全面了解仪表回路, 确保精确使用

测量压力流量或液位的流程仪表应用中,工程师或技术员会专注于精确度,将其作为工作的重中之重。发射器是设备的一个关键组成部分。工程师通常会购买他们能够买到的最精确的发射器,并对它投入极大的关注。

然而,发射器的精确度取决于系统提供给它的输入。流程仪表回路(将流程连接到发射器的管道和部件组)也同样重要。此回路的作用在于向发射器提供一组流程状态信息。这些状态必须与流程中的状态精确地保持相同。如果不相同,发射器将无法提供有用的测量结果。

而且,我们往往很难知道流程仪表回路何时表现不佳。没有报警声会响起。因此,尽管工程师或技术员可能会专注于发射器,但仪表回路可能是破坏任何成功可能性的原因。

因此,我们有充分的理由需要去了解流程仪表回路中可能出现的任何问题,包括与整体设计和布局以及单个部件的质量和安装有关的问题。

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紧耦合

在我们详细了解流程仪表回路之前,让我们先来看看最近开发的一种替代方案。这是一种简单而精致的解决方案,如果您的应用允许您采用这种解决方案,我们建议您采用它。
通常情况下,流程仪表设置至少需要流程接口阀、引压管线、歧管和发射器(见图1)。引压管线的安装和维护成本可能比较昂贵,并且面临诸多挑战,如堵塞、泄漏点、温度控制和腐蚀。紧耦合设置消除了引压管线的需要。流程接口阀和歧管变成一个单元(见图2),并将发射器直接安装到它上面。然后,将整个组件连接到流程回路。了解这种替代方案的人大多数都会喜欢它。挑战在于找到适当的位置来使用它。

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第一个局限性在于温度。传统设置采用引压管线的一个原因在于防止发射器受到流程回路高温的影响。如果流程回路过热,发射器可能无法在紧耦合安装中距离仅几英寸的位置运行。

第二个局限性在于进出便利性。如果您需要到达发射器的安装位置进行校准,发射器位置则需要确保进出方便,因此,如果将一个耦合器安装在流程回路上方50英尺高的位置,将没有很大的意义。

最后一个障碍在于成本。紧耦合需要一笔初始投资,但从长远来看,特别是如果您将紧耦合系统维护成本较低考虑进去的话,那么,相比传统的替代方案,它可能没有那么昂贵。如果您有机会采用这种解决方案,我们建议您采用它。

标准化——简化维护的关键步骤

如果您的目标是获取最佳设计,那么将只有几种方法可以设置流程仪表回路。然而,大多数工厂都有多种变体设计,而且其中许多变体设计也不是最佳的。随着时间的推移,不同的工程师和/或者承包商出于不的原因为不同的项目开发了这些变体设计。这样复杂的情况可能会耗尽您的时间和精力。每个系统都有不同的维护需求,并且一旦出现问题,将存在许多可能性。

理想情况下,所有的系统应当按照一套统一的标准来设计,包括预算和容许的停机时间、维护和精确度。结果将是高度标准化。举个例子,在标准化之前,一家精炼厂可能拥有30种不同的流程仪表回路配置。而在标准化之后,同一家工厂可能仅拥有5种配置,并且每种配置均包含相同的基本部件:发射器安装、歧管系统和冗余压力测量。唯一的变化可能是管道路径和流程接口阀类型(基于温度、压力和阀门位置而变化)。

通过标准化,许多事情将变得更加简单,包括维护、安装、培训和诊断。同时,错误也减少了。另外,工厂也可以减少更换备件存货,从而减少开支。

基本构建块

对于流程仪表回路中的每个基本构建块,包括流程接口阀、引压管线和歧管,材料和设计的选择至关重要,否则可能会影响精确性。关于材料,我们强烈建议在大多数应用中选择不锈钢或其他耐腐蚀合金。尽管如此,许多工业工厂仍可能采用碳钢材料的流程接口阀、管道和歧管(或者歧管零部件)。在某些低水分应用中,如石油,碳钢是可以接受的,但对于多数其他应用而言,选择碳钢材料可能会面临风险。通常积聚在碳钢表面的结垢可能会脱落,并向下游流动,然后停留在阀座上,从而阻止阀门精确关闭。其结果是导致发射器准不精确,和/或者发射器读数不精确(详细的讨论见下文)。如果您在仪表回路中采用碳钢部件,它们将需要非常密切的监测,以确保结垢不会响系统中阀门的操作。

流程接口阀(PIV)

流程接口阀是关闭流程回路的第一个阀门。从历史上来看,流程接口阀的选择一直是单闸板式闸阀或球阀。这两种阀门目前仍在继续使用,尤其是在美国,但最佳选择是双关双断阀(DBB),其包含两个隔离阀,两个隔离阀之间还有一个排放阀。采用双关双断阀的主要原因在于安全性。如果您需要关闭流程仪表回路以进行维护,您将需要关闭两个隔断阀,并打开排放阀。如果第一个隔断阀出于任何原因发生泄漏,第个隔断阀将会阻止压力或液体积聚在流程仪表回路中。

虽然双关双断阀的功能可以使用三个单独的阀门来构建,但单一的独立式装置是更好的选择,其具有以下优点:

●减少泄漏点;
●通过使用不同尺寸的孔口和法兰连接,灵活地配置产品;
●减少尺寸和重量,从而减少了仪表系统结构支撑的需求及相关费用(见图3);
●降低成本;
●安装更快速、更容易;
●可提供广泛的压力等级和材料范围,确保可与特定的管道系统设计相兼容;以及消防安全评级。

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图3中所示的是双关双断阀的替代产品单法兰,它的尺寸更小、设计更紧凑,由三个针阀组成——两个隔断阀和一个排放阀。针阀孔口比球阀孔口更小,因此,单法兰适用于更轻质且粘性更小的流体。

传统设计的双关双断阀适用于所有流体,使用球阀时特别适用于那些粘度较高的流体。事实上,当系统流体较脏或者含有蜡时,良好的双关双断阀设计应当是“可以通过阀杆旋转的”。“可以通过阀杆旋转”意味着您可以绕着双关双断阀的中间位置旋阀杆,以清除堵塞物。

引压管线

引压管线将流程接口阀连接到歧管和发射器。与所有流程仪表部件一样,它们的用途在于将流程状况信息精确地传递给发射器。铺设引压管线时,需要考虑以下三个主要目标:

●防止腐蚀或结垢
●减少泄漏点
●使温度保持在一定范围内

前两个目标可通过采用由适当的合金(至少是不锈钢)制造的管道和管道配件来实现,而不是碳钢管道和螺纹连接。不锈钢管道可以弯曲和成形,从而减少了机械连接的数量。当需要机械连接时,不同于碳钢材料和螺纹连接,优质的双套圈机械锁紧环式管道配件不会因热循环或振动而后退。

第三个目标是使温度保持在一定范围内,这可以通过加热引压管线来实现。您可以手动对引压管线进行隔热处理——“现场跟踪”,或者购买出厂时预先经过隔热处理并采用聚合物护套包裹的管道。预先经过隔热处理的成束管道可以按照线卷长度随时进行安装。您可以根据应用需求,利用蒸汽将其加热,或者不对其加热。如果选用预先经过隔热处理的成束管道,很重要的一点是,当您将管道拼接或切割成预先经过隔热处理的成束管道时,必须遵守生产商有关隔热密封的操作指南。

歧管

歧管由一组阀门组成,阀体采用单块金属(通常为不锈钢)加工而成。将歧管安装到发射器的侧面,其提供关键的功能,可实现对发射器的校准或维修。

歧管的质量非常重要。在校准或正常运行期间,歧管中至少有一个阀门处于关闭位置。如果关闭不够彻底,将导致发射器读数不准确。

举个例子,当在标准压差设置下校准发射器时,技术员会关闭两个隔离阀,并打开平衡阀(见图4)。此程序将使发射器处于“归零”状态,以便进行校准。然而,如果两个隔离阀中有一个发生泄漏,校准将不会成功,所有后续的读数都将不准确。

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此外,校准后,操作员将关闭平衡阀,并打开两个隔离阀,以便使发射器返回到服务状态。如果平衡阀未实现精确关闭,那么,高压会通过整个阀座泄漏到低压侧,从而呈现不准确的压差读数。

这些阀门为什么会发生泄漏?一个原因在于碎屑的存在,包括腐蚀产生的结垢(见上文)或其他碎屑,如毛刺。毛刺是生产过程中加工工艺的副产品。在生产和安装过程中,一个关键步骤应当是去除所有湿润表面上的全部毛刺。否则,当歧管处于服务状态时,这些毛刺可能会离开原位,卡住或划伤阀杆或阀座,从而阻止阀门精确关闭。另外,毛刺在单法兰和其他球型针阀中也可能导致问题的发生。

针阀阀座密封

阀门发生泄漏的另一个原因在于设计不佳。大多数针阀采用金属对金属密封。阀杆金属头向下移动,密封住形状相匹配的金属阀座。阀杆金属头的形状可能是球形或V字形。在任何一种情况下,很重要的一点是,阀杆金属头不能随着阀杆转动。如果转动的话,阀杆金属头可能会磨损阀座,形成划痕,从而导致出现泄漏通道。

实现非旋转式阀杆头的设计方法主要有两种。如果是V字形阀杆头,可以采用万向接头,它使阀杆上部能够转向,而阀杆下部保持静止不动,轴向(上下)移动除外。

如果是球形阀杆头,将一个球漂浮在阀杆头,就像圆珠笔一样。关于球形阀杆头,一些设计使球能够在所有平面上旋转,而一些设计则限制球的活动,这样,它仅可在一个平面上旋转。后者是首选设计。每当球要密封住阀座时,将形成一条密封线,在这里,阀座将与球相遇。如果球可在所有平面上自由定位,它将形成多条纵横交错的密封线,从而导致产生泄漏点。如果球仅可在一个平面上旋转,它将仅形成一条密封线,通过这条密封线,它可以反复密封阀座,确保无任何泄漏点产生。

球阀中的球通常密封含氟聚合物阀座。液体流中的高压会将球朝着阀座方向推动,从而形成密封。然而,在低压情况下,则可能需要额外力量来确保有效密封。这股力量有时也称为“活动荷载”,来自插入底端螺杆与阀座之间的弹簧或O形环。并非所有球阀都含有这些额外部件,但在不太理想的情况下,比如温度和压力出现波动,这些部件将非常有助于实现精确的阀门关闭效果。在不含这些部件的阀门中,通常依靠过盈配合来提供阀座与球之间的低压密封。对于几次以上的驱动,过盈密封型阀座通常不提供低压气体密封功能。

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结论

如果您非常重视精确的测量,并指定使用高端发射器,那么,您的仪表回路将需要同等程度的关注。测量精度取决于发射器精度、仪表回路部件的质量以及安装和维护方法。将您的设备标准化,包括一组核心的仪表回路元件、优质部件和优质发射器,有助于提高您的测量精度。更精确的测量将产生极富吸引力的回报,包括时间、效率和工厂盈利能力等方面。
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发布人:众宇旺仪器 发布时间:2014年10月30日 已被浏览 1186 次 〖 打印本文