它是利用反馈原理来改善调节阀的定位精度, 提高灵敏度, 阀门定位器还可以有较大的输出功率, 克服阀杆摩擦力和介质不平衡力等影响, 从而能使其阀位开度准确无误。 阀门定位器接收DCS输出的4-20 mA电信号或电/气转换器输出的气信号，产生一个输出气信号，控制气动执行器，气动执行器动作后又将阀杆的位移情况反馈到阀门定位器信号输入端，从而使定位器和执行器组成一个闭环回路，其主要作用是：消除执行器薄膜和弹簧的不稳定性及可动部分摩擦的影响，提高调节阀的精度和可靠性，实现准确定位；增大执行器的输出功率，减少系统传递滞后，加快阀杆移动；改变调节阀的流量特性。,阀门定位器,阀门开度指示,阀门反馈连杆,带阀门定位器的好处,阀门定位器,阀门定位器用途 阀门定位器选用应视其所在调节系统的控制精度而定, 常用在下到场合： a) 阀前后差压较大时, 以克服不平衡力。 b) 用在调节高压介质的场合, 以克服高压密封紧密而使阀杆磨擦增大的阻力。 c) 用在大尺寸的调节阀上。 d) 当调节器与调节阀距离较远时, 以克服控制信号的传递滞后, 加快阀门的动作速度。 e) 要求控制质量和重要控制场合, 以提高调节的定位精度并保证工作可靠。,气动活塞调节机构,活塞执行机构如下图所示。当通入活塞上、下气室的压力P1、P2不相等时，活塞就会在压差作用下移动，带动推杆产生行程。这种执行机构的行程压力关系是两位式的。要得到线性关系须配装相应的阀门定位器。 与薄膜执行机构相比较，活塞执行机构的额定行程长(可达400mM)，输出力大。适合与大口径、高压差调节机构配用。,气动活塞执行机构图,气动活塞执行机构,调节机构,过滤器,I/P转换器,阀门定位器,气动活塞式执行机构的输出特性有比例式和两位式两种。所胃比例式是指输入信号压力与推秆位移成比例关系，这种执行机构必须带有阀门定位器，如图下图所示。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力之差完成的，活塞由高压侧推向低压侧，就使推杆由一个极端位置移动到另一个极端位置。两位式执行机构的行程一般为25mm100mm,调节机构,我们使用的调节机构如节下图。通过法兰将它安装在工艺管道上，流体从左边进入，经过流道及阀芯阀座间隙，从右边流出。阀芯通过阀杆与执行机构的推杆相连,推杆上下移动时阀芯也上下移动，改变间隙的流通阻力，从而调节流体流量。,气动调节阀选型原则,气动调节阀可分为气开式和气关式两种： 气关式：即当信号压力P20kPa时, 阀门开始关闭; 也就是有气时关,无气时开。气开式：与气关式相反, 即有气时开, 无气时关。 要实现气开和气关, 相应有两种办法： 1、改变执行机构的正反作用 将信号压力从上面引入, 气压高时阀杆下移叫正作用。 反过来如果信号压力从下引入, 则为反作用。 2、改变阀芯的正反形式 前者有阀芯下移时将通道关小, 后者则相反。 在生产中, 选用气开还是气关, 主要从生产安全角度考虑，即当气源中断, 阀门信号为零时, 阀门处于全开还是全关最为安全, 是气动调节阀的选型原则。,调节机构,阀芯形式 阀芯是调节阀最关健的部件。为了适应不同的要求，得到不同的阀特性，阀芯的形式多种多样，但一般分直线行程和角行程阀芯两大类。 1直行程阀芯 (1)平板型阀芯 见图(a)，其结构简单，加工方便，具有快开特性，可作两位调节用。 (2)柱塞型阀芯 可分上、下双导向和单上导向两种。图(b)左边两种用于双导向，特点是上、下可倒装，倒装后可使阀变正装为反装。图(b)右边两种为单上导向，它们用于角形阀、高压阀和小口径直通单座阀。对小流量调节阀，可采用球型、针形阀芯，见图(c)，或圆柱开槽型阀芯，见图(d)。柱塞型阀芯的阀特性，常见的有直线特性和对数特性两种。 ,相对流量,相对开度,阀前后压差一定时的流量特性称为理想流量特性或称固有流量特性。阀在调节系统使用时的流量特性，称为阀的工作特性或安装特性。铭牌上阀的特性是理想流量特性。调节阀的理想流量特性有快开、线性、抛物线和对数四种，见下图。但抛物线流量特性与对数流量特性较为接近前者可用后者来代替，而快开特性又主要用于位式控制和顺序控制，因而所谓调节阀流量特性的选择一般为线性特性与等百分比特性(对数特性)的选择.,电动执行机构,电动执行机构接收调节器来的420mA电流信号，通过电动机的正、反转产生推杆的直行程或角行程。因为输入电流信号功率小，不可能驱动电机转动，所以要配备功率放大器，构成一个以行程为被调参数的自动调节系统。这种执行机构实际是一个整套系统，包括信号比较、功率放大、单相低速同步电动机、减速传动机构和位置反馈电路等几部分组成。前两部分集中在一块仪表中，称为伺服放大器，后三部分集中在一起，一般被简称为执行机构，安装在现场。,电动执行机构,1)、伺服放大器 伺服放大器采用380v交流电源，将调节器送来的和位置反馈电路送来的两个420mA信号相比较，将偏差放大后触发正或反转可控硅电路，输出足够功率的电流以驱动电机转动。 2)、执行机构 执行机构中的低速同步电动机按照伺服放大器输出的驱动电流发生相应的正反转。传动机构把电机转子的转动转换成推杆的角行程，同时减速以增大力矩。传动机构还带有制动轮和制动盘，以便在断电或无驱动电流时保持原行程。位置反馈电路利用差动变压器把推杆的实际行程转化成420mA电流，送入到伺服放大器中作比较用，以保证调节器送来的电流信号成要求的关系。这种关系由位置反馈电路的性质决定，一般是线性关系。,电动马达阀,执行器可进行手动操作和电动操作，且有阀位显示。手动操作过程：压下手动/自动手柄，使其处于手动位置，旋转手轮挂上离合器，此时松开手柄，手柄将回到初始的位置，手轮将保持啮合状态，旋转手轮，开启或关闭阀门，到执行器由电动操作时，手轮将自动脱离，回到电机驱动状态。 完成了执行器的设定后，可以进行电动操作，红色选择器可选择现场、远程和停止状态，当红色选择器定位在现场控制时，相邻的黑色旋钮可选择开启或关闭阀门；旋转红色旋钮至远程控制位置时，远程只能控制开或关；红色选择器锁定在停止状态,可防止现场或远程的电动操作。,电动马达阀实物图,ROTROK电动执行器,电动执行器手轮机构,电动执行器阀位指示杆,电动执行器开关旋钮,控制选择旋钮,应急关断阀（ESD）,关断阀由控制气源来控它的工作状态, 气源的通断又是通过遥控电磁阀来控制, 在无关断信号(电磁阀通电)时, 气源供给正常, 关断阀处于正常工作位置.一旦接收关断信号, 电磁阀失电, 切断气源供给, 关断阀放气, 关断阀关闭或打开。关断阀的开启/关闭状态, 可由触点开关的闭合/断开发出信号, 将该信号传送至中控进行显示。,减压阀,电磁阀,手轮,放空阀(BDV),电磁阀,减压阀,开关阀(KV),关阀电磁阀,开阀电磁阀,气动控制阀,开关阀(KV),开阀指示磁开关,关阀指示磁开关,自力式压力调节阀,自力式压力调节器是利用调节对象的自身压力变化, 直接作用在调节机构(阀门)上, 达到调节压力目的。它具有结构简单, 操作方便, 无需外来能源, 自身进行调节。自力式调节器分为两种：一是调节进口压力的调节器, 当阀前的压力超过设定点的时候，调节筏开启，释放压力，使阀前的压力处于恒定；如果阀前压力低于设定点时，调节阀关小，使阀前压力增