阀位变送器如何提高关键隔离阀的可靠性

阀位变送器如何提高关键隔离阀的可靠性

在现代化工厂中，隔离阀作为关键的安全设备之一，其性能直接影响到生产效率和作业安全。SIL 2 级位置变送器为关键过程工业应用中的隔离阀增加诊断和性能监控功能提供了一种经济有效的方法。

自动隔离开关阀遍布大多数工艺设备，用于阻止反应物流动、隔离和保护设备、转移工艺介质并执行其他功能。其中许多任务对工艺操作至关重要，有些还是保护工厂人员和设备的安全关闭系统的一部分。

传统限位开关的局限性

隔离阀通常配有开闭限位开关，以提供阀门位置反馈。遗憾的是，开关的开/关特性严重限制了诊断阀门性能的能力，因此阀门的性能下降可能会被忽视，直到发生故障。这种故障可能会对过程造成严重影响，同时也会带来安全风险。

支持 HART 的位置变送器为这一问题提供了经济高效的解决方案。这些变送器易于校准，有些还采用了成熟的无链接设计。它们还具有更高的可靠性、SIL 2功能和阀门诊断功能——这通常是关键隔离阀应用所需要的。

图 1：典型的开/关隔离阀采用开/关限位开关组件来指示阀门位置。这对于非关键应用非常有效，但位置信号的开/关性质限制了诊断能力。

限位开关的局限性

虽然自动隔离开关阀的设计和功能都很简单，但它却能为工艺设备提供重要的服务。控制阀可以调节工艺流程本身，而隔离阀的作用则是停止反应物流动、保护设备以及引导分子筛、变压吸收器、反应器夹套和其他工艺设备周围的工艺流程。

长期以来，这些阀门都配备有用于指示阀门位置的打开和关闭限位开关（图 1）。这种方法成本低廉，在很多情况下都能很好地发挥作用，但也有其局限性，可能会给关键阀门的应用带来问题。

诊断能力有限： 开/关开关指示总位置，但由于缺乏与位置成比例的连续模拟信号，限制了采用任何有意义的诊断方法的能力，因此故障可能会在一段时间内被忽视。在限位开关被触发并失灵之前，我们无法得知其是否存在问题。根据限位开关的设置方式，阀门可能会出现粘滞或部分行程，这两种情况都会导致阀门无法达到全行程，但位置开关仍然会错误地显示阀门正在按预期工作。

安装复杂 ：隔离阀通常为往复式（阀轴上下移动）或旋转式（阀轴旋转）。要驱动限位开关，必须使用某种机械联动装置来感知轴的运动，并将其转换为驱动开关的运动。根据阀门的物理结构，这些联动装置可能比较复杂，而且难以设置和维护。

易出错： 随着联动装置的磨损和打滑，它们还容易出错或完全失灵。在高循环或过度振动的应用中，过早失效尤其常见。

更好的替代方案

与限位开关相比，位置变送器（图 2）具有固有的优势，因为它能在整个阀门冲程中提供连续的位置指示。如果阀门未能到达行程终点或在过渡过程中悬挂/粘连，位置信号会立即显示出来。此外，变送器本身的故障也会立即被检测到，一旦失去连续信号，就会立即标记进行维修。

图 2：对于关键的隔离阀应用，阀门位置变送器（图中为 Fisher FIELDVUE 4400）可大大提高可靠性，因为该设备可连续传输阀门位置，同时提供大量诊断数据。

所有这些特点都大大提高了设备的可靠性，使其达到了 SIL 2 等级。位置变送器还包括限位开关输出，因此可以改装到现有的开关电路中，同时利用阀门位置信息。

这种新设计还解决了困扰限位开关的机械联动问题。这种设计采用了完全无联动、非接触式磁性组件，而不是机械联动，其霍尔效应传感器在超过20年的200万次定位器应用中证明非常可靠（图 3）。某些限位开关还具有视觉指示功能，使技术人员能够在现场看到阀门位置。例如，费希尔 FIELDVUE 4400在旋转应用中也具有此功能，同时仍保持完全无连杆设计。

图 3：新型阀门位置变送器采用无联动磁反馈组件，经过现场验证，易于安装和校准。这些设计适用于j角行程（左）或直行程（右）阀门设计。

校准简单快捷，用户只需将阀门移动到行程终点位置，然后按下归零和量程按钮即可。该设备还采用了HART 通信技术，可以访问大量更先进的诊断数据，并实现远程访问和设置。

应用案例

现代位置变送器非常适合一些关键阀门应用，而这些应用在历史上一直使用限位开关。常见应用包括：

化学反应器进料关断阀 ：阀门位置变送器的更高可靠性和可用诊断功能使关闭阀组件具有更高的 SIL 等级和/或延长测试间隔。位置信息还能实时测量阀门行程，并在阀门开始堵塞或粘连时显示出来。

变压吸附阀 ：变压吸附装置依靠快速作用、紧密关闭的阀门来实现和保持性能。阀门移动缓慢或泄漏会对效率和生产造成严重的负面影响。阀门定位器一直用于阀门诊断和位置监控，但阀门位置变送器能以大幅降低的成本实现相同的功能。在这种高循环应用中，与限位开关相比，无连杆设计大大提高了可靠性。

矿压氧化隔离阀 ：采矿业经常使用高压、高温容器从矿石中提取贵金属和矿物。这种工艺对设备的要求很高，会侵蚀和腐蚀控制阀，并在设备运行期间造成高压和高温暴露问题。在设备停机或发生故障时，必须使用速动隔离阀来控制工艺流程。改进隔离阀的诊断功能，可及早发现问题，或提醒操作员阀门开始粘滞或悬挂。

蒸汽发生器关闭阀 ：锅炉通常会使用一些对运行至关重要的隔离阀。燃料组上的关断阀、汽包周围的排气阀和排水阀以及空气风门阀门都能受益于阀门位置变送器提供的先进诊断功能、更高的 SIL 等级和可靠性。在位置变送器包括限位开关输出的装置中，这些变送器可以很容易地集成到现有的安全系统中。

结论

包含无联动传感器和集成限位开关输出的位置变送器为提升现有隔离阀组件的可靠性和 SIL 等级提供了一种经济有效的方法。由于消除了机械联动，阀门不易受到振动损坏，安装和校准也大大简化。

支持 HART 的信号可提供高水平的诊断功能，使工厂能够监控周期计数、冲程时间、阀门行程以及标准限位开关套件无法提供的其他参数。最重要的是，变送器允许操作和维护人员检测正在出现的阀门问题，然后在发生彻底故障之前主动计划并解决这些问题。

如果正面临隔离阀可靠性的问题，变送器可在角行程或直行程执行器上工作，同时包含一个连续模拟信号和两个数字开关信号，因此可以轻松地将设备改装到安装了一组限位开关的大多数应用中。

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