石油化工控制阀.doc

石油化工控制阀.txt其实全世界最幸福的童话，不过是一起度过柴米油盐的岁月。一个人愿意等待，另一个人才愿意出现。感情有时候只是一个人的事，和任何人无关。爱，或者不爱，只能自行了断。 本文由共和村1贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 目 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 录 1 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 一个简单调节系统由以下几部分构成：调节对象、测量元件、 部分组成。在油田生产中，由于控制精度要求较低、干扰较少， 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。 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。 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。 据生产的需要来予以确定。 LC 干 扰 给定值 + - 调节器 调节阀 对象 被调参数 测量变送器 2 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、 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 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， 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 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 在原油外输中，一般都需要使用大功率的外输泵， 泵对其出口的流量大小有一定的要求。 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， 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。 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： 图及逻辑框图如下图所示： 3 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， 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， 为反作用。 是正作用 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， 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 的输出减小， 的输出增大， 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， 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。 的输出减小， 的输出同样减小， 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 和泵的排量在一定范围内波动。 位 和泵的排量在一定范围内波动。 LT 回流 LC 外输泵 外输 FIC FT 液位 给定值 + - LC LV + + FV FIC 泵的排量 液位 + 流量给定值 FT LT 4 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 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， 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 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。 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 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。 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 的调节阀多数采用气动调节阀。 两种. 两种. 薄膜式执行机构：这种机构输出特性是比例式的， 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， 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， 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， 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。 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， 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。 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， 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， 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。 应的改变，从而达到调节工艺参数的目的。 5 气动调节阀 气动调节阀结构和工作原理 如图所示, 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 其结构如图所示， 成。其结构如图所示，当调节器 发出的气压信号P增大时, 发出的气压信号P增大时,作用在 膜片上的向下推力增大, 膜片上的向下推力增大, 压缩弹 使阀杆下移, 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, 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， 成一定的比例关系。反之，当气 压信号P减小时，阀杆上移, 压信号P减小时，阀杆上移, 阀开 信号在20100kPa范围内变 大。信号在20100kPa范围内变 化时,阀门全程动作, 化时,阀门全程动作, 阀门从全开 到全关。 到全关。 6 气动调节阀结构图 从功能结构上看， 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。 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； 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， 构依靠这个行程来改变管道的阻力， 实现对流量的调节。 实现对流量的调节。下面分别讲述执 行机构和调节机构。 行机构和调节机构。 气动调节阀的结构图 7 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， 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， ，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。 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 则压力增大时，推杆向上移动，这种结构称为反作用。 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。 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， 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， 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， 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， 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) 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 10、 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、 600cm2六种规格 200、 六种规格 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、 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。 行选择。 8 气动薄膜执行机构 正作用式气动薄膜(有弹簧 执行机构 正作用式气动薄膜 有弹簧)执行机构 有弹簧 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 9 气动薄膜调节阀(直线行程) 气动薄膜调节阀(直线行程)实物图 仪表气源 气动薄膜执行机构 电气转换器 调节机构 阀门定位器 10 气动薄膜调节阀(角行程) 气动薄膜调节阀(角行程)实物图 自动/手动 气动薄膜执行机构 手动调压旋钮 电器转换器 阀门定位器 阀位指示 11 电/气转换器 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 电器转换器的功能是将自动控制PLC所发出的 所发出的420 DC或 电信号，转换为相应的标准气压信号： PSI（20100Pa） 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 (40200kPa)。通过I/P电器转换器. 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 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。 电器转换器是根据力矩平衡的原理工作的， 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， 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。 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。 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， 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， 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 。 12 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 阀门定位器是调节阀的主要辅助单元。 精度, 提高灵敏度, 阀门定位器还可以有较大的输出功率, 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。 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 输出的4-20 mA电信号或电 气转换器输出的气信号，产生 电信号或电/气转换器输出的气信号 阀门定位器接收 输出的 电信号或电 气转换器输出的气信号， 一个输出气信号，控制气动执行器， 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， 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， ：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 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， 改变调节阀的流量特性。 动；改变调节阀的流量特性。 阀门反馈连杆 阀门定位器 阀门开度指示 13 带阀门定位器的好处 14 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, 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： 场合： a) 阀前后差压较大时, 以克服不平衡力。 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 用在调节高压介质的场合, 增大的阻力。 增大的阻力。 c) 用在大尺寸的调节阀上。 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, 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。 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 要求控制质量和重要控制场合, 工作可靠。 工作可靠。 15 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 P1、 不相等时， 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 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。 。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。 400mM)， 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。 与大口径、高压差调节机构配用。 气动活塞执行机构图 16 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 气动活塞式执行机构的输出特性有比例式和两位式两种。 输入信号压力与推秆位移成比例关系， 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。 ，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， 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25mm 极端位置。两位式执行机构的行程一般为25mm100mm 气动活塞执行机构 阀门定位器 I/P转换器 调节机构 过滤器 17 18 调节机构 我们使用的调节机构如节下图。 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。 ，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 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 改变间隙的流通阻力，从而调节流体流量。 动，改变间隙的流通阻力，从而调节流体流量。 19 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： 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。 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： 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, 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。 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。 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, 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。 门处于全开还是全关最为安全, 是气动调节阀的选型原则。 20 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， 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。 ，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 ，其结构简单，加工方便，具有快开特性，可作 平板型阀芯 见图(a)，其结构简单，加工方便，具有快开特性， 两位调节用。 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 柱塞型阀芯 可分上、下双导向和单上导向两种。 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。 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 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。 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， 流量调节阀，可采用球型、针形阀芯，见图 ，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。 。柱塞型阀芯的阀特性，常见的有直线特性和对数特性两种。 21 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. 相对流量 相对开度 22 电动执行机构 电动执行机构接收调节器来的4 20mA电流信号， 20mA电流信号 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。 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， 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。 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、 种执行机构实际是一个整套系统，包括信号比较、功率放 单相低速同步电动机、 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， 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， 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。 装在现场。 23 电动执行机构 1)、 1)、伺服放大器 伺服放大器采用380v交流电源， 380v交流电源 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4 20mA信号相比较， 20mA信号相比较 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， 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。 机转动。 2)、 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。 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。 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， 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。 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4 20mA电流，送入到伺服放大器中作比较用， 20mA电流 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。 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。 馈电路的性质决定，一般是线性关系。 24 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。 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， 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， 转手轮挂上离合器，此时松开手柄，手柄将回到初始的位 手轮将保持啮合状态，旋转手轮，开启或关闭阀门， 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， 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。 状态。 完成了执行器的设定后，可以进行电动操作， 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， 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； 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； 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。 色选择器锁定在停止状态,可防止现场或远程的电动操作。 25 电动马达阀实物图 ROTROK电动执行器 电动执行器阀位指示杆 控制选择旋钮 电动执行器手轮机构 电动执行器开关旋钮 26 应急关断阀（ 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, 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 电磁阀通电) 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, 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,