為了適應原油管道各種水力工況的變化，天津輸油處采用了由HMI上位機、QuantumPLC、MOKVELD軸流式控制閥和智能定位器組成的管道SCADA系統(tǒng)，通過標準4～20mA信號+HART通信信號實現(xiàn)對MOKVELD軸流式控制閥的控制及閥位反饋的采集，主要介紹MOKVELD軸流式控制閥在SCADA系統(tǒng)中的兩種調(diào)節(jié)方式和FISHER-DVC6010智能定位器在輸油管道中優(yōu)越的應用特性。

　　能夠引起管道水力工況變化的情況主要有：其他站閥門誤關引起的水擊現(xiàn)象;事故性干線閥門緊急關閉引起的水擊現(xiàn)象;通過啟、停泵計劃性提量或減量;設備發(fā)生故障，保護裝置動作引起的停機;計劃性壓力越站、熱力越站或全越站引起的水力工況變化;事故性某站突然停電引起的水擊現(xiàn)象。

　　為了使天津輸油處(以下簡稱天津處)管道輸油工藝系統(tǒng)能適應上述水力工況的變化，保證輸油過程平穩(wěn)進行，保護管道和所屬設備，就必須實現(xiàn)管道壓力的自動化調(diào)節(jié)。因此，需要在管道上安裝能夠?qū)崿F(xiàn)壓力、流量自動調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥。

1、調(diào)節(jié)閥壓力控制系統(tǒng)

　　天津處共22處采用了MOKVELD軸流式控制閥，按照功能分為3類：調(diào)壓進罐閥、原油混比調(diào)節(jié)閥和出站調(diào)節(jié)閥。從SCADA系統(tǒng)的控制方式來講，三者的共同之處是均可實現(xiàn)遠程手動給定開度;不同之處就是參與PID自動調(diào)節(jié)運算的參數(shù)不同，調(diào)壓進罐閥僅需采集進站壓力，原油混比調(diào)節(jié)閥需采集閥前瞬時流量，出站調(diào)節(jié)閥最為復雜，要采集原油入口匯管壓力、出站壓力和出站流量3個參數(shù)，筆者主要介紹出站調(diào)節(jié)閥的壓力控制系統(tǒng)。

　　出站壓力調(diào)節(jié)閥位于輸油泵機組的下游側，是實現(xiàn)平穩(wěn)輸油的重要自動化調(diào)節(jié)和保護設備，主要有兩種調(diào)節(jié)方式。

1.1、出站調(diào)節(jié)閥PID自動調(diào)節(jié)

　　由圖1調(diào)節(jié)閥在SCADA系統(tǒng)中的控制原理可知，原油入口匯管壓力、出站壓力和出站流量分別與各自設定值比較，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器運算，選取PID調(diào)節(jié)器輸出信號高選(三選一)，此種調(diào)節(jié)方式簡單方便，生產(chǎn)運行平穩(wěn)安全，尤其當通過PID調(diào)節(jié)器輸出信號高選使調(diào)節(jié)閥關小時，流量下降，其結果是產(chǎn)生一個反向水擊波來抵消上游站或下游站產(chǎn)生的正向水擊波，防止水擊對管線的破壞。

1.2、出站調(diào)節(jié)閥遠程手動給定開度

　　調(diào)度人員在HMI上位機上將調(diào)節(jié)閥的手/自動調(diào)節(jié)變?yōu)槭謩诱{(diào)節(jié)，然后可以直接手動輸入閥門開度對閥門進行操作。這種調(diào)節(jié)功能對調(diào)度人員的經(jīng)驗要求比較高，要密切關注壓力曲線平穩(wěn)性，一般開度設定值的增加或減小量不要超過10%。出站調(diào)節(jié)閥壓力控制系統(tǒng)應用中的幾點注意事項為：

　　a.在進行調(diào)節(jié)閥操作之前，必須保證供氣系統(tǒng)的壓力足夠(一般0.6MPa);

　　b.出站調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)P、I、D調(diào)節(jié)因子的設定需由工藝部門專門確定;

　　c.所有調(diào)節(jié)閥全關均需設定機械限位和軟限位，其中機械限位由工藝部門確定，調(diào)節(jié)閥廠家調(diào)校，軟限位一般稍大于機械限位，需儀表自控部門確認。

圖1 調(diào)節(jié)閥在SCADA系統(tǒng)中的控制原理

2、MOKVELD控制閥

2.1、MOKVELD控制閥結構

　　MOKVELD控制閥結構如圖2所示，MOKVELD控制閥由閥外體、閥內(nèi)體、閥桿、活塞、籠套和活塞桿6部分組成。

圖2 MOKVELD控制閥結構圖

1———閥外體;2———閥內(nèi)體;3———閥桿;4———活塞;5———籠套;6———活塞桿

2.2、MOKVELD控制閥特點

2.2.1、軸流式設計

　　由于采用軸向?qū)ΨQ流道，局部高速流被消除，流向突變被減小，因此最大限度地提高了單位直徑上的流通能力，大大降低了噪音和紊流的形成，并有效減少了對閥體和部件的沖蝕，使活塞和閥芯受力平衡。

2.2.2、壓緊式密封

　　密封系統(tǒng)采用自緊式壓力設計，閥門的密封由兩個密封環(huán)組成，并由一根彈簧預緊，這種特殊的設計可以使閥門在關閉時密封圈在上游流體壓力下被壓緊，從而達到非常好的密封效果。

2.2.3、完全的壓力平衡

　　活塞的端面上均勻分布有孔洞，以使活塞內(nèi)外壓力平衡，左右運動時與閥門兩端的壓力無關，使用扭矩較小的執(zhí)行結構就能達到快速運動的目的。

2.2.4、45°角正交式嚙合

　　活塞上的活塞桿有45°角的嚙齒，活塞桿由有相同嚙齒的閥桿操作。閥桿和活塞垂直正交，當閥桿向上移動，閥門開啟;反之，閥門關閉。

2.3、MOKVELD控制閥的控制原理

　　MOKVELD控制閥由活塞式氣動執(zhí)行器驅(qū)動，動力源為工業(yè)儀表風(即經(jīng)過過濾、除水和干燥后符合工業(yè)標準的壓縮空氣)。SCADA系統(tǒng)HMI上位機發(fā)出標準4～20mA控制信號，定位器將電信號轉換為氣動信號，氣動信號經(jīng)過氣動信號放大器后進入氣缸，活塞在氣壓推動下上下移動，從而帶動閥內(nèi)的活塞前后運動，實現(xiàn)閥門的開關控制。

　　液壓單元由氣壓控制，可以鎖定氣動執(zhí)行器活塞的移動。氣路閉鎖閥在無氣壓時閉鎖，可鎖定氣動執(zhí)行器活塞的移動。電磁閥由低信號保護模塊所控制的24V電壓控制，可以接通或關閉通向液壓單元和氣路閉鎖閥的氣壓信號，鎖定氣動執(zhí)行器活塞的移動。閥位反饋模塊將閥門的行程HART信號轉換成4～20mA信號，傳送給SCADA系統(tǒng)，并在HMI上位機上實時顯示開度數(shù)值。

3、FISHER-DVC6010智能定位器

3.1、FISHER-DVC6010智能定位器結構特點

　　FISHER-DVC6010智能定位器是一種支持HART協(xié)議、可通過375手操器或者PC機與AMSValveLink軟件配置參數(shù)的定位器，由行程傳感器、電子模塊、I/P轉換器和微小氣動放大器組成，輸入信號為兩線制，執(zhí)行機構增壓或減壓的調(diào)整是連續(xù)的，因此可以達到極好的控制效果。定位器有一個氣源連接口，兩個輸出連接口，可用萬用表的“mV檔”直接測量接線端子TEST+、TEST-，測量的電壓值即為回路電流值，這樣可以方便地檢測調(diào)節(jié)閥的實際閥位，天津處應用的是安裝于氣動直行程機構上的定位器。

3.2、FISHER-DVC6010智能定位器工作原理

　　控制信號經(jīng)端子盒進入電子模塊，在這里被微處理器處理后轉換成模擬信號傳遞給I/P轉換器，當信號改變時I/P轉換器的線圈和銜鐵間的磁吸引力改變，并因此改變了噴嘴擋板間的距離進而改變了噴嘴背壓，該背壓經(jīng)放大器放大后送給執(zhí)行機構并通過執(zhí)行機構改變閥桿位置。閥行程傳感器通過反饋桿感知桿位置并將此信號反饋給電子模塊參與計算。當閥桿達到正確位置，閥桿位置信號反饋到電子模塊組建，經(jīng)過處理后使I/P驅(qū)動信號穩(wěn)定下來，則噴嘴背壓也穩(wěn)定下來，直到執(zhí)行機構的輸出也穩(wěn)定下來，閥桿位置不再發(fā)生變化。

3.3、液壓單元

　　對調(diào)節(jié)閥的SCADA系統(tǒng)測試內(nèi)容中有一項“三斷保位”功能測試，具體步驟為：

　　a.斷氣源。當控制系統(tǒng)氣源故障(失氣)時，氣動保位閥自動關閉，將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內(nèi)，輸出信號壓力與控制閥產(chǎn)生的反力相平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障位置。

　　b.斷電源。當控制系統(tǒng)電源故障(失電)時，失電(信號)比較器控制單電控電磁閥的輸出電壓消失，電磁閥換向?qū)�氣動保位閥的膜室壓力排空，氣動保位閥關閉，重復步驟a。

　　c.斷信號。當控制系統(tǒng)信號故障(失信號)時，低信號保護模塊摩爾SPA2檢測到回路電流小于3mA后，斷掉單電控電磁閥的電壓信號，重復步驟b。

　　液壓單元在DVC6010定位器的“三斷保位”功能中起著關鍵性的作用。因此，若發(fā)現(xiàn)“三斷保位”功能無法實現(xiàn)，則可初步判定為液壓單元損壞，由測試經(jīng)驗可知液壓油缺失或者液壓鎖銹死均可導致“三斷保位”功能無法實現(xiàn)。液壓鎖銹死的情況，可用細砂紙進行打磨，生銹嚴重的只能更換液壓單元;液壓油缺失則要進行補充。

　　補充液壓油應由專業(yè)人員用MOKVELD專用工具(注油泵、軟管、接頭)操作，液壓油為SHELL15#或性能指標相當?shù)钠渌�品牌。液壓油補充操作步驟為：

　　a.將閥門置于全關位置，切換到手動操作狀態(tài)，防止遠控信號干涉，并將氣壓鎖旋到底，防止液壓單元閉鎖，無法注油;

　　b.將3個快速接頭上的保護帽打開，分別接上轉換接頭和軟管，其中氣缸下面的一個需要接注油泵;

　　c.操作注油泵，將液壓油注入，觀察另外兩個軟管接口，有無排氣及連續(xù)的液壓油流出，確認內(nèi)部存氣完全排空后，將溢油軟管拆下，繼續(xù)注油直至壓力表顯示1.4MPa，停止注油，拆下注油泵及軟管，恢復;

　　d.注油完畢，手動操作液壓桿，開關閥門一次，檢查效果，此時液壓手動桿下壓有阻力，調(diào)節(jié)閥閥位變化，并且手動桿能自動回彈，如按壓仍有空曠感，說明內(nèi)部氣體未完全排空，則有必要照上述步驟再補充液壓油一次。

4、MOKVELD控制閥常見問題處理

4.1、閥門定位器選擇

　　管道輸油行業(yè)對于現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥的響應速度要求較高，天津處應用FISHER-DVC6010定位器。幾年的使用經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，定位器搭配使用的摩爾SPA2低信號保護模塊在失信號時，現(xiàn)場有約0.4s的延遲保位，如天津中轉油庫某調(diào)節(jié)閥在失信號時，閥位由故障位50%開至60%，由于輸油生產(chǎn)運行原因，未對低信號保護模塊摩爾SPA2進行改良。在新建的日照-儀征輸油管線中，已全部采用phoenix的低信號保護模塊，消除了延遲的現(xiàn)象，但是在使用過程中應注意安裝環(huán)境的磁干擾強度，以免使電磁閥誤動作，影響輸油生產(chǎn)。而在甬滬寧管線上應用的是ABBTZIDC200定位器，優(yōu)點是功能強大，控制參數(shù)全自動設定并與終端控制元件適配，缺點是故障率高，不能提供失氣保位功能。

4.2、限位問題

　　軸流式控制閥由全關開至7%以上為過流，對于輸油行業(yè)，若機械限位和軟限位設定在7%以下，無任何意義。

4.3、閥門動作不正常

　　軸流式控制閥在使用過程中，如果出現(xiàn)卡滯、異常聲音及不能正常保位等現(xiàn)象時，多次輕頂減壓過濾器下端的排污細頂針，不能解決時注意檢查液壓單元是否有液壓油缺損或液壓鎖銹死的狀況，如果還不能解決問題，就要在停輸放空狀態(tài)下拆除閥門進行內(nèi)部臟物的清理。

4.4、閥門超調(diào)值大、振蕩不穩(wěn)

MOKVELD控制閥是比較精確的壓力調(diào)節(jié)閥，一般可控制壓力在50kPa范圍內(nèi)，如果現(xiàn)場遇到調(diào)節(jié)閥反復振蕩、超調(diào)值大，則可調(diào)整反饋螺釘，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的平穩(wěn)快速調(diào)節(jié)，一般默認此螺釘為 圈。

4.5、閥門有內(nèi)漏或外漏現(xiàn)象

　　如果閥門有輕微內(nèi)漏(由閥體上的泄漏檢測閥可看出，此閥一般為全開)，可能是密封圈有輕微損壞或密封圈壓接的內(nèi)表面有刮痕，這時可以連續(xù)將閥門開關幾次，檢查是否仍然內(nèi)漏，必要時由廠家更換密封圈，若輸油生產(chǎn)不允許廠家拆卸調(diào)節(jié)閥，可暫時關閉泄漏檢測閥，將內(nèi)漏原油被閥桿處的主密封圈鎖住;如果閥門閥桿處有外漏，只能由廠家更換閥桿處的主密封圈，如果閥門泄漏嚴重，則要考慮閥門活塞是否被卡住或閥門已損壞。

5、結束語

　　管道輸油行業(yè)對調(diào)節(jié)閥的使用日漸規(guī)范，尤其對調(diào)節(jié)閥的“三斷保位”功能特別重視。筆者只是針對天津處MOKVELD控制閥在SCADA系統(tǒng)上的應用進行一些經(jīng)驗交流，結合在其他幾條線上使用的經(jīng)歷，摸索出來一些工作經(jīng)驗，希望可以給同行提供借鑒。