CN101140294B - 评估控制阀性能的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，来提供用于在过程操作中确定控制阀性能的系统，所述方法包括：通过测量所关心控制阀的上游和下游位置之间的压力差并使用公式

来确定控制阀的期望流速；测量穿过控制阀的实际流速；将实际流速与期望流速进行比较以判定实际流速和期望流速的差值；判定该差值是否处于距期望流速可接受的值的范围内；并且确定控制阀的性能。本发明还涉及一种用于确定控制阀的性能的系统，所述系统包括：流量计，其测量通过控制阀的实际流速；数据库，其中至少具有一个控制阀的期望流速；以及比较器，其用来比较实际流速和期望流速以确定控制阀的性能。

Description

评估控制阀性能的方法及其系统

技术领域

本发明涉及控制阀性能评估的领域。

背景技术

控制阀被应用于整个运行过程来调节流经管道的液体的流量以满足过程的需要。控制阀响应于来自控制系统的信号以根据需要对过程的液体供应进行调节。保持对每个控制阀的性能进行检查是十分必要的，尤其是在供应的微小变化都可能对过程的输出产生影响的感测过程中。

当前，作为过程监视和控制功能的一部分，操作者从控制系统取得大量的数据并使其相互关联以建立该过程的适当的构思模型。操作者依靠这些构思模型来预诊控制阀和回路的性能，从而评价控制阀的性能。在这些构思模型的鲁棒性上操作者的经验起着关键的作用。

不同的操作者可能具有不同的构思模型集，其经过多年对特定控制阀的经验而形成。因此在诊断和判定控制阀及回路的性能时不存在一致性(特别是有经验的和新手操作者之间)。

把运行统计与制造商提供的统计相比是很不理想的，因为制造商提供的数据没有考虑阀门安装后的特性。

当前，进行离线的行程测试来评估控制阀的性能。这是不令人满意的，因为过程将会受到离线行程测试期间的停工时间的不利影响。

另一方面，由于泄漏和/或旁路打开的情况可能导致控制阀的性能变化，因此必须经常检查控制阀的性能。如果这些情况没有被及早抑制，则对过程的破坏范围将会很大。

本发明的一个目的是消除或者致力于解决的上述问题中的一个或多个。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供一种用于确定流经具有确定的阀门流量系数的控制阀的期望流速的方法，此方法包括如下步骤：测量控制阀的上游和下游位置处的压力、判定控制阀的上游和下游位置之间的压力差值、使用如下的流速公式来确定期望的流速：

其中Q＝流速，

Cv＝阀门流量系数，

ΔP＝控制阀上游和下游位置之间的压力差值，

G＝液体的比重，以及

优选的是，在线性阀门的固有特性按照关系式

与阀门开度或者控制阀升程直接相关的情况下来确定该线性阀门的期望流速，其中x是阀门开度的测量值。

因此，对于线性阀门来说，期望的流速是通过使用如下的流速公式得到：

$Q=\mathrm{Cv}\×x\×\sqrt{\frac{\mathrm{\Δp}}{G}}$

优选的是，在等百分比阀门的固有特性

具有关系

的情况下来确定该等百分比阀门的期望流速，其中R是幅度变化范围而x是阀门开度的测量值。

因此，对于等百分比阀门来说，期望的流速是通过使用如下的流速公式得到：

$Q=\mathrm{Cv}\×R^{-(1-x)}\×\sqrt{\frac{\mathrm{\Δp}}{G}}$

使用上述的方法，可以通过无创伤的方法得到流经控制阀的实时流量。将会理解到，使用测量的期望流速作为要进行的比较的基准可以归纳出控制阀的性能。

根据本发明的第二方面，提供一种方法来提供用于在过程操作中确定控制阀性能的系统，所述方法包括步骤：通过测量所关心的控制阀上游和下游位置之间的压力差并使用公式

来确定控制阀的期望的流速；测量穿过控制阀的实际流速；把实际流速与期望流速进行比较以判定实际流速与期望流速之间的差值；判定该差值是否处于距期望流速可接受的值的范围中；以及确定控制阀的性能。

按照上述的方法，用户能够不需要拥有对控制阀的先前经验就能确定控制阀的性能。

优选的是，确定控制阀的性能的步骤还包括：提供一个公差范围，处于该公差范围中的控制阀的性能是可接受的。

还优选的是，确定性能的步骤还包括：提供控制阀的性能结果，其中当实际流速值与期望流速值的差值处于公差范围内时，控制阀的性能是可接受的，而当测量的流速值与期望流速值的差值超出公差范围时，则其性能是不可接受的。

根据本发明的第三个方面，提供一种方法来提供用于在过程操作中确定控制阀性能的系统，所述方法包括步骤：使用上述公式

确定在过程操作中使用的多个控制阀的期望流速；把针对在过程操作中使用的多个控制阀的每一个的多个控制阀开度的期望流速值列入表中；提供输入装置来接收对于穿过控制阀的所测量的流速的输入值；把控制阀的测量的流速的输入值与表列的期望流速值进行比较；以及确定控制阀的性能是否可接受。

优选的是，确定性能的步骤还包括：提供一个公差范围，处于该公差范围中的控制阀的性能是可接受的。

还优选的是，确定性能的步骤还包括：提供控制阀的性能结果，其中当输入流速值与期望流速值的差值处于公差范围内时，控制阀的性能是可接受的，而当测量的流速值与期望流速值的差值超出公差范围时，其性能是不可接受的。

根据本发明的第四个方面，提供一种用于确定控制阀性能的系统，所述系统包括：流量计，其测量穿过控制阀的实际流速；数据库，其至少具有一个使用上述公式

确定的针对控制阀的期望流速；以及比较器，其比较实际流速和期望流速以确定控制阀的性能。

优选的是，该系统还包括一种输入装置来接收穿过控制阀的实际流速的输入值。

还优选的是，该系统还包括：具有公差范围的数据库，处于该公差范围内的控制阀的性能是可接受的。

还优选的是，该系统还包括一种输出装置来指示控制阀的性能。

优选的是，该输出装置是用于指示控制阀性能的显示器。

根据本发明的第五个方面，提供一种使用本发明的系统的方法，该方法包括如下步骤：获取穿过控制阀的实际流速值；把测量的实际流速值输入到所述系统；接收实际流速与期望流速之间的输出差值；以及接收控制阀的性能信息。

根据本发明的第六个方面，提供一种使用本发明的系统的方法，该方法包括如下步骤：识别所关心的控制阀的类型或者阀门的位置，其中所述类型包括线性阀门和等百分比阀门；获取穿过控制阀的实际流速值；把该实际流速值输入到系统；接收实际流速与期望流速之间的输出差值；以及接收控制阀的性能信息。

附图说明

为了使本发明被更充分地理解，将参考附图并仅以示例的形式对本发明的实施例进行描述，其中：

图1示出描述用于确定流经控制阀的期望流速的方法步骤的本发明第一方面；

图2示出描述用于确定控制阀的性能的方法步骤的本发明第二方面；

图3示出描述用于提供一种系统以确定控制阀性能的方法步骤的本发明第三方面；

图4示出描述用于确定控制阀性能的系统的本发明第四方面。

在每个方面和变化中，相同的参考数字被用于类似的组件仅仅便于理解该说明书。

具体实施方式

现在对本发明的优选实施例进行详细描述，其示例在附图中进行说明。虽然是结合优选实施例来描述本发明，但是将理解到，他们并不意在将本发明局限于这些实施例。相反地，本发明力图覆盖可被包括在由所附权利要求所限定的本发明精神和范围中的可选方案、修改和等同物。此外，在本发明的下面详细说明中，为了提供对本发明的透彻理解而给出了许多具体细节。然而，对本领域的普通技术人员来说很明显的是，本发明可以在没有这些具体细节的条件下实现。在其它的情况中，没有详细地描述公知的方法、过程、部件和特征，以免不必要地影响本发明所述方面的清晰性。

根据如图1所示的本发明的第一方面，提供了一种确定流经控制阀的液体的期望流速的方法，该控制阀具有确定的阀门流量系数。该方法包括如下步骤：测量所关心的控制阀的上游和下游位置处的压力；判定该上游下游位置之间的压力差；以及确定流经该控制阀的期望流速。该期望流速使用如下流速公式确立：

其中Q＝流速，

Cv＝阀门流量系数，

ΔP＝控制阀上游和下游位置之间的压力差值，

G＝液体的比重，以及

制造商提供的性能值没有考虑“安装后的”阀门特性，该“安装后的”阀门特性会影响到流经控制阀的实际流量或期望流量。因此，无法从制造商的数据单上获得控制阀的指示或者性能。

广义上存在两个不同种类的控制阀：线性阀门和等百分比阀门。其期望流速的确定也不相同。对线性阀门来说，期望的流速Q是通过用阀门开度的值替代符号

而获得的。因此，举例来说，当阀门是半开的即0.5时，

因此变成0.5，并且此值被代入方程。

对等百分比阀门来说，期望的流速Q是通过用等价值替代符号从而使关系式

存在而获得的，其中R是幅度变化范围而x是阀门开度的测量值。

因此，举例来说，当使用R＝30的等百分比阀门，而且当阀门半开即x＝0.5时，通过上面的方程，

因此变成0.18，并且此值被代入方程。

按照上述的方法，可以获得在各种阀门开度的期望流速，然后当比较在特定阀门开度的实际流速和期望流速以确定控制阀的性能时该期望流速用作比较基准。通过这种方法，确定控制阀性能的操作是无创伤的并且是不需要控制阀停工时间的，因此生产线不会受到影响。

根据如图2中所见的本发明的第二方面的一种方法，该方法提供来使用上述方法在特定阀门开度时确定控制阀的期望流速，测量通过控制阀的实际流速，比较这两个值以判定实际流速和期望流速之间的差值，并且判定该差值是否处于距期望流速可接受的值的范围内从而确定控制阀的性能。

期望流速与实际流速之间的可接受的差值范围，为了说明的目的被认为是公差范围。此范围是任何预定的可接受范围，其可以被计算为在特定阀门开度的流速的百分比，例如在特定阀门开度距期望流量10％的值，或者根据用户的期望也可以是距期望流速的绝对值，例如±10pv或+10pv或-10pv。

在一个变化中，可接受范围可以被再分成子范围，例如，当差值是±1pv时，控制阀的性能被判定为“极好”，而当差值是±1pv至±5.0pv时，控制阀被判定为“很好”；而当差值是±5.1pv至±10.0pv时，控制阀被判定为“好”。可以理解的是，当实际流速超出预定的公差范围时，该控制阀将被判定为“不可接受”，并且被标上记号来进行调查和校正行为以预先避免全面故障的情况。再分公差带的出现也可以用来指示何时需要测量下次的实际流速。例如，当控制阀被判定为“极好”时，下次测量可能发生在4周之后，而如果被判定为“好”则下次测量的时间可能是一周之后，等等。

根据在图3中说明的本申请的第三个方面，本发明提供一种用于提供确定控制阀性能的系统的方法。该方法包括如下步骤：确定在过程操作中使用的多个控制阀的期望流速值，该确定是在控制阀的类型是线性或等百分比类型且在变化的阀门开度时进行的。期望的流速随后被列入数据库的列表中以备后续参考。提供一种输入装置来接收测量的穿过控制阀的流速的输入值。此输入装置可以是键盘、键板或者可用的任意其它输入装置的形式。提供比较器来比较输入流速值和表列期望流速值以在讨论时确定其性能，其性能可使用公差范围作为基准来被确定是合格的或者是不合格的。公差范围可以被计算为距期望流速的百分比，或者是距期望流速的绝对值。也可以想象到，公差范围会因控制阀的不同而不同，或者因控制阀用于过程的不同部分而不同，例如，在对流速偏差的灵敏度高的过程中，其公差范围将会更紧缩而反之亦然。

在一个变化中，该方法还提供第二种输入装置以允许用户输入针对控制阀的类型或者控制阀的类型和位置的标识码，从而可以获取用于执行比较的正确的期望流速和/或公差范围，以确定控制阀的性能。

图4说明对用于确定控制阀性能的系统进行描述的本发明的第四个方面。如在图4中所见，系统100包括流量计10，其测量通过控制阀的实际流速，流量计10在此图中被示为第一压力表11和第二压力表12，用来测量通过所关心的控制阀20的实际流量。该系统还包括：数据库或者表30，其用来把控制阀的期望流速列入表中；以及比较器40，其允许对测量得到的流速和表列期望流速进行比较以确定控制阀的性能。

在一个可选方案中，系统还提供第一输入装置，其用于接收用来进行比较的通过所关心控制阀的实际流速的用户输入。在另一个可选方案中，系统还提供第二输入装置来允许用户输入控制阀的标识或者控制阀的定位以允许进行比较。如同可以从前述的公开中理解到的，用于判定控制阀是处于可接受还是不可接受状态的公差范围可能取决于控制阀的类型和/或控制阀的位置。如先前所讨论的，公差范围可能取决于控制阀所支持的过程的临界性和灵敏度而改变。

在另一个可选方案中，系统还包括显示装置以显示所确定的控制阀的性能。

本发明的实施例仅以示例的方式提出，并且允许在由所附权利要求限制的本发明范围内的修改。

Claims (17)

1.一种用于提供一个系统的方法，该系统用以在过程操作中确定控制阀性能，所述方法包括步骤：

确定控制阀的期望流速；

测量穿过控制阀的实际流速；

将实际流速与期望流速进行比较以判定实际流速与期望流速之间的差值；

判定该差值是否处于距期望流速可接受的值的范围内；以及

确定控制阀的性能，

其中，确定控制阀的期望流速的步骤包括：

测量控制阀的上游和下游位置处的压力；

判定控制阀上游和下游位置之间的压力差值；

使用如下流速公式来确定期望的流速：

其中Q＝流速，

Cv＝阀门流量系数，

ΔP＝控制阀上游和下游位置之间的压力差值，

G＝液体的比重，以及

2.如权利要求1所述的方法，其中所述确定控制阀性能的步骤还包括：提供公差范围，处于该公差范围内的控制阀性能被判定为可接受的。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述确定控制阀性能的步骤还包括：

提供控制阀性能的结果，其中当实际流速值与期望流速值的差值处于公差范围内时，所述控制阀的性能是可接受的，并且

当测量的流速值与期望流速值的差值超出公差范围时，控制阀的性能是不可接受的。

4.一种用于提供一个系统的方法，该方法用以在过程操作中确定控制阀性能，所述方法包括步骤：

确定在过程操作中使用的多个控制阀的期望流速；

把针对在过程操作中使用的多个控制阀的每一个的多个控制阀开度的期望流速值列入表中；

提供输入装置来接收对于穿过控制阀的所测量的实际流速的输入值；

提供比较器以比较控制阀的测量的流速的实际值与表列的期望流速值；以及

确定控制阀的性能是否可接受，

其中，确定在过程操作中使用的多个控制阀的期望流速的步骤包括：

测量控制阀的上游和下游位置处的压力；

判定控制阀上游和下游位置之间的压力差值；

使用如下流速公式来确定期望的流速：

其中Q＝流速，

Cv＝阀门流量系数，

ΔP＝控制阀上游和下游位置之间的压力差值，

G＝液体的比重，以及

5.如权利要求4所述的用于提供一个系统用以确定控制阀性能的方法，其中所述确定控制阀性能的步骤还包括：提供公差范围，处于该公差范围内的控制阀性能被判定为可接受的。

6.如权利要求5所述的用于提供系统的方法，其中所述确定性能的步骤还包括：

提供控制阀性能的结果，其中当输入流速值与期望流速值的差值处于公差范围内时，所述控制阀的性能被判定为可接受的；并且

当测量的流速值与期望流速值的差值超出公差范围时，所述性能是不可接受的。

7.一种用于确定控制阀性能的系统，所述系统包括：

流量计，其测量穿过控制阀的实际流速；

数据库，其至少具有一个使用根据确定流经控制阀的期望流速的方法来确定的针对控制阀的期望流速；以及

比较器，其比较实际流速值和期望流速值以确定控制阀的性能，

其中确定流经控制阀的期望流速的方法包括：

测量控制阀的上游和下游位置处的压力；

判定控制阀上游和下游位置之间的压力差值；

使用如下流速公式来确定期望的流速：

其中Q＝流速，

Cv＝阀门流量系数，

ΔP＝控制阀上游和下游位置之间的压力差值，

G＝液体的比重，以及

8.如权利要求7所述的系统，还包括：输入装置，其接收穿过控制阀的实际流速的输入值。

9.如权利要求8所述的系统，其中该系统还包括：数据库，其具有公差范围，处于该公差范围内的控制阀性能被判定为可接受的。

10.如权利要求9所述的系统，其中该系统还包括输出装置，以指示控制阀的性能。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述输出装置是指示控制阀性能的显示器。

12.一种使用如权利要求1所述系统的方法，该方法包括步骤：

获取穿过控制阀的实际流速值；

把所述实际流速值输入到所述系统；

接收实际流速与期望流速之间的输出差值；以及

接收控制阀的性能信息。

13.一种使用如权利要求2所述系统的方法，该方法包括步骤：

获取穿过控制阀的实际流速值；

把所述实际流速值输入到所述系统；

接收实际流速与期望流速之间的输出差值；以及

接收控制阀的性能信息。

14.一种使用如权利要求3所述系统的方法，该方法包括步骤：

获取穿过控制阀的实际流速值；

把所述实际流速值输入到所述系统；

接收实际流速与期望流速之间的输出差值；以及

接收控制阀的性能信息。

15.一种使用如权利要求4所述系统的方法，该方法包括步骤：

识别所关心的控制阀的类型，所述类型包括线性阀门和等百分比阀门；

获取穿过控制阀的实际流速值；

把所述实际流速值输入到所述系统；

接收实际流速与期望流速之间的输出差值；以及

接收控制阀的性能信息。

16.一种使用如权利要求5所述系统的方法，该方法包括步骤：

识别所关心的控制阀的类型，所述类型包括线性阀门和等百分比阀门；

获取穿过控制阀的实际流速值；

把所述实际流速值输入到所述系统；

接收实际流速与期望流速之间的输出差值；以及

接收控制阀的性能信息。

17.一种使用如权利要求6所述系统的方法，该方法包括步骤：

识别所关心的控制阀的类型，所述类型包括线性阀门和等百分比阀门；

获取穿过控制阀的实际流速值；

把所述实际流速值输入到所述系统；

接收实际流速与期望流速之间的输出差值；以及

接收控制阀的性能信息。

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