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節流電動執行機構在節流系統應用中的成本影響
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2018-09-18 08:45:44【小中大】
幾年前，美國一家主要的液體管道公司改造了其現有的一條成品油管道。該管道為該路線上的許多發展中城市以及兩個軍事基地提供了主要的汽油，噴氣和柴油供應。該項目旨在提高吞吐量和可靠性。
用于生產線的現有控制閥是球型，減速口，舊式電液執行機構已經過時。這些執行機構由于部件可用性而難以維護，并且易于發生外部液壓泄漏。如果液壓油到達地面，這種泄漏將成為現場可記錄的事故。在改造項目的早期做出決定，為整個項目購買新的控制閥和執行機構。較新型的節流電動執行機構符合項目要求。原因如下：
應用：
控制閥所需的應用包括泵的背壓控制，站入口壓力控制（由于某些站之間的高度變化而需要）和罐輸送壓力控制。這些應用被確定為失效 - 最后作為執行機構的期望失效動作（4-20mA DC控制信號的損失或功率損失）。行程時間要求是每英寸控制閥標稱孔徑的3-5秒。選擇的控制閥對于較小的球閥，其所需的運行扭矩范圍為52,000英寸 - 磅（in-lbs）（5,875 Nm），對于較大的重型球閥，其所需的運行扭矩范圍超過115,000 in-lbs（12,993 Nm）。
技術考慮：
項目團隊考慮了兩種不同類型的驅動技術：現代電液執行機構和節流電動執行機構。因為它們曾在過去使用過，所以項目團隊最初傾向于使用電液執行機構。然而，基于所需的致動器的數量和由此產生的成本節省，節流電動致動器被選擇并從上海自動化儀表股份有限公司訂購。
安裝和啟動：
現場節流電動執行機構的初始安裝和設置順利進行，部分原因是現場技術人員已熟悉該技術 - 多個電動閥（MOV）已在同一管道上下安裝。除了4-20 mA DC控制（與離散開/關控制信號相反）之外，標準MOV和節流電動執行機構之間的連接是相同的。
一切都順利運行，直到管道啟動。在啟動幾周后，電機熱量開始在一半的執行機構上跳閘。由于這不是一個理想的結果，因此開始進行調查。
啟動發現：
執行機構跳閘電機熱量的設定值在一小時內變化超過3,600次（執行機構額定值的兩倍）。這是由于幾個因素，包括：
比例 - 積分 - 微分（PID）控制方案；
管道系統響應時間；
使用嚴重的服務控制閥的特殊性；
控制系統的初始設置是每20毫秒需要時監控和更改設定值。節流電動執行機構無法跟上設定值的變化，這意味著執行器不斷尋找其設定值，從而導致過熱。
由于泵站之間的距離超過100英里，因此管道需要時間來穩定過程變化?？刂品桨副仨毧紤]這一現實?？蛻羰占瘮祿c并確定不同管道運行的過程需要4-7秒，以使管道從設定點變化穩定（在圖1中稱為DT）。一旦控制閥發生設定值變化，管道就會像小的階梯變化那樣在降級的正弦波上作出反應，幅度為3-6 psig。
使用的嚴重服務控制閥的特殊雙曲線特性也提出了PID挑戰。
圖比較了雙曲線Cv曲線與等百分比（EQ％）曲線和線性曲線。
解：
考慮到新發現的信息，確定了控制方案中的變化。第一個變化涉及進行100次原始壓力掃描并在確定的DT時間段內對它們求平均值。這個新的時間加權和平均壓力讀數用于確定管道是否在其所需的壓力設定點內運行。
第二個變化是對雙曲線控制閥的軟件行程限制，以保持閥門的運動實際上對過程壓力產生影響的范圍（圖2）。
控制方案的最后一個挑戰是站點出口以最大允許工作壓力（MAWP）運行。每14.7 psi的壓力消耗相當于管道成本的8％。
為了保持管道的設計參數，我們決定當工作站的出口達到MAWP時，控制系統會將控制閥設定值降低到低于MAWP 2 psig（圖3）。
結果：
PID控制方案的改變意味著管道操作員可以在壓力控制上以0.5％的精度運行管道，這遠遠優于舊式電液執行機構。該過程從每小時3,600次設定值變化變為30次，從而消除了執行機構的過熱。同時，到目前為止，致動器的維護更具成本效益，幾乎消失。
鑒于在第一個項目中實現了成本節約和性能，節流電動執行機構已成為參與此案例研究的管道公司的新標準。
結論：
電動節流執行機構是許多成功的過程控制環境的一部分。如果使用得當，并且在失效時可以接受失效電源，節流電動執行器可以為新項目節省大量成本。
建議：
以下是上海自動化儀表有限公司對液體管道控制閥節流電動執行機構的建議：
沒有執行機構的行程應超過15秒。一個好的經驗法則是每個標稱閥門尺寸（英寸）3-6秒。
確?？刂崎y運行轉矩基于節流的條件是已知的; 這些很容易超過閥門斷裂扭矩。執行機構尺寸必須考慮到這一點。
當用于節流球閥時，應選擇具有慷慨安全系數的執行機構。隨著節流球閥隨著時間的推移而磨損，特別是在非潤滑精制產品線中，閥門扭矩將增加。執行機構尺寸應考慮到這一點。
確保任何PID控制方案都考慮了管道的反應時間。
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