CN115964963A

CN115964963A - 一种调节阀流道堵塞在线监测方法及系统

Info

Publication number: CN115964963A
Application number: CN202211607634.4A
Authority: CN
Inventors: 张冬明; 肖鸿元; 马旭升; 王旭; 姚旭栋; 陈�峰; 张伟栋; 李云竹
Original assignee: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co Ltd
Current assignee: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2022-12-14
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2023-04-14

Abstract

本发明公开了一种调节阀流道堵塞在线监测方法及系统，该方法包括：采集调节阀在线运行状态下的上游压力、下游压力、流体介质流量、流体介质温度以及调节阀的阀门实际开度；基于所采集的数据，根据流量方程计算获得当前工况下的需求流通能力，结合调节阀的流量特性曲线，获取调节阀的阀门理论开度；比较调节阀的阀门理论开度和阀门实际开度，根据开度偏差结果判断调节阀堵塞的严重程度。本发明通过采集调节阀处于正常在线运行状态下的实时在线运行数据，结合调节阀的流量特性曲线，分析阀门堵塞严重程度，能够在不影响正常的工艺系统生产过程的情况下，在堵塞初期进行预警提示，提早发现并监测跟踪故障，提高生产的安全性和经济性。

Description

一种调节阀流道堵塞在线监测方法及系统

技术领域

本发明涉及调节阀监测技术领域，尤其涉及一种调节阀流道堵塞在线监测方法及系统。

背景技术

调节阀在工业自动化过程控制中，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件。调节阀是工艺系统中非常关键的流体控制设备，通过调节流量来控制工艺系统的温度、压力、液位等参数，例如主给水调节阀、稳压器喷雾阀等，其运行可靠性直接关系到工艺系统的安全可靠运行，如果调节阀失效，可能带来严重的经济损失和安全事故。

流通能力是调节阀的重要性能指标，通过调节阀门的开度来调整调节阀的有效流通面积，从而实现流通能力的调节。调节阀的流通能力通常通过流量特性曲线来表征，为了达到或实现所需求的流量特性曲线，尤其是大压差的情况下，调节阀需要采用如图1所示的小孔、蜂窝小孔、迷宫式等阀内件设计，而在此基础上，由于流道小，且存在介质不干净的情况，极易造成调节阀的堵塞。

调节阀堵塞将导致调节阀流通能力下降，进而造成工艺系统压降升高、调节阀开度变大，甚至导致调节阀全开也依然无法满足工艺系统的流通能力需求，调节阀堵塞是调节阀的典型故障之一。

早期的调节阀使用观念是让调节阀尽可能地长期工作，一旦出现故障，立即对调节阀进行维修以恢复阀门的正常工作。然而这种方式存在两个突出问题，即：

(1)需要时常将调节阀拆卸和拆开，检查、维修或更换已损坏的零件，费时费力；

(2)无法对调节阀的堵塞故障进行预判，特别是与安全相关调节阀，极有可能在停机大修后的很短时间内又出现故障，导致停机，同时无法获取调节阀的运行状态，使得相关人员在调节阀的运维上处于极其被动的状态。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种调节阀流道堵塞在线监测方法及系统，通过采集调节阀处于正常在线运行状态下的实时在线运行数据，结合调节阀的流量特性曲线分析阀门理论开度，通过实际开度与理论开度的对比判定阀门堵塞严重程度，能够在不影响正常的工艺系统生产过程的情况下，在堵塞初期进行预警提示，提早发现并监测跟踪故障，使调节阀的运维更具有针对性，极大的节约成本，提高效率的同时还提高了生产的安全性和经济性。

第一方面，本公开提供了一种调节阀流道堵塞在线监测方法，包括：

采集调节阀在线运行状态下的上游压力、下游压力、流体介质流量、流体介质温度以及调节阀的阀门实际开度；

基于所采集的数据，根据流量方程计算获得当前工况下的需求流通能力；

根据需求流通能力，结合调节阀的流量特性曲线，获取调节阀的阀门理论开度；

比较调节阀的阀门理论开度和阀门实际开度，根据开度偏差结果判断调节阀堵塞的严重程度。

进一步的技术方案，所述需求流通能力的获取包括以下步骤：

判断调节阀的流体介质的类型；所述流体介质包括液体介质和气体介质；

判断流体介质的状态；所述流体介质的状态包括临界流和亚临界流；

根据流体介质类型和状态的不同，分别计算不同流体介质类型、不同流体介质状态下的需求流通能力。

进一步的技术方案，当流体介质为液体介质时，判断液体介质的状态：

当

时，判断液体介质状态为临界流；当

时，判断液体介质状态为亚临界流；

当液体介质状态为临界流时，通过公式

计算需求流通能力；当液体介质状态为亚临界流时，通过公式

计算需求流通能力；

其中，

P_V为热力学临界压力，P_C为流体流动时温度下的饱和蒸汽压力，C_f为临界流量系数,G_f为液体在常温下的比重，Q为流体介质的体积流量，P₁为调节阀上游压力，P₂为调节阀下游压力，ΔP＝P₁-P₂表示调节阀上游压力和下游压力的压力差。

进一步的技术方案，当流体介质为气体介质时，判断气体介质的状态：

当

时，判断气体介质状态为临界流，当

时，判断气体介质状态为亚临界流；

当气体介质状态为临界流时，通过公式

计算需求流通能力；当气体介质状态为亚临界流时，通过公式

计算需求流通能力；

其中，C_f为临界流量系数，

G_g为气体在流动温度下的比重，G为气体在标准状态下的比重，T为介质温度，W为流体介质的质量流量，P₁为调节阀上游压力，P₂为调节阀下游压力，ΔP＝P₁-P₂表示调节阀上游压力和下游压力的压力差。

进一步的技术方案，将计算得到的需求流通能力代入到调节阀的流量特性曲线中，获取调节阀的阀门理论开度。

进一步的技术方案，计算阀门开度偏差值，以阀门实际开度与阀门理论开度的差值为开度偏差；

设定第一阈值为5％，当开度偏差大于第一阈值时，则判定阀门为堵塞；

设定第二阈值为10％，当开度偏差大于第二阈值时，则判定阀门为中度堵塞；

设定第三阈值为20％，当开度偏差大于第三阈值时，则判定阀门为重度堵塞。

第二方面，本公开提供了一种调节阀流道堵塞在线监测系统，包括：

数据采集模块，用于采集调节阀在线运行状态下的上游压力、下游压力、流体介质流量、流体介质温度以及调节阀的阀门实际开度；

数据处理模块，用于基于所采集的数据，根据流量方程计算获得当前工况下的需求流通能力；根据需求流通能力，结合调节阀的流量特性曲线，获取调节阀的阀门理论开度；

堵塞程度判断模块，用于比较调节阀的阀门理论开度和阀门实际开度，根据开度偏差结果判断调节阀堵塞的严重程度。

第三方面，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述方法的步骤。

第四方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述方法的步骤。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、本发明提供了一种调节阀流道堵塞在线监测方法及系统，通过采集调节阀处于正常在线运行状态下的实时在线运行数据，结合调节阀的流量特性曲线分析阀门理论开度，通过实际开度与理论开度的对比判定阀门堵塞严重程度，能够在不影响正常的工艺系统生产过程的情况下，发现并判定调节阀堵塞严重程度，在堵塞初期进行预警提示，提早发现并监测跟踪故障，确保生产过程安全可靠。

2、本发明所提出的方法及系统，通过对调节阀进行监测诊断，采集阀门的机械、气动以及工艺系统的相关参数，对这些参数进行分析，给出调节阀的老化趋势、故障及原因等，指导调节阀的维修工作，使调节阀的运维更具有针对性，极大的节约成本，提高效率的同时还提高了生产的安全性和经济性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为现有采用小孔、蜂窝小孔、迷宫式阀内件设计的调节阀的示意图；

图2为本发明实施例所述调节阀流道堵塞在线监测方法的整体流程图；

图3为发明实施例中调节阀在线监测的结构示意图；

图4为调节阀的流量特性曲线示意图；

图5为本发明实施例中在线监测调节阀堵塞情况的示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

针对现有工艺系统中调节阀堵塞故障无法在正常生产过程中提前诊断出，以及无法判断调节阀堵塞严重程度的问题，本实施例提供了一种调节阀流道堵塞在线监测方法，在不影响正常的工艺系统生产过程的情况下，采集调节阀相关实时在线运行数据，计算并分析调节阀流道堵塞情况，在堵塞初期进行预警提示，提早发现并监测跟踪故障，确保生产过程安全可靠。

本实施例所提供的一种调节阀流道堵塞在线监测方法，在工艺系统中的调节阀处于正常在线运行状态时，采集调节阀上游压力P1、下游压力P2、流体介质流量(Q或W)、下游流体介质温度T，根据流量方程计算当前工况下的需求流通能力C_V，根据调节阀流量特性曲线计算出对应的阀门理论开度，采集调节阀阀门实际开度L，将实际开度与理论开度进行对比，根据偏差情况，判定阀门堵塞严重程度。如图2所示，上述方法具体包括以下步骤：

步骤S1、采集调节阀在线运行状态下的上游压力、下游压力、流体介质流量、流体介质温度以及调节阀的阀门实际开度；

步骤S2、基于所采集的数据，根据流量方程计算获得当前工况下的需求流通能力；

步骤S3、根据需求流通能力，结合调节阀的流量特性曲线，获取调节阀的阀门理论开度；

步骤S4、比较调节阀的阀门理论开度和阀门实际开度，根据开度偏差结果判断调节阀堵塞的严重程度。

上述步骤S1中，如图3所示，工艺系统中的待测调节阀处于在线运行状态，在调节阀的上游依次设置温度变送器、流量变送器、压力变送器，分别用于采集调节阀的流体介质温度T、流体介质流量(Q或W)、上游压力P₁，在调节阀的下游设置另一压力变送器，用于采集调节阀的下游压力P₂，此外，在调节阀上设置阀位变送器，用于采集调节阀的实际开度L信息。

通过上述各变送器采集调节阀的上游压力、下游压力、流体介质流量、流体介质温度以及阀门实际开度，将采集的数据信息上传至数据处理模块，计算并分析调节阀流道堵塞情况。此外，存储所采集的调节阀实时相关信息，便于后续的数据调取与查看。

上述步骤S2中，基于所采集的流体介质温度T、流体介质流量Q或W、上游压力P₁和下游压力P₂，根据流量方程计算获得当前工况下的需求流通能力C_V。在本实施例中，通过调节阀的流体介质包括液体、气体等介质。

判断调节阀的流体介质的类型，当流体介质为液体介质时，基于上述数据计算当前工况下的需求流通能力。首先判断流体介质的状态，即判断液体介质状态为临界流或亚临界流，当

时，判断液体介质状态为临界流，当

时，判断液体介质状态为亚临界流。其次，根据流体介质状态的不同，分别计算不同流体介质状态下的需求流通能力，当液体介质状态为临界流时，通过公式

计算此时的需求流通能力；当液体介质状态为亚临界流时，通过公式

计算此时的需求流通能力。

当流体介质为气体介质时，基于上述数据计算当前工况下的需求流通能力。首先判断流体介质的状态，即判断气体介质状态为临界流或亚临界流，当

时，判断气体介质状态为临界流，当

时，判断气体介质状态为亚临界流。其次，根据流体介质状态的不同，分别计算不同流体介质状态下的需求流通能力，当气体介质状态为临界流时，通过公式

计算此时的需求流通能力；当气体介质状态为亚临界流时，通过公式

计算此时的需求流通能力。

其中，

P_V为热力学临界压力(单位bar，1bar＝0.1MPa)，P_C为流体流动时温度下的饱和蒸汽压力(单位bar)，C_f为临界流量系数,G_f为液体在常温下的比重(常温下水的比重为1)，G_g为气体在流动温度下的比重，

G为气体在标准状态下的比重(空气为1.0)，T为介质温度(单位℃)，Q为流体介质体积流量(单位m³/h)，W为流体介质质量流量(单位kg/h)，P₁为调节阀上游压力(单位bar)，P₂调节阀下游压力(单位bar)，ΔP＝P₁-P₂(单位bar)，表示调节阀上游压力和下游压力的压力差。

通过上述步骤S2计算获得当前工况下的需求流通能力，在此基础上进行步骤S3，即将计算得到的需求流通能力代入到调节阀的流量特性曲线中，获取调节阀的阀门理论开度L₀。调节阀的流量特性曲线是以阀门理论开度为横坐标、以流通能力为纵坐标的体现调节阀固有特性的曲线，该流量特性曲线是已知的。将计算得到的需求流通能力代入到调节阀的流量特性曲线中，如图4所示，当计算得到的需求流通能力C_V为8.12，则对应的调节阀的阀门理论开度L₀为90％。

上述步骤S4中，比较调节阀的阀门理论开度L₀和阀门实际开度L，根据开度偏差结果判断调节阀堵塞的严重程度，即计算阀门开度偏差ΔL＝L-L₀，当开度偏差ΔL达到一定程度时，在本实施例中，设定第一阈值为5％，当开度偏差大于第一阈值时，则判定阀门为堵塞；当开度差值进一步加大，设定第二阈值为10％，当开度偏差大于第二阈值时，则判定阀门为中度堵塞；当开度差值进一步加大，设定第三阈值为20％，当开度偏差大于第三阈值时，则判定阀门为重度堵塞。

作为另一种实施方式，本实施例所述方法还包括：根据判定的调节阀堵塞的严重程度，进行不同级别的预警提示。当判定阀门为堵塞，通过指示灯显示黄色进行预警提示；当判定阀门为中度堵塞，通过指示灯显示红色进行预警提示；当判定阀门为重度堵塞，通过指示灯显示红色同时发出报警声进行预警提示。通过这一方案，能够提醒工作人员或相关人员调节阀的堵塞情况，便于提早发现调节阀堵塞故障，确保生产过程安全可靠。

作为另一种实施方式，本实施例所述方法还包括：通过显示模块显示实时获取的开度偏差值，如图5所示，实时在线监测调节阀的堵塞情况。

也就是说，本实施例上述方案，能够在不影响正常的生产过程的情况下，发现并判定调节阀堵塞严重程度，在堵塞初期进行预警提示，提早发现并监测跟踪故障，确保生产过程安全可靠。

本实施例所述方法，通过对调节阀进行监测诊断，采集阀门的机械、气动以及工艺系统的相关参数，对这些参数进行分析，给出调节阀的老化趋势、故障及原因等，指导调节阀的维修工作，使调节阀的运维更具有针对性，极大的节约成本，提高效率的同时还提高了生产的安全性和经济性。

实施例二

本实施例提供了一种调节阀流道堵塞在线监测系统，包括：

其中，所述数据采集模块包括在调节阀的上游依次设置的温度变送器、流量变送器、压力变送器，在调节阀的下游设置的另一压力变送器，以及在调节阀上设置的阀位变送器。具体的，工艺系统中的待测调节阀处于在线运行状态，在调节阀的上游依次设置温度变送器、流量变送器、压力变送器，分别用于采集调节阀的流体介质温度T、流体介质流量(Q或W)、上游压力P₁，在调节阀的下游设置另一压力变送器，用于采集调节阀的下游压力P₂，此外，在调节阀上设置阀位变送器，用于采集调节阀的实际开度L信息。进一步的，该数据采集模块还具备数据存储功能，用于存储所采集的调节阀实时相关信息。

作为另一种实施方式，所述调节阀流道堵塞在线监测系统还包括显示模块，该显示模块包括显示屏或显示面板等，用于显示实时获取的开度偏差值，便于工作人员或相关人员实时获取调节阀的开度信息，实时在线监测调节阀的堵塞情况。

实施例三

本实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成如上所述的调节阀流道堵塞在线监测方法中的步骤。

实施例四

本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成如上所述的调节阀流道堵塞在线监测方法中的步骤。

以上实施例二至四中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。