CN103411024B - 自动化阀测试设备 - Google Patents

Abstract

一种自动化阀测试设备。提供了一种用于使紧急阀设备产生部分行程的方法。紧急阀设备包括促动器(103)和阀部件(101)。该设备可在第一位置与第二位置之间移动。该方法包括启动设备从第一位置朝向第二位置的部分行程运动的步骤。测量作用在设备上的流体的参数。一旦测得的参数达到阈值，则部分行程运动反向。

Description

自动化阀测试设备

本申请是于2008年7月25日提交的已进入中国国家阶段的PCT专利申请(中国国家申请号为200880130628.6，国际申请号为PCT/GB2008/002555，发明名称为“AUTOMATEDVALVETESTINGAPPARATUS”)的分案申请。

发明领域

本发明涉及一种装置，其用于自动化测试阀的操作状态而并不将它们完全地开启或关闭，从而最大限度地减小对它们所控制的流体或过程的干扰。

发明背景

1.发明领域

本发明主要涉及流体控制阀的在其中操作的高可靠性是至关重要的任何应用。这些应用存在于许多行业中。具体而言，本发明涉及例如在加工(或处理)行业中使用的紧急停机系统。通常，油气设备在其系统内将具有气压控制的紧急阀。在潜在有危险的情况下，紧急阀将操作以关闭从而使设备隔离，或开启从而向受控流体提供旁路。在许多情况下，这些紧急阀可保持在其操作位置达数月或甚至数年之久。因此，这些阀的常见问题是，它们在紧急情况下由于构件被卡住或反应变慢而可能无法正确地操作。该问题可导致危险情形。本发明涉及在最大限度地减小设备正常操作的情况下对这些阀的自动化测试，以便增强在潜在有危害的情况下阀将会如预期那样进行操作的可信度。

2.相关技术的说明

市场上存在提供对阀(包括紧急阀)进行自动化测试的许多产品。这些产品中的许多基于启动在危险情形期间将采用的序列(或程序)持续一定的时间周期，该时间周期长到足以确定阀未卡住且合适地自由操作，但短到足以使得阀不会完全操作和干扰所控制的过程。这些自动化测试机理(或机构)在本领域中称为部分行程测试。

美国专利6,089,269披露了基于预定电压断开周期产生紧急阀的部分行程。'269专利披露了首先将计时器旋转至最小，且逐渐地增大电压断开周期，以便避免超过期望的阀位置。

美国专利6,920,409描述了一种基于预定时间间隔的部分行程测试的方法。该方法然后将从阀的此前成功操作中采集到的数据与自动化测试期间采集到的数据进行比较。如果初始测试与后续测试之间在关键方面存在数据不同，则将识别为存在阀故障的潜在可能。

本发明描述了在不需要初始测试或初始测试数据的情况下检测潜在阀故障的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种在不依赖阀的在前(或早先)测试的情况下有助于阀的部分行程测试的装置。

根据本发明的一个方面，一种用于使包括促动器和阀部件的紧急阀设备产生部分行程的方法，该设备可在第一位置与第二位置之间移动，该方法包括以下步骤：

启动设备从第一位置朝向第二位置的部分行程运动；

测量作用于设备上的流体的参数；以及

当流体的测得参数达到阈值时使设备的部分行程运动反向。

作为优选，测得的参数包括流体压力。

作为优选，该方法还包括将测得的压力与数学模型相比较用以确定紧急阀的操作状态的步骤。

作为优选，阈值压力包括高于大气压力的压力。

作为优选，测得的参数包括从设备排出的流体的流速。

作为优选，测得的参数包括提供给设备的流体的流速。

作为优选，该方法还包括以重复方式使紧急阀产生部分行程，其中，各部分行程均包括不同的所测流体参数阈值。

根据本发明的另一方面，一种用于使包括促动器和阀部件的紧急阀设备产生部分行程的方法，该设备可在第一位置与第二位置之间移动，该方法包括以下步骤：

通过调整供给至设备的能量来启动设备从第一位置朝向第二位置的部分行程运动；

测量作用在设备上的能量；以及

当测得的能量达到阈值水平时，使设备和阀的部分行程运动反向。

作为优选，测量作用在设备上的能量的步骤包括测量电流。

作为优选，测量作用在设备上的能量的步骤包括测量电压。

作为优选，该方法还包括测量作用在设备上的流体压力的步骤。

作为优选，该方法还包括将测得的压力与数学模型相比较用以确定紧急阀的操作状态的步骤。

作为优选，该方法还包括以重复方式使紧急阀产生部分行程，其中，各部分行程均包括不同的所测能量阈值。

根据本发明的另一方面，一种用于确定可在第一位置与第二位置之间移动的紧急阀设备的操作状态的方法，包括以下步骤：

在部分行程测试期间测量作用在设备上的压力；以及

将在部分行程测试期间作用在设备上的压力与数学模型相比较。

作为优选，数学模型是基于非操作(或非运行)的设备的。

作为优选，数学模型是基于在部分行程测试期间具有固定容积的设备的。

作为优选，该方法还包括采用以下等式作为数学模型的步骤：

P=ae ^-bt 。

作为优选，该方法还包括以下步骤：如果在部分行程测试期间作用在设备上的压力不同于数学模型超过阈值差，则确定紧急阀是在操作的。

根据本发明的另一方面，一种用于使紧急停机系统产生部分行程的方法，

所述紧急停机系统包括：

紧急阀设备，其包括促动器和阀，适于控制管道中的流体流且可在第一位置与第二位置之间移动，该设备朝向第二位置受到偏压；

螺线管阀，其

在通电时，提供加压流体源与设备之间的流体流动通路，由此容许加压流体作用在设备，从而使设备移动至第一位置，以及

在断电时，关闭加压流体源与设备之间的流体流动通路，并开启设备与压力释放孔口(或出口)之间的流体流动通路，用以释放作用在设备上的加压流体；以及

适于测量作用在设备上的压力的压力传感器；

所述方法包括以下步骤：

使螺线管阀断电；

当作用在设备上的加压流体释放时，测量作用在设备上的压力；

使螺线管阀再通电，以再开启加压流体源与设备之间的流体流动通路且关闭设备与孔口之间的流体流动通路；以及

将测得的压力与数学模型进行比较。

作为优选，当释放作用在设备上的加压流体时，设备从第一位置朝向第二位置移动。

作为优选，该方法还包括在测得的压力达到阈值压力时使螺线管阀再通电的步骤。

作为优选，阈值压力选择为使得加压流体源与设备之间的流体流动通路在设备到达第二位置之前开启。

作为优选，将测得的压力与数学模型相比较的步骤包括基于具有固定容积的设备来将测得的压力与数学模型相比较的步骤。

作为优选，将测得的压力与数学模型相比较的步骤包括将测得的压力与以下等式相比较的步骤：

P=ae ^-bt 。

作为优选，该方法还包括步骤：如果测得的压力不同于数学模型超过阈值差，则确定紧急阀是在操作的。

根据本发明的另一方面，一种紧急阀，其包括：

阀设备，其包括管道阀和促动器，该设备可在第一位置与第二位置之间移动；

螺线管阀，其适于当通电时在加压流体源与设备之间提供流体流动通路，以及适于当断电时在设备与压力释放孔口之间提供流体流动通路；

传感器，其适于测量作用在设备上的流体的参数；

控制装置，其提供成有选择地向螺线管提供螺线管电源；以及

测试装置，其用于通过从螺线管阀除去螺线管电源，从而使螺线管阀断电，且当作用于促动器上的流体的测得参数达到阈值时使螺线管阀再通电来启动管道阀的部分行程。

作为优选，测得的参数包括流体压力。

作为优选，测试装置还构造成用以将测得的流体压力与数学模型相比较来确定管道阀的操作状态。

作为优选，数学模型是基于具有固定容积的设备的。

作为优选，数学模型包括以下等式：

P=ae ^-bt 。

作为优选，阈值包括高于大气压力的压力。

作为优选，测得的参数包括从设备排出的流体的流速。

作为优选，测得的参数包括提供给设备的流体的流速。

作为优选，该设备还包括适于使设备朝向第一位置偏压的偏压装置。

作为优选，加压流体源能够提供足以克服偏压装置且将设备保持在第一位置上的压力。

作为优选，在螺线管阀断电之后，该设备从第一位置朝向第二位置移动。

作为优选，螺线管阀再通电所处的预定压力选择成使得设备在紧急阀部分行程期间不会到达第二位置。

作为优选，测试装置以重复方式启动管道阀的部分行程，且其中，各部分行程均包括不同的所测流体参数阈值。

附图简述

现在将参看附图描述本发明的实例：

图1为紧急停机系统的图解视图，该系统由流体操作式阀构成，流体操作式阀由具有压力变换器(或换能器)的促动器控制，该压力变换器用于测试系统的操作完整性。

图2为从图1所绘的系统中产生的典型压力测量结果相对于时间的曲线图，结合了在自动化测试时间线内的重要事件。

图3为由流体操作式阀构成的紧急停机系统的图解视图，流体操作式阀由具有位置变换器的促动器控制，该位置变换器用于测试系统的操作完整性。

图4为由流体操作式阀构成的紧急停机系统的图解视图，流体操作式阀由具有压力变换器和位置变换器的促动器控制，该压力变换器和位置变换器用于测试系统的操作完整性。

发明详述

图1至图4和以下说明描绘了特定的实例以向本领域的技术人员披露如何制造和使用本发明的最佳模式。出于披露本发明原理的目的，简化或省略了一些常规的方面。本领域的技术人员将认识到这些实例的变型落入本发明的范围内。本领域的技术人员将认识到下文所述的特征可采用多种方式相结合用以形成本发明的多种变型。因此，本发明不限于下文所述的特定实例，而是仅由权利要求及其等同方案所限制。

图1为由流体操作式阀设备构成的紧急停机系统10内的本发明示例性实施例的图解视图。流体可包括气压流体源、液压流体源或任何其它适合的流体。阀设备包括管道阀101和促动器103。紧急停机系统10包括管道100、管道阀101、通向促动器联动机构(或装置)102的紧急阀、促动器103、促动器复位弹簧104、螺线管阀(或电磁阀)105、控制流体源106、控制装置107、电源108、测试装置109、螺线管电源110、传感器111，以及控制流体导管112。

紧急停机系统10提供成用以在检测到危险情况下使用管道阀101来关闭管道100的流体通道。作为备选，紧急停机系统10可操作以开启管道阀101，从而产生经由管道100的旁路。应当理解的是，尽管以下描述涉及紧急阀，如管道阀101，但本发明同样适用于测试其它类型的阀。类似的是，尽管以下阐述针对常开式阀，但本发明同样适用于常闭式阀。

在未识别出潜在危险的正常操作情况下，控制装置107将向测试装置109提供电源108，继而测试装置109将螺线管电源110提供给螺线管阀105。根据本发明的另一实施例，测试装置109可包括在控制装置107中，且因此，控制装置107将向螺线管阀105提供螺线管电源110。控制装置107可包括处理器单元、CPU、用户界面等。

根据本发明的实施例，当螺线管阀105处于其通电状态时，该螺线管阀105通过流体导管112在控制流体源106与促动器103之间提供流体流。螺线管阀105还包括压力释放孔口。当螺线管阀105通电时，阀设备与螺线管阀的压力释放孔口之间的流体连通是关闭的。根据本发明的一个实施例，与阀设备连通的流体通向促动器103，而螺线管阀105的压力释放孔口是关闭的。然而，在没有促动器103的实施例中，流体可与管道阀101直接连通。下文的描述仅是为清楚目的而限于在其中流体与促动器103连通的实施例。促动器103的充分加压克服了促动器103和复位弹簧104的摩擦，且导致通向促动器联接机构102的紧急阀，其继而使管道100内的管道阀101移动至第一位置。根据本发明的一个实施例，管道阀101的第二位置防止流体流过管道100。根据本发明的另一实施例，管道阀101的第二位置容许流体流过管道100，而第一位置防止流体流过管道100。

在期望关闭系统10的情况下，控制装置107可移除通向测试装置109的电源108，随后其移除通向螺线管阀105的螺线管电源110。当螺线管阀105处于其断电状态时，阻止了控制流体源106与促动器103之间的流体流，且开启了促动器103与螺线管阀105压力释放孔口之间的流体流。一旦促动器103不再被加压，则弹簧104克服促动器103的摩擦，且容许延伸。这导致通向促动器联动机构102的紧急阀，以使紧急阀在管道100内从第一位置移动至第二位置。

根据本发明的实施例，控制装置107可发送信号至测试装置109，以便启动紧急停机系统10的部分行程测试。部分行程测试遵循上文所述的操作；然而，螺线管105在关闭管道100内的管道阀101之前是再通电的。由于管道阀101未完全地关闭流过管道100的流体，故必须有一些备选方法来确定管道阀101是否在操作。此外，由于完全关闭会严重地影响管道的操作，故不希望在部分行程测试期间使管道阀101完全关闭。因此，部分行程测试必须在完全关闭之前结束。在现有技术中，部分行程测试将在预定量的时间之后结束，或作为备选，基于由限位开关确定的阀位置而结束。然而，根据本发明的实施例，由于已经测量了作用在设备上的流体的各种参数，故部分行程测试可基于流体的测得参数进行控制。例如，当测得的参数达到阈值时，螺线管105可再通电。测得的参数例如可包括作用在阀设备上的流体的压力、流速或它们的组合。一旦测得的参数达到阈值，则部分行程测试结束且螺线管105再通电。

此外，在许多情形中，期望的是以正常操作速度而非现有技术中所见的减慢速度来进行部分行程测试。阀可能未如期望的那样以减慢的速度操作，且因此测试可能未给出足够的结果。因此，根据本发明的实施例，部分行程测试以正常操作速度予以执行。然而，可能存在希望以减慢的速度来执行测试的情况，且因此，根据本发明的另一实施例，部分行程测试以减慢的操作速度予以执行。

根据本发明的另一实施例，可测量流至或流出设备(且具体而言是促动器103)的加压流体的流速。如果流速达到阈值，则测试装置109可结束部分行程测试。根据本发明的又一实施例，测试装置109可测量作用在螺线管105上的能量。如果作用在螺线管105上的能量达到阈值水平，则测试装置109可结束部分行程测试。本发明提供了一种用于确定管道阀101的操作状态的方法。应当理解的是，在一些实施例中，作用在螺线管105上的测得的能量包括电流或电压的衰减。这可能为能量供给至螺线管105以保持管道阀101开启的情形，且因此，能量在部分行程测试期间从螺线管105上除去。然而，在其它实施例中，通常未提供能量至螺线管105，而是在部分行程测试期间提供能量至螺线管105。在该实施例中，作用在螺线管105上的能量将包括电流或电压源，而非能量衰减。

根据本发明的实施例，控制装置107启动部分行程紧急阀测试。与将测试结果与在早前时间获得的现有数据相比较的现有技术不同的是，本发明不需要在先测试或先前获得的数据来确认管道阀101的操作状态。

图2为紧急停机系统10内的本发明的示例性实施例的图1所绘系统10产生的典型压力测量结果相对于时间的曲线图。如下文所述，测试装置109可将紧急停机系统10所产生的压力测量结果与诸如迹线A的数学模型相比较。迹线A示出了如果阀设备卡住的情况下在流体导管112内由压力传感器111所测得的预计压力的迹线。如果促动器103卡住，则弹簧104不会在系统损失压力时移动。因此，促动器103其特征可为具有固定的容积。该固定容积系统的压力衰减可以下述数学模型为特征，如：

P=ae ^-bt ，(1)

其中：

P=压力

a=系统常数

e=自然对数的基数

b=时间常数

t=时间

应当理解的是，上文提供的等式仅为一个数学模型，且可使用其它数学模型。此外，利用从压力读数中获得的数据可执行其它形式的数学分析。例如，根据本发明的实施例，可采用重复的方式(连续的多次测试)执行部分行程测试。根据该实施例，从各测试中获得的所测流体参数可相互比较。根据本发明的另一实施例，各测试可基于测得的流体参数的不同阈值而结束。

当促动器103卡住时，系统的压力按指数规律衰减，这可看作是迹线A。相反，迹线B示出了在阀设备操作的情况下对管道阀101的测试期间从压力传感器111获得的压力迹线。在点200处，测试装置109从螺线管阀105上移除螺线管电源110，从而使螺线管阀105断电。出现的功率衰减可以测得。根据本发明的实施例，如果测得的功率达到阈值水平，则控制装置107可使部分行程测试结束。通常，在电源110从螺线管阀105上移除时与螺线管阀105实际移动时之间，存在时间延迟。在点201处，螺线管阀105断电，从而关闭来自促动器103的控制流体源106，且同时，容许作用在促动器103上的压力和流体导管112中的压力通过螺线管阀105中的压力释放孔口通向环境而减压。在压力降低的情况下，可在点201处看到流体导管112的减压。取决于紧急停机系统10的精密构造，传感器111可经历短时期的干扰，这在图2中示为在点201与202之间。根据本发明的实施例，传感器111包括压力传感器。然而，根据本发明的另一实施例，传感器111可包括流量传感器，其测量提供给或排出自设备的流体的流量。

在干扰周期之后，压力衰减在点202处开始如图所示那样稳定。尽管压力在点202处衰减，但系统内的压力仍足够高以克服弹簧104的力，且因此促动器103还未移动。因此，该系统其特征为具有固定的容积，且由压力传感器111测量的压力遵循如由迹线A所绘的数学曲线。迹线B遵循数学模型，直到复位弹簧104的弹簧力可克服促动器103的摩擦力和作用在促动器103上的压力。一旦促动器103移动，则系统内的压力便不再具有固定的容积，且因此，由压力传感器111测得的压力便脱离迹线A。这可在点204处看到。脱离迹线A表示管道阀101是在操作(或发生作用)的，因为管道阀101通过通向促动器联动机构102的紧急阀而直接地联接到促动器103上。然而，如果从测试中获得的压力遵循迹线A，直到系统中没有压力，则促动器容积便很可能不变，且因此，管道阀101将不能从第一位置移动至第二位置。

图2也示出了连同点203一起的迹线C，该点203是迹线B与迹线C相交的位置。迹线C为所测参数的阈值。该参数可包括阈值压力或阈值流速。阈值可编程到测试装置109中，或可由使用者设置。在测试运转期间，阈值压力代表测量装置109恢复通向螺线管阀105的螺线管电源110所处的压力。正如使螺线管阀105断电一样，使螺线管阀105再通电通常在供送功率的时间与螺线管阀105实际移动的时间之间具有时间延迟。因此，迹线C选为处于阈值，使得螺线管阀105将在弹簧104完全克服作用在促动器103上的压力的点之前便已移动。通过在阈值处使螺线管阀105通电，不容许管道阀101完全移动至第二位置。作为替代，仅容许促动器103产生部分行程，从而保持管道阀101开启，且防止系统10中的任何干扰。在预定的时间周期之后，测试装置将停止利用压力传感器111监测流体导管112内的压力，这是点205。应当理解的是，当流体流速达到阈值时，螺线管阀105可再通电。根据另一实施例，当作用在螺线管阀105上的能量达到阈值水平时，螺线管阀105可再通电。

在图2内所示的测试序列完成之后，测试装置109分析由流体导管112内的压力传感器111所测得的压力，该压力在测试序列期间作用在促动器103上，用以确定点202与点203之间的数据。根据点202与点203之间的数据可知，迹线B的压力分布预计会匹配由等式1或类似等式的数学模型所产生的迹线A的压力分布。还分析点204与点205之间的数据。从点204开始，迹线B的所测压力分布将偏离由迹线A所代表的数学模型。如果两个压力分布的差别超过阈值量，则将看到阀令人满意地操作。另一方面，如果压力分布大致匹配，或偏离迹线A不超过阈值量，则将看到阀未能操作，且将需要进一步调查。

应当理解的是，前述说明可涉及关闭管道100的紧急停机系统，或上述说明的备选实施例将涉及旁通紧急停机系统，在希望关闭系统的情况下，阀将开启，而非关闭。

图3示出了前述说明的另一备选实施例，其提供了紧急停机系统30的图解视图，该紧急停机系统30由阀设备构成，该阀设备包括由具有位置变换器113的促动器103所控制的管道阀101，该位置变换器113用于测试系统30的操作完整性。在该备选实施例中，位置变换器113连接到促动器103的输出上。在前述测试序列期间，位置变换器113将由测试装置109使用，以便直接确定是否将看到阀101令人满意地操作。

图4示出了前述说明的另一备选实施例，其提供了紧急停机系统40的图解视图，该紧急停机系统40由气压操作式阀101构成，该气压操作式阀101由具有压力变换器111和位置变换器113的促动器103控制，该压力变换器111和位置变换器113用于测试系统40的操作完整性。在该备选实施例中，来自于位置变换器113和压力传感器111的组合数据将由测试装置109用来确定是否将看到阀令人满意地操作。

上述实施例的详细说明并非对由发明人构思出的落在本发明范围内的所有实施例的详尽描述。实际上，本领域的技术人员将认识到，上述实施例的一些元件可不同地相结合或除去以产生其它实施例，且这些其它的实施例落在本发明的范围和教导内容内。本领域的普通技术人员还将清楚的是，上述实施例可整体或部分地相结合以产生在本领域的范围和教导内容内的附加实施例。

因此，如相关领域的技术人员将认识到的那样，尽管本发明出于说明性目的而在此描述了本发明的特定实施例和对于本发明的实例，但本发明范围内的各种等同的修改也是可能的。本文提供的教导内容可适用于其它阀系统，而不仅是上文所述和附图中所示的实施例。因此，本发明的范围应当由所附权利要求来确定。

Claims (12)

1.一种用于确定可在第一位置与第二位置之间移动的紧急阀设备的操作状态的方法，包括以下步骤：

在部分行程测试期间测量作用在所述设备上的压力；以及

将在所述部分行程测试期间作用在所述设备上的压力与数学模型相比较。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数学模型是基于非操作的设备的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述部分行程测试期间，所述数学模型是基于具有固定容积的设备的。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：使用以下等式：P=ae ^-bt 作为所述数学模型，其中，P为压力，a为系统常数，e为自然对数的基数，b为时间常数，以及t为时间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：如果在所述部分行程测试期间作用在所述设备上的压力不同于所述数学模型的差别超过阈值量，则确定所述紧急阀是在操作的。

6.一种用于使紧急停机系统产生部分行程的方法，

所述紧急停机系统包括：

　　紧急阀设备，其包括促动器和阀，适于控制管道中的流体流且可在第一位置与第二位置之间移动，所述设备朝向所述第二位置受到偏压；

　　螺线管阀，其当通电时，提供在加压流体源与所述设备之间的流体流动通路，由此容许加压流体作用在所述设备上，从而使所述设备移动至所述第一位置，以及当未通电时，关闭在所述加压流体源与所述设备之间的流体流动通路，且开启在所述设备与压力释放孔口之间的流体流动通路来释放作用在所述设备上的加压流体；以及

　　适于测量作用在所述设备上的压力的压力传感器；

所述方法包括以下步骤：

　　使所述螺线管阀断电；

　　在作用在所述设备上的加压流体释放时，测量作用在所述设备上的压力；

　　使所述螺线管阀再通电来再开启所述加压流体源与所述设备之间的流体流动通路，且关闭所述设备与所述压力释放孔口之间的流体流动通路；以及

　　将所测得的压力与数学模型进行比较。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当作用在所述设备上的加压流体释放时，所述设备从所述第一位置朝向所述第二位置移动。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所测得的压力达到阈值压力时使所述螺线管阀再通电的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述阈值压力选为使得所述加压流体源与所述设备之间的流体流动通路在所述设备到达所述第二位置之前开启。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所测得的压力与数学模型相比较的所述步骤包括基于具有固定容积的设备将所测得的压力与数学模型相比较的步骤。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所测得的压力与数学模型相比较的所述步骤包括将所测得的压力与以下等式相比较的步骤：P=ae ^-bt ，其中，P为压力，a为系统常数，e为自然对数的基数，b为时间常数，以及t为时间。

12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：如果所测得的压力不同于所述数学模型的差别超过阈值量，则确定所述紧急阀是在操作的。