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常熟市常陽儀表科技有限公司

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單回路波動的分析

日期：2025-05-10 08:03

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摘要：

節: 單回路壓力調節系統波動的主要原因　　
　　在我廠調節系統絕大多數由DCS實現,以電動儀表為主。一個典型的單回路壓力調節系統主要由測量變送、DCS調節器、執行器、工藝對象四部分組成,通常有自動(AUT)和手動(MAN)兩種狀態,分析其在日常生產中波動的原因,無非就是從這些方面考慮,即“兩個狀態四個部分”。 CRT儀表打CAL(校驗)或停掃描(SCAN),在CRT上是看不到波動的。
　　調節系統波動有輸入側(測量變送)造成的波動,有自動 (AUT)狀態下調節器(PID參數)造成的波動,有輸出側(I/P、VP、執行器V)造成的波動,有工藝方面造成的波動,波動有大有小,有快有幔,有正常波動和非正常波動之分,我們這里所說的波動是工藝不允許的非正常波動,需要儀表工分析、判斷、處理。
　　分析調節系統波動的原因,經驗告訴我們,首先向工藝人員問清情況,了解清楚,在CRT上調出有關的歷史趨勢畫面和儀表調整畫面,認真觀察,分析判斷, 首先要排除或認定是不是工藝造成的波動。如果不是工藝原因,則再分析儀表原因,判斷是自動(AUT)狀態波動,還是手動(MAN)狀態波動,或自動 (AUT)和手動(MAN)兩種狀態都波動。如果**動(MAN)狀態也照樣波動,則與調節器PID參數和正反作用關系不大,應先查輸入側,后查輸出側; 如果手動(MAN)狀態不波動,打自動(AUT)狀態就波動,則重點查調節器PID參數和輸出側;如果自動(AUT)和手動(MAN)兩種狀態都波動,則重點查輸入側、輸出側和工藝側。

實踐中,分析調節系統波動的原因,完全憑個人的經驗和技術,遇到類似問題后,有些人無從下手,有些人盲目下手,往往找不到問題的根源,甚至誤判斷弄出事來。分析調節系統波動的原因,方法要對頭,思路要清楚, 從每一部分(側)入手,逐一查找和排除,終找出問題的根源,對癥下藥。一般常見的主要原因歸納如下:

一. 輸入側(測量變送部分)
1. 取壓問題:導壓管、根部閥(排放閥或接頭等)和變送器漏、堵、凍、結晶、過熱氣化等;取壓點安裝選位不當,如距泵出入口、調節閥太近等(屬原始情況) 。
2. 變送器問題:如膜盒變形、電路板故障、線性阻尼**、元件松動或虛接、電磁干擾、震動等環境影響。
3. 線路問題: 雨水潮濕、溫高、老化,線路虛接、短路、接地、絕緣破皮(鼠咬)、電磁干擾、環境影響、電源電壓有問題。
4. 計算機問題:**柵有問題,信號調整卡有問題(為變送器提供+24VDC電源并接收4-20mADC電流信號),I/O卡有問題(可能性不大)。

二. DCS調節器
1. 常見的原因就是調節器P、I、D參數整定不合理,引起(波動)振蕩。PID參數的整定,經驗是非常重要的,需小心謹慎、耐心穩妥地在CRT調整畫面上進行整定。
2. 調節器正反作用不對,或DCS內部軟件生成有問題(可能性不大,初期可能有)。

三. 輸出側(I/P、VP、V部分)
1. 調節閥(執行器V)問題:
①.閥芯(頭)脫落,閥桿斷或彎曲不同心, 蝶閥銷子斷;
②.閥芯與閥座或襯套溫度高卡(抱)死,或管道有異物卡住或墊起;
③.膜片破裂或氣缸串氣,膜頭排氣孔堵,或“O”型環磨損老化漏氣;
④.閥門彈簧沒調整好,損壞或閥架斷裂;
⑤.閥門正常處于極限位置,調節無余量,選型不對或工藝付線閥有開度;
⑥.閥桿磨檫力大(如填料緊),產生遲滯現象;
⑦.閥桿過長或過短,閥門行程不夠,噪音大;
⑧.閥門泄漏量過大,閥門導向套磨損嚴重;
⑨.閥芯沖涮嚴重或腐蝕壞,閥桿連接塊不牢或不當;
⑩.閥門被限位,或手輪沒釋放限死,或電磁閥沒復位有問題。
2. 閥門定位器(VP)問題:
①.氣源壓力過低或過高,(減壓閥、接頭、管、定位器)嚴重漏氣;
②.定位器本身噴嘴擋板、節流孔、放大器等臟、堵、失靈故障;
③.反饋件(銷)安裝連接不合理,固定不好,犟卡或震動脫落;
④.定位器內部機械件松動、疲勞、老化,振蕩;
⑤.定位器沒有校驗好,在線調亂。
3. 電氣轉換器(I/P)問題:
①.氣源壓力過低或過高,(減壓閥、接頭、管、I/P)嚴重漏氣;
②.電氣轉換器本身噴嘴擋板、節流孔、放大器等臟、堵、失靈故障;
③.環境影響如震動、溫高、雨水潮濕、電磁干擾等;
④.電氣轉換器內部機械件松動、疲勞、老化,振蕩;
⑤.電氣轉換器沒有校驗好,在線調亂。
4.線路問題: 雨水潮濕、溫高、老化,線路虛接、短路、接地、絕緣破皮(鼠咬)、電磁干擾、電源電壓有問題。
5. 計算機問題:**柵有問題,信號調整卡有問題,I/O卡有問題(可能性不大)。

四. 工藝方面
1. 工藝系統不穩或不正常,造成測量參數大幅度波動;
2. 關聯性調節系統不穩,波及本系統波動;
3. 工藝參數給定不當;
4. 操作工操作不當,或加減負荷不穩造成波動。

*二節: 調節閥失靈或工藝反應不好用的常見故障
調節閥安裝在現場,直接與介質接觸,高溫高壓、極冷強腐、結晶易滲,條件惡劣,它的質量和可靠性不僅影響調節品質,而且還影響到生產系統的**和環境污染。有些場合迫切需要自動控制,卻常常因調節閥不能滿足現場要求而無法實現,例如調節閥經常出現的卡死、膜片破、動作遲鈍、泄漏大、推力不夠、閥關不嚴、調節范圍小、振動、嘯叫、外泄漏等。
常見的調節閥有單座閥、雙座閥、套筒閥、角閥、三通閥、蝶閥、球閥、全功能超輕型閥等,特殊閥有高壓閥、高溫閥、耐腐閥、速動切斷閥等。
往往調節閥的故障概率高于其他儀表,而儀表工分析判斷故障,必需熟知了解調節閥的常見故障。閥門定位器和手輪是調節閥的一部分。
1.調節閥(執行器V)問題:
①.閥芯(頭)脫落,閥桿斷或彎曲不同心,蝶閥銷子斷;
②.閥芯與閥座或襯套卡(抱)死,或閥體內有異物(或結晶)卡住或墊起;
③.膜片破裂或氣缸串氣,膜頭排氣孔堵,或“O”型環磨損老化漏氣;
④.閥門彈簧沒調整好,損壞或閥架斷裂;
⑤.閥門正常處于極限位置,調節無余量,選型不對或工藝付線閥有開度;
⑥.閥桿磨檫力大(如填料緊、溫度高),動作遲鈍,執行機構輸出力不夠;
⑦.閥桿過長或過短,閥門行程不夠,噪音大;
⑧.閥門泄漏量過大,閥門導向套磨損嚴重;
⑨.閥芯沖涮嚴重或腐蝕壞,閥桿連接塊不牢或不當;
⑩.閥門被限位,或手輪沒釋放限死,或電磁閥沒復位有問題。
2.閥門定位器(VP)問題:
①. 氣源或輸入信號壓力有問題,過低過高波動,及減壓閥、接頭、管、定位
器等嚴重漏氣;
②.定位器本身噴嘴擋板、節流孔、放大器等臟、堵、失靈故障;
③.反饋件(銷)安裝連接不合理,固定不好,犟卡或震動脫落;
④.定位器內部機械件松動、疲勞、老化,振蕩;
⑤.定位器沒有校驗好,在線調亂。
5. 工藝方面:
①. 管道內有異物(或介質結晶)把閥芯卡住或墊起,包括設備管道工藝吹除不干凈;
②. 工藝正常偏離了設計工作條件, 調節閥不能正常工作;
③. 工藝系統不正常;
④. 工藝操作不當,如:付線開度不當,手**作不當等。

*三節.各種調節閥（含風門）及定位器的校驗和維護經驗介紹
調節閥是調節系統的重要環節,一旦調節閥出現故障,整套調節系統就失靈.所以,對調節閥的校驗、維修要認真仔細,下面就幾種閥門類型進行闡述。
1、氣動薄膜調節閥
a.帶定位器的氣動薄膜調節閥
在校驗這類閥門時,首先確定氣源壓力,然后按規程校驗,保證其線性、靈敏度達到規定要求。特別注意的是在閥門定位器安裝時,當閥門在50%開度時定位器的反饋臂必須在水平位置。
b.無定位器的氣動薄膜調節閥
無定位器的氣動薄膜調節閥在校驗時特別注意調節閥的信號范圍,在品牌上標有彈簧范圍即信號范圍,然后按信號范圍進行校驗。
2、氣缸式調節閥
氣缸式調節閥具有輸出功率大、動作靈敏等優點.在校驗時首先確定氣源壓力,然后按規程校驗。如果發現線性不好、有跳躍現象,請對氣缸做氣密性實驗,檢查氣缸、活塞、接頭等是否漏氣,如果故障還沒消除,則可能是閥門的填料太緊所致,處理填料既可正常。
3、風門執行機構
風門執行機構是一種特殊閥門,在校驗這類閥門時首先確定氣源壓力,然后按規程校驗,此類閥門隨有定位器,但線性不太好,只要滿足工藝要求既可。在巡檢時要注意各接頭是否漏氣,氣源壓力是否正常,機械傳動部分要定期加潤滑油。
4、調速器
機組調速器是一種特殊的調節裝置,它分為執行機構和油動機兩部分,儀表負責執行機構部分。在校驗時首先確定氣源壓力、氣墊壓力,然后按規程進行校驗滿足工藝要求,在巡檢時要特別注意氣路管線是否有泄漏現象,一旦發現要及時處理。
5、隔膜閥
隔膜閥是兩位式閥門,校驗時首先確定氣源壓力,然后檢查動作是否靈活、到位。如果有異常請檢查隔膜是否破裂、填料是否正常。
6、電磁切斷閥
電磁切斷閥包括機組停車電磁閥、和燃料系統的天然氣切斷閥。這類閥門為兩位式,校驗時要特別注意電源電壓是否正常,動作是否靈活、到位,有無泄漏現象等。
7、氣開閥和氣關閥的改變
氣開閥和氣關閥是閥門的固有屬性,在閥門制做時已經確定,只有改變執行機構才能改變氣開、氣關;如果是氣缸式調節閥則可以通過改變上下氣缸信號的位置既可。如果改變定位器或調節器的正、反作用是不能改變氣開和氣關的。
8、放空閥和防喘振閥
放空閥和防喘振閥在工藝正常時均為關閉狀態,在校驗這類閥門時要特別注意工藝介質壓力對閥芯的作用力,通過計算得出閥門的啟動值,對氣關閥不一定是 100KPa,可能是95kpA或90KPa ,氣開閥不一定是20KPa啟動,也可能是40KPa或50KPa,其目的是在工藝正常時確保閥門關閉可靠且動作良好。確定啟動值的方法應該是科學計算, 但實際中有一定的難度,往往是根據經驗確定一個較為保守且合理的啟動值,往往對氣開閥定為25～35KPa為啟動值；對氣關閥定為85～95KPa為經驗啟動值。
例題: 一臺氣開式高壓調節閥,帶定位器,輸入20～100KPa,輸出40～200KPa,閥前后壓差為30000KPa,閥芯直徑8mm,閥行程20mm,膜頭有效面積280cm2,閥摩擦力30Kgf。在常壓下校驗此閥,問達到什么程度,投運后才能正常工作？
解：（1）校行程。即輸入20～100KPa,使輸出為40～200KPa,閥走完全行程20mm。
（2）校驗啟動壓力（流開型）
Po= （△P×πr2+F摩+Fe）/Ae
=（300×π（0.4×0.4）＋30＋280×0.05）/280
=70Kpa
式中的Fe為閥座的壓緊力,一般取Fe=0.05Ae
求出啟動值后,按下法調校：
（1）輸入信號20～100KPa,調整定位器零點,使輸出為零（40KPa）
（2）壓縮彈簧,輸入從20KPa 緩慢增加,直到輸出為70KPa,閥門開始啟動為止。

*四節聯鎖報警系統中有關各種儀表的校驗維護注意事項
1、變送器、傳感器、熱電偶（阻）類儀表
在聯鎖報警系統中,現場變送器、傳感器、熱電偶（阻）把工藝參數轉換為模擬電信號送入DCS系統,在DCS系統中利用順控功能實現聯鎖保護及報警,所以在維護這類儀表時必須做好以下幾方面的工作：
a、辦理聯鎖切除工作票,讓調度及工藝人員了解情況。
b、在CRT上切除現有相應聯鎖。
c、熟悉了解所維護的儀表與其它調節系統之間的關系,防止誤動作。
d、在CRT上把所維護的儀表打成MAN和CAL狀態。
e、對現場儀表進行維修校驗。
f、校驗維護完畢,觀察和比較K5值正常后,在CRT上解除CAL狀態,調節系統置AUT。
g、經觀察參數正常無誤后,辦理聯鎖投用票,投運聯鎖。
2、壓力開關和浮球類儀表
在校驗維護現場壓力開關和浮球開關時,按以下步驟進行：
a、辦理聯鎖切除工作票。
b、在CRT上切除相應聯鎖。
c、對現場開關進行校驗維護。
d、經檢查確認無誤后,辦理聯鎖投運票,在CRT上投運聯鎖。
3、聯鎖電磁閥的檢查維護
聯鎖電磁閥分為常帶電和常不帶電。
a、常帶電電磁閥
在檢查維護這類電磁閥時,由于電磁閥常帶電,所以,電磁閥有溫升現象,用手感覺即知。如果溫升嚴重,說明電磁閥線圈部分有故障,需及時更換,在更換電磁閥時確保閥門處于**位置。
b、常不帶電的電磁閥
在維護這類電磁閥時,線路及線圈部分出現問題不易被發現,必須進行實際測量
測試時包括線路通斷、絕緣測試,在測試時確保閥門處于**位置。
4、無聯鎖切投開關的聯鎖系統的維護
無論是輸入信號采取“硬措施”還是對動作側采取“硬措施”首先要熟悉聯鎖原理,工作時要小心翼翼,絲毫不能馬虎！
沒有聯鎖切投開關的聯鎖系統為防止誤動作,現場要采取“硬措施”如電磁閥插銷子,調節閥手輪限位或固定閥桿；電機置MAN位置,或在輸入信號側采取“硬措施”例如：根據常開或常閉觸點用短路后開路方法,然后再進行維護。

*五節法蘭式變送器的正確使用及校驗

用變送器測量液位的方法
一.單法蘭測液位。
1.單法蘭測敝口容器的液位。

a.如圖(a)所示的測量方法，即零液位與法蘭平齊則該變送器無遷移，其差壓范圍為0~gh
b.如圖(b)所示的測量方法,即零液位在法蘭口以上，則變送器有正遷移，其差壓范圍為h0g~g(H+h0)
2.單法蘭差變送測密閉容器的液位。

此類液位測量系統其負壓側必須充滿與被測介質相同〔也可不同〕的冷凝液。
如圖(c)所示，當液位為零時P+=P0 P-=ρgH1 +P0 其差壓為P1＝P＋－P－＝－ρgH1
當液位為100％時，P＋＝ρgH+P0 P－=ρgH1 +P0
其差壓為 P2 ＝P＋－P－＝ρgH－ρgH1
所以該變送器的差壓范圍為－ρgH1 ~ρgH
如圖(d )所示，液位零點在法蘭口以上h0處，即當液位為零時，P＋=ρgh0+P0 P－＝－ρgH1
其差壓為：P1＝P＋－P－＝ρgh0－ρgH1 =ρg(h0-H1)
當液位為100％時，P＋ =ρg(H+h0)+P0 P－＝ρgH1 +P0
此時差壓為，P2＝P＋－P－=ρg(H+h0)－ρgH1 =g(h+h0－H1)
該變送器差壓范圍為：ρg(h0－H1)~ ρg(h+h0－H1)

二.雙法蘭差壓變送器液液位。

此類變送器測密閉容器的液位，如圖(e)所示，液位零與下法蘭口平齊，液位上限與上法蘭口平齊
當液位為零時：P＋＝P0 （氣相壓力〕P－＝ρ0 gH＋ρ0
其差壓為：P1＝P＋－P－＝－ρ0 gH
當液位為100％時，P＋ρ gH＋ρ0 P－＝ρ0 gH＋ρ0
其差壓為：P2＝P＋－P－=ρgH＝gH（ρ－ρ0 〕
如圖(f )所示，零液位在下法蘭口之上h0處，
當液位為零時，P＋＝ρgh0＋ρ0 P－＝ρ0 gH＋ρ0
其差壓為：P1＝P＋－P－＝ρgh0－ρ0 gH
當液位為100％時，P＋＝ g（H1＋h0)＋0 ＝gH＋0 P－＝0 gH＋0
其差壓為：P2＝P＋－P－=ρgH－ρ0 gH=gH（ρ－ρ0 〕
所以該變送器差壓范圍為：（ρgh0－ρ0 gH〕~gH（ρ－ρ0 〕

注：此類測量方法，當上下法蘭位置確定后變送器的安裝位置與差壓范圍無關。
三. 利用差壓變送器測量液位。
1,測敝口容器的液位

如圖(g)所示,當液位為零時,P＋=P0 P－=P0
當液位為100%時,P＋=ρgH＋P0 P－=P0 P1＝0 P2＝P＋－P－=ρgH
所以差壓變送器的差壓范圍為：0~ρgH

如圖(h)所示,當液位為零時,P＋=ρ gh0＋P0 P－=P0 差壓 P1＝P＋－P－=ρgh0
當液位為100%時,P＋=g（h0＋H)＋P0 P－=P0 差壓 P2＝P＋－P－=ρg（h0＋H〕
所以差壓變送器的差壓范圍為：ρgh0~ρg（h0＋H)

2 測密閉容器的液位

利用差壓變送器測密閉容器的液位時，其負壓側一般為與所測介質相同的冷凝液。
如圖(i)所示，當液位為零時，P＋=P氣 P－=P氣＋ρgH 差壓為P1＝P＋－P－=－ρgH
當液位為100%時,P＋=ρgH＋P氣 P－=P氣＋ρgH 差壓為P2＝P＋－P－=0
所以，該變送器的差壓的范圍為：－ρgH~0
如圖(j)所示，當液位為零時，P＋=P氣＋ρgh0 P－=P氣＋ρg （H＋h0)
差壓為P1＝P＋－P－=ρgh0 －ρg （H＋h0)=－ρgH
當液位為100%時,P＋=ρg（H＋h0)＋P氣 P－=P氣＋ρg （H＋h0)
差壓為P2＝P＋－P－=0
這也充分證實了只要上下取壓點確定以后，變送器的安裝位置與變送器的差壓范圍無關。
注：變送器只能安裝在下取壓點以下任意位置。
四. 差壓計算過程中的單位確定.
介質密度單位為kg/m3,重力加速度單位m/s2液位高度單位為米(m)
所以:ρghH=kg/m3×m/s2×m=kg/m2．m/s2=kg．m/s2×1/m2=N/m2=Pa
如果給出其它單位制,應轉化為標準計量單位制.
五雙法蘭差壓變送器的校驗方法
設雙法蘭差壓變送器的差壓范圍為－A~B
1,利用一套定值器校驗
a,兩法蘭面在同一個水平面上。
利用一套定值器，別將變送器的兩個膜盒加信號，
即：將－A~B等分為五等份，分別使變送器感受這五個差壓值，觀察變送器的輸出是否符合要求，如果超差，應進行相應的技術調整。
b,將負壓側法蘭掛起一高度，使上法蘭間距與現實際相同

向變送器加的信號為實際液位變化范圍所產生的差壓值即0~ρgH
如果所測位零點在下法蘭以上h0處，則此時所加的信號范圍為ρgh0~ρg （H＋h0)
2，用兩套定值器校驗
首先，將變送器的兩個法蘭面在同一水平線上，用兩套定值器分別在兩個法蘭上加信號，其中，在負壓側加的信號為－A，固定不動。然后在正壓室加信號，為0~B＋A，所對應的輸出信號為4~20mA

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單回路波動的分析