石油化工控制閥

1、目 錄,自動控制理論執(zhí)行器種類氣動控制閥 氣動薄膜調(diào)節(jié)機構(gòu) 氣動活塞調(diào)節(jié)機構(gòu)電動控制閥油田常用閥,自動控制理論,簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)一個簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成：調(diào)節(jié)對象、測量元件、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器幾部分組成。在油田生產(chǎn)中，由于控制精度要求較低、干擾較少，所以一般都采用簡單控制系統(tǒng)。下圖是一個簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實物圖及控制邏輯方塊圖。在生產(chǎn)中選擇的被控參數(shù)為液位、流量、溫度和壓力。調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇都是根據(jù)生產(chǎn)

2、的需要來予以確定。,自動控制理論,復雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征而得名的．它是由主、副兩個調(diào)節(jié)器串接工作的．主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出去操縱調(diào)節(jié)閥，以實現(xiàn)對主變量的定值控制．串級控制系統(tǒng)舉例在原油外輸中，一般都需要使用大功率的外輸泵，而外輸泵對其出口的流量大小有一定的要求。因而既要滿足分離器的液位要求，又要保證泵流量一定，所以油田生產(chǎn)中一般都采用控制泵回流的方法來保證泵的排量。其實

3、物控制圖及邏輯框圖如下圖所示：,在控制圖中FIC是正作用，兩個調(diào)節(jié)閥都是氣關(guān)閥，LC為反作用。當液體升高時， LC的輸出減小，外輸流量增加，從而引起泵的流量升高，F(xiàn)T的輸出增大，F(xiàn)IC的輸出增大，回流閥關(guān)小，從而使泵的回流量下降；當液位減小時，LC的輸出增大，外輸流量減小，從而引起泵的流量降低，F(xiàn)T的輸出減小，F(xiàn)IC的輸出同樣減小，則回流量增大。這樣就保證了液位

4、 和泵的排量在一定范圍內(nèi)波動。,執(zhí)行器種類,１、執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的作用 　　　執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的作用．就是接受調(diào)節(jié)器發(fā)出的控制信號．改變調(diào)節(jié)參數(shù)，消除偏差，把被調(diào)參數(shù)控制在所要求的范圍內(nèi)，從而達到生產(chǎn)過程自動化．因此，執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中一個極為重要而又不可缺少的組成部分。　2、調(diào)節(jié)閥按其動力源可分為三種：氣動調(diào)節(jié)閥, 電動調(diào)節(jié)閥，液動調(diào)節(jié)閥。油田用的調(diào)節(jié)閥多數(shù)采用氣動調(diào)節(jié)閥。氣動調(diào)節(jié)閥分薄膜式執(zhí)行機構(gòu)和活塞式執(zhí)

5、行機構(gòu)兩種.　　　　薄膜式執(zhí)行機構(gòu)：這種機構(gòu)輸出特性是比例式的，即輸出位移和輸入氣壓信號成正比關(guān)系。當信號壓力輸入薄膜氣室時，在薄膜上產(chǎn)生一個推力，使推桿移動并壓縮彈簧，當彈簧的反力與信號在薄膜上產(chǎn)生的力平衡時，推桿就穩(wěn)定在一個新的位置。信號壓力越大，推桿位移量越大，推桿的位移就是執(zhí)行機構(gòu)的直線位移，也稱行程。　　 活塞式執(zhí)行機構(gòu)：它的活塞隨氣缸兩側(cè)壓差而移動，在氣缸兩側(cè)輸入一固定信號和一變動信號，也可都輸入變動信號。它輸

6、出特性有比例式和兩位式兩種。　　 調(diào)節(jié)閥是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。由于閥芯在閥體內(nèi)移動，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，即改變了閥的阻力系統(tǒng)，通過介質(zhì)的流量也可相應的改變，從而達到調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的目的。,氣動調(diào)節(jié)閥,,氣動調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和工作原理如圖所示, 氣動調(diào)節(jié)閥由上部產(chǎn)生推力的執(zhí)行機構(gòu)和位于下部調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)如圖所示，當調(diào)節(jié)器發(fā)出的氣壓信號P增大時,作用在膜片上的向下推力增大, 壓縮彈簧,

7、 使閥桿下移, 直至與彈簧反作用力重新達到平衡。這就是說,閥桿下移的距離與輸出信號的壓力成一定的比例關(guān)系。反之，當氣壓信號P減小時，閥桿上移, 閥開大。信號在20~100kPa范圍內(nèi)變化時,閥門全程動作, 閥門從全開到全關(guān)。,氣動調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)圖,氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)圖,從功能結(jié)構(gòu)上看，執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成，見下圖。執(zhí)行機構(gòu)按調(diào)節(jié)器送來的操作信號產(chǎn)生相應的直線行程或轉(zhuǎn)角行程；調(diào)節(jié)機構(gòu)依靠這個行程來改變管道的阻力，實現(xiàn)對流量的調(diào)節(jié)

8、。下面分別講述執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)。,氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu),1、氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)　　氣功薄膜執(zhí)行機構(gòu)分正作用和反作用兩種形式，在下圖中，操作信號從上端引入，當信號壓力增大時，推桿向下移動，這種結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機構(gòu)稱為正作用。如果將操作信號從下端孔引入，則壓力增大時，推桿向上移動，這種結(jié)構(gòu)稱為反作用。 較大口徑的調(diào)節(jié)閥都采用正作用式執(zhí)行機構(gòu)。信號壓力通過波紋膜片的上方(正作用式)或下方(反作用式)進入氣室，在波紋膜片上產(chǎn)生一個作用力，使推桿移動并壓

9、縮或拉伸彈簧，當彈簧的反作用力與膜片上的作用力相平衡時，推桿就穩(wěn)定在一個新的位置。信號壓力越大，作用在波紋膜片的作用力越大，彈簧的反作用力也越大，即推桿的位移越大。氣動薄膜(有彈簧)執(zhí)行機構(gòu)的行程規(guī)格有10、16、25、40、60、100mm等。薄膜的有效面積有200、280、400、630、1000、l 600cm2六種規(guī)格．有效面積越大．執(zhí)行機構(gòu)的推力和位移也越大、可按實際需要進行選擇。,氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu),正作用式氣動薄膜(有彈簧)

10、執(zhí)行機構(gòu),1－上膜蓋；2－波紋膜片；3－下膜蓋；4－推桿；5－支架；6－壓縮彈簧7－彈簧座；8－調(diào)節(jié)件；9－閥桿連接螺母；10－行程標尺,氣動薄膜調(diào)節(jié)閥(直線行程)實物圖,氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu),,電氣轉(zhuǎn)換器,,閥門定位器,,調(diào)節(jié)機構(gòu),,儀表氣源,,氣動薄膜調(diào)節(jié)閥(角行程)實物圖,自動/手動,,手動調(diào)壓旋鈕,,閥位指示,,電器轉(zhuǎn)換器,閥門定位器,,,氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu),,電/氣轉(zhuǎn)換器,電/氣轉(zhuǎn)換器用途I/P 電器轉(zhuǎn)換器的功能是將自動控制PL

11、C所發(fā)出的4~20 mA DC或10~50 mA DC電信號，轉(zhuǎn)換為相應的標準氣壓信號：3~15 PSI（20~100ＫPa）或6~30 PSI (40~200kPa)。通過I/P電器轉(zhuǎn)換器.電器轉(zhuǎn)換器的基本原理I/P電器轉(zhuǎn)換器是根據(jù)力矩平衡的原理工作的，其工作原理如下圖所示。當標準的電信號輸入到轉(zhuǎn)換器線圈，產(chǎn)生磁場，與外部的磁鋼的永久磁場相互作用，產(chǎn)生合力，形成以某一支點為支點的角位移。使與線圈鐵芯固定連接的擋板與噴嘴的距離變小或

12、變大，相應的放大器的背壓增大或減小。造成放大器輸出氣壓的增加或減小。同時，輸出氣壓又反饋回波紋管，波紋管作用與鐵芯擋板的另一端，形成一個反饋作用力。這樣，可以達到輸入控制電信號與輸出的氣信號成線性比例。,閥門定位器,閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的主要輔助單元。它是利用反饋原理來改善調(diào)節(jié)閥的定位精度, 提高靈敏度, 閥門定位器還可以有較大的輸出功率, 克服閥桿摩擦力和介質(zhì)不平衡力等影響, 從而能使其閥位開度準確無誤。 閥門定位

13、器接收DCS輸出的4-20 mA電信號或電/氣轉(zhuǎn)換器輸出的氣信號，產(chǎn)生一個輸出氣信號，控制氣動執(zhí)行器，氣動執(zhí)行器動作后又將閥桿的位移情況反饋到閥門定位器信號輸入端，從而使定位器和執(zhí)行器組成一個閉環(huán)回路，其主要作用是：消除執(zhí)行器薄膜和彈簧的不穩(wěn)定性及可動部分摩擦的影響，提高調(diào)節(jié)閥的精度和可靠性，實現(xiàn)準確定位；增大執(zhí)行器的輸出功率，減少系統(tǒng)傳遞滯后，加快閥桿移動；改變調(diào)節(jié)閥的流量特性。,閥門定位器,,閥門開度指示,,閥門反饋連桿,,帶閥門定

14、位器的好處,閥門定位器,閥門定位器用途閥門定位器選用應視其所在調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制精度而定, 常用在下到場合： a) 閥前后差壓較大時, 以克服不平衡力。 b) 用在調(diào)節(jié)高壓介質(zhì)的場合, 以克服高壓密封緊密而使閥桿磨擦增大的阻力。 c) 用在大尺寸的調(diào)節(jié)閥上。 d) 當調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)閥距離較遠時, 以克服控制信號的傳遞滯后, 加快閥門的動作速度。 e) 要求控制質(zhì)量和重要控制場合, 以提高調(diào)節(jié)的定位精度并保證工作可

15、靠。,氣動活塞調(diào)節(jié)機構(gòu),活塞執(zhí)行機構(gòu)如下圖所示。當通入活塞上、下氣室的壓力P1、P2不相等時，活塞就會在壓差作用下移動，帶動推桿產(chǎn)生行程。這種執(zhí)行機構(gòu)的行程／壓力關(guān)系是兩位式的。要得到線性關(guān)系須配裝相應的閥門定位器。 與薄膜執(zhí)行機構(gòu)相比較，活塞執(zhí)行機構(gòu)的額定行程長(可達400mM)，輸出力大。適合與大口徑、高壓差調(diào)節(jié)機構(gòu)配用。,氣動活塞執(zhí)行機構(gòu)圖,氣動活塞執(zhí)行機構(gòu),,調(diào)節(jié)機構(gòu),,過濾器,,I/P轉(zhuǎn)換器,,閥門定位器,,氣動活塞式

16、執(zhí)行機構(gòu)的輸出特性有比例式和兩位式兩種。所胃比例式是指輸入信號壓力與推稈位移成比例關(guān)系，這種執(zhí)行機構(gòu)必須帶有閥門定位器，如圖下圖所示。兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行機構(gòu)活塞兩側(cè)的操作壓力之差完成的，活塞由高壓側(cè)推向低壓側(cè)，就使推桿由一個極端位置移動到另一個極端位置。兩位式執(zhí)行機構(gòu)的行程一般為25mm－100mm,調(diào)節(jié)機構(gòu),我們使用的調(diào)節(jié)機構(gòu)如節(jié)下圖。通過法蘭將它安裝在工藝管道上，流體從左邊進入，經(jīng)過流道及閥芯閥座間隙，從右邊流出。閥芯通過閥桿與執(zhí)

17、行機構(gòu)的推桿相連,推桿上下移動時閥芯也上下移動，改變間隙的流通阻力，從而調(diào)節(jié)流體流量。,氣動調(diào)節(jié)閥選型原則,氣動調(diào)節(jié)閥可分為氣開式和氣關(guān)式兩種：氣關(guān)式：即當信號壓力P>20kPa時, 閥門開始關(guān)閉; 也就是有氣時關(guān),無氣時開。氣開式：與氣關(guān)式相反, 即有氣時開, 無氣時關(guān)。要實現(xiàn)氣開和氣關(guān), 相應有兩種辦法：1、改變執(zhí)行機構(gòu)的正反作用將信號壓力從上面引入, 氣壓高時閥桿下移叫正作用。 反過來如果信號壓力從下引入, 則為反作

18、用。2、改變閥芯的正反形式前者有閥芯下移時將通道關(guān)小, 后者則相反。在生產(chǎn)中, 選用氣開還是氣關(guān), 主要從生產(chǎn)安全角度考慮，即當氣源中斷, 閥門信號為零時, 閥門處于全開還是全關(guān)最為安全, 是氣動調(diào)節(jié)閥的選型原則。,調(diào)節(jié)機構(gòu),閥芯形式 閥芯是調(diào)節(jié)閥最關(guān)健的部件。為了適應不同的要求，得到不同的閥特性，閥芯的形式多種多樣，但一般分直線行程和角行程閥芯兩大類。 1．直行程閥芯(1)平板型閥芯 見圖(a)，其結(jié)構(gòu)簡單，加工方便

19、，具有快開特性，可作兩位調(diào)節(jié)用。(2)柱塞型閥芯 可分上、下雙導向和單上導向兩種。圖(b)左邊兩種用于雙導向，特點是上、下可倒裝，倒裝后可使閥變正裝為反裝。圖(b)右邊兩種為單上導向，它們用于角形閥、高壓閥和小口徑直通單座閥。對小流量調(diào)節(jié)閥，可采用球型、針形閥芯，見圖(c)，或圓柱開槽型閥芯，見圖(d)。柱塞型閥芯的閥特性，常見的有直線特性和對數(shù)特性兩種。 ‘,相對流量,相對開度,閥前后壓差一定時的流量特性稱為理想流量特性或稱

20、固有流量特性。閥在調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用時的流量特性，稱為閥的工作特性或安裝特性。銘牌上閥的特性是理想流量特性。調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有快開、線性、拋物線和對數(shù)四種，見下圖。但拋物線流量特性與對數(shù)流量特性較為接近．前者可用后者來代替，而快開特性又主要用于位式控制和順序控制，因而所謂調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇．一般為線性特性與等百分比特性(對數(shù)特性)的選擇.,電動執(zhí)行機構(gòu),電動執(zhí)行機構(gòu)接收調(diào)節(jié)器來的4—20mA電流信號，通過電動機的正、反轉(zhuǎn)產(chǎn)生推桿的直行程

21、或角行程。因為輸入電流信號功率小，不可能驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，所以要配備功率放大器，構(gòu)成一個以行程為被調(diào)參數(shù)的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種執(zhí)行機構(gòu)實際是一個整套系統(tǒng)，包括信號比較、功率放大、單相低速同步電動機、減速傳動機構(gòu)和位置反饋電路等幾部分組成。前兩部分集中在一塊儀表中，稱為伺服放大器，后三部分集中在一起，一般被簡稱為執(zhí)行機構(gòu)，安裝在現(xiàn)場。,電動執(zhí)行機構(gòu),1)、伺服放大器 伺服放大器采用380v交流電源，將調(diào)節(jié)器送來的和位置反饋電路送來的兩個

22、4—20mA信號相比較，將偏差放大后觸發(fā)正或反轉(zhuǎn)可控硅電路，輸出足夠功率的電流以驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。2)、執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)中的低速同步電動機按照伺服放大器輸出的驅(qū)動電流發(fā)生相應的正反轉(zhuǎn)。傳動機構(gòu)把電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成推桿的角行程，同時減速以增大力矩。傳動機構(gòu)還帶有制動輪和制動盤，以便在斷電或無驅(qū)動電流時保持原行程。位置反饋電路利用差動變壓器把推桿的實際行程轉(zhuǎn)化成4—20mA電流，送入到伺服放大器中作比較用，以保證調(diào)節(jié)器送來的電流信

23、號成要求的關(guān)系。這種關(guān)系由位置反饋電路的性質(zhì)決定，一般是線性關(guān)系。,電動馬達閥,執(zhí)行器可進行手動操作和電動操作，且有閥位顯示。手動操作過程：壓下手動/自動手柄，使其處于手動位置，旋轉(zhuǎn)手輪掛上離合器，此時松開手柄，手柄將回到初始的位置，手輪將保持嚙合狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)手輪，開啟或關(guān)閉閥門，到執(zhí)行器由電動操作時，手輪將自動脫離，回到電機驅(qū)動狀態(tài)。 完成了執(zhí)行器的設定后，可以進行電動操作，紅色選擇器可選擇現(xiàn)場、遠程和停止狀態(tài)，當紅色選擇器定位

24、在現(xiàn)場控制時，相鄰的黑色旋鈕可選擇開啟或關(guān)閉閥門；旋轉(zhuǎn)紅色旋鈕至遠程控制位置時，遠程只能控制開或關(guān)；紅色選擇器鎖定在停止狀態(tài),可防止現(xiàn)場或遠程的電動操作。,電動馬達閥實物圖,ROTROK電動執(zhí)行器,,,電動執(zhí)行器手輪機構(gòu),,,電動執(zhí)行器閥位指示桿,,電動執(zhí)行器開關(guān)旋鈕,,控制選擇旋鈕,,應急關(guān)斷閥（ESD）,關(guān)斷閥由控制氣源來控它的工作狀態(tài), 氣源的通斷又是通過遙控電磁閥來控制, 在無關(guān)斷信號(電磁閥通電)時, 氣源供給正常, 關(guān)斷閥處

25、于正常工作位置.一旦接收關(guān)斷信號, 電磁閥失電, 切斷氣源供給, 關(guān)斷閥放氣, 關(guān)斷閥關(guān)閉或打開。關(guān)斷閥的開啟/關(guān)閉狀態(tài), 可由觸點開關(guān)的閉合/斷開發(fā)出信號, 將該信號傳送至中控進行顯示。,減壓閥,,電磁閥,,,手輪,放空閥(BDV),電磁閥,,減壓閥,,,開關(guān)閥(KV),,關(guān)閥電磁閥,,開閥電磁閥,,氣動控制閥,,開關(guān)閥(KV),,開閥指示磁開關(guān),關(guān)閥指示磁開關(guān),,自力式壓力調(diào)節(jié)閥,自力式壓力調(diào)節(jié)器是利用調(diào)節(jié)對象的自身壓力變化, 直接

26、作用在調(diào)節(jié)機構(gòu)(閥門)上, 達到調(diào)節(jié)壓力目的。它具有結(jié)構(gòu)簡單, 操作方便, 無需外來能源, 自身進行調(diào)節(jié)。自力式調(diào)節(jié)器分為兩種：一是調(diào)節(jié)進口壓力的調(diào)節(jié)器, 當閥前的壓力超過設定點的時候，調(diào)節(jié)筏開啟，釋放壓力，使閥前的壓力處于恒定；如果閥前壓力低于設定點時，調(diào)節(jié)閥關(guān)小，使閥前壓力增加到設定點．另一種是調(diào)節(jié)出口壓力的調(diào)節(jié)器，閥后調(diào)壓，使閥后的壓力恒定．,采用壓力平衡機構(gòu)，使調(diào)節(jié)閥反應靈敏、控制精確。壓力設定值在運行期間可連續(xù)設定。,壓力安全