用于检测控制阀部件失效的诊断方法
【专利说明】用于检测控制阀部件失效的诊断方法
[0001 ] 本申请是2010年8月30日提出的申请号为200980107133.6的"用于检测控制阀部 件失效的诊断方法"的分案申请。 发明领域
[0002] 本专利一般设及在过程工厂(process plant)中实施诊断和维护，尤其是，设及W 在过程工厂中减少或防止控制阀失效的方式来在过程工厂中提供诊断能力。
【背景技术】
[0003] 工业过程中的控制阀失效几乎一直影响着工厂运行。一般来说，控制阀失效能影 响控制阀对控制信号的响应。尤其是，控制阀可能变得较少响应于或缓慢响应于控制信号， 运可能导致控制性能的降低而引发过程可变性，其使得在工厂操作者方面花费很大或者更 为糟糕，可能导致危险情况。因此，对控制阀劣化或损坏的早期检测可允许W防止对过程工 厂的运行破坏的方式来有序安排控制阀的维护。
[0004] 控制阀性能下降可能由于很多原因而发生。一般来说，部件零件的损坏可能是主 要因素。然而，零件损坏典型地只在控制阀运行下降到控制阀发生故障的程度才能被检测 到，该控制阀发生故障是由于，例如，部件失效而产生，而到该程度可能来不及实施预防性 维护。预防性维护的一种方法可W是定期物理地检查控制阀的部件。然而，此选择代价昂 贵，因为为了检查，需要使应用了控制阀的过程控制环停工和/或将控制阀移除和拆卸。
【发明内容】
[000引根据一个或多个公开的实施例，要求保护的方法和系统识别过程控制阀中的部件 的故障和/或损坏。在一些实施方式中，要求保护的方法和系统检测致动器弹黃、气动管道 和管路W及波纹管密封件的损坏和/或故障。
[0006] 在一个实施方式中，能通过监视致动器压力和致动器杆移动来检测气动控制阀中 的致动器弹黃的损坏或故障。
[0007] 在一个实施方式中，能通过监视波纹管室压力和阀移动来检测控制阀中的波纹管 的损坏或故障。
[0008] 在一个实施方式中，能识别致动器泄漏源。在一个实施方式中，能检测在仪器管道 或隔膜中的一个中的泄漏。
【附图说明】
[0009] 图1示出了控制阀；
[0010] 图2示出了控制阀的横截面图；
[0011] 图3A示出了直接作用阀（direct-acting valve)构造；
[0012] 图3B示出 了反向作用阀（reverse-acting valve)构造；
[0013] 图4A示出了控制阀的一实施方式，该控制阀配置成确定弹黃损坏；
[0014] 图4B示出了用于检测弹黃损坏的一过程实施方式；
[0015] 图5A示出了安装在控制阀中的波纹管密封；
[0016] 图5B示出了用于检测波纹管失效的一过程实施方式；
[0017] 图6A示出了适合于识别气动致动器中泄漏的控制阀的一实施方式；
[0018] 图6B示出了用于识别致动器泄漏部件的一过程实施方式；
[0019] 图7示出了气动致动器的构造，在该气动致动器中，定位器的排气口流体地禪合到 致动器的排气口；
[0020] 图8示出了泄漏检测系统的一实施方式，该泄漏检测系统使用了改进的双作用定 位器；
[0021] 图9示出了计算设备，该计算设备可用于实现检测算法；
[0022] 图10示出了检测模块的一实施方式；W及
[0023] 图11示出了可实现一个或多个控制阀和检测模块的过程工厂的过程控制系统。
【具体实施方式】
[0024] 图1示出了控制阀组件10，其能用于过程控制系统，例如，处理工厂。控制阀组件10 包括阀12、致动器22和控制阀仪器或定位器34。阀12包括阀体14、进口 16、出口 18，并且致动 器22包括阀盖20和气动隔膜盒（pneumatic dia地ragm casing)40。阀杆32可W贯穿阀盖20 设置，该阀杆32可用于操作阀12。辆30能被连接到阀盖20或者和阀盖20-起被提供。尽管辆 30能被连接到阀盖20,如图1所示，但是辆30在其他实施方式中能被安装到阀体14的另一零 件上。能使用辆30将气动隔膜盒40禪合到阀体14。阀杆32能形成阀杆组件15的一部分，运将 在下文中进一步描述，并且阀杆32能适合于将来自气动隔膜盒40的力传递到阀12,从而控 制阀12的操作。
[0025] 气动定位器34能被连接到辆30。可W使用定位器34来控制致动器22。一般来说，诸 如定位器34的定位器可W是电-气动的，并且可W用于过程控制环，W便W规定的方式操作 控制阀组件10。即，定位器34可W通过在I/P(电流到压力)阶段(部件未示出)接收电输入信 号W便将电输入信号转换成气动输出信号来运行，该气动输出信号可W驱动致动器22。可 W将输出压力信号直接应用于气动隔膜盒，气动隔膜盒则将气动信号禪合到阀，W便W与 电输入信号成比例的方式来控制流量。
[0026] 图2示出了图1的控制阀组件10的横截面视图。应注意的是，类似的部件被相似地 标记。图2示出了阀体14,其限定进口 16、出口 18和通道11，该通道11在进口 16和出口 18之间 相通。阀座13能被设置在阀体14中，而通道11贯穿通过阀体14。阀杆组件15可包括阀塞17， 该阀塞17设置在通道内并且能相对于阀座13移动，从而控制流体流动经过阀体14。阀杆组 件15还包括阀杆32,该阀杆32禪合到阀塞17,并且延伸穿过在阀盖20中的孔19(例如，阀体 开口）。当阀杆组件15被提高W打开在阀塞17和阀座13之间的开口时，流体经过通道11的流 量增加。降低阀杆组件15将关闭开口并且减小流体流量，直到阀塞17完全接合阀座13 (如在 图2中所示），从而阻止任何另外的经过通道11的流体流量。
[0027] 阀杆组件15可W禪合到致动器22, W用于升高和降低阀杆组件15。致动器22可包 括隔膜盒40,该隔膜盒40放置隔膜36,该隔膜36禪合到致动器杆35。隔膜36能由一组（即，一 个或多个)致动器弹黃37偏置。尽管图2的实施方式示出能通过盘38和螺栓3則尋隔膜36禪合 到致动器杆35,但是同样能使用本领域已知的其他紧固手段。如图2所示，能通过阀杆连接 器33将阀杆32禪合到致动器杆35。致动器22可被操作W便升高或降低致动器杆35并且因此 升高或降低阀杆组件15。致动器22的隔膜盒40能通过辆30被支撑和置于阀体12上。
[0028] 致动器22可W是气动致动器，其由定位器34控制。定位器34可具有流体压力源进 口 42，该进口 42接收来自流体源(未示出）的加压气体。定位器34可具有出口 43，该出口 43流 体地禪合到致动器隔膜盒40的进口 44。致动器隔膜盒可具有出口排气口 45，该出口排气口 45用于将隔膜盒40的非加压侧开孔。尽管图2的实施方式示出了出口排气口45能被禪合到 定位器34，但是普遍将排气口 45通向环境大气。定位器34-般可运行W控制从加压源例如 压缩空气源(未示出）施加到隔膜盒40的气体的量和定时。当气体被施加到致动器的进口 44 时，例如室46的致动器室中的压力能在致动器杆35上施加力，该力与施加的压力和致动器 隔膜36的有效面积成比例。因此，当隔膜36离开原位时，下室47的容积能通过出口 45源或汇 流体。
[0029] 尽管图2示出了使用多个弹黃37的气动致动器实施方式，但是应该注意到，一些气 动致动器可W只使用单一弹黃。图3A和3B中示出了运样的实施方式。在图3A和3B中，单一弹 黃48和49分别用于偏置隔膜51和53。图3A示出了直接作用的构造，在该构造中，弹黃48偏置 致动器杆55, W用于向下推至关闭的结构阀，而图3B示出了反向作用的构造，在该构造中， 弹黃49偏置致动器杆57，W用于向下推至打开的结构阀。
[0030] 检测异常的控制阀运行
[0031] 于此描述的系统通过识别处于损坏状态的控制阀部件来辅助确定阀性能降低的 原因。尤其是，能使用各种传感器读数连同于此描述的算法来确定和识别可能处于不好状 态或可能在期望性能范围之外运行的控制阀部件。即，此系统可W使得在控制阀严重故障 之前早期地检测出部件损坏。
[0032] 在一个实施方式中，系统能监视由诸如致动器弹黃、气动管道和管路和/或波纹管 密封件的部件产生的控制阀功能降低。在控制阀中，致动器响应可能由于用来偏置致动器 的致动器弹黃的损坏而消极地受影响。当弹黃损坏时，用于将阀转换到其运行状态(打开或 关闭）的响应时间可能被推迟。致动器响应可能由于气动通路(例如，往返气动出口和进口 的管道和管路）中的泄漏或致动器隔膜的部分或全部失效而进一步受影响。另外，控制阀响 应可能因在波纹管密封件中的损坏而受到损害，该波纹管密封件用于将控制阀过程环境与 外部大气（例如，环绕控制阀的环境)隔离。能使用于此描述的系统检测或预测一个或多个 所述部件中的损坏。
[0033] 检测致动器弹黃故障或损坏
[0034] 弹黃失效是可能引起控制阀响应时间减小（即，停滞）的一种失效模式。诸如在图 3A和3B中示出的那些致动器中的单一弹黃的损坏能引起立即失效。在多弹黃致动器中，单 一弹黃的失效不会引起即时的控制阀失效或失控。然而，在多弹黃致动器中的甚至一个弹 黃的失效可能导致致动器不均匀的负载，该不均匀的负载可能减小致动器推力，而运可能 限制阀的运行范围或减少底座负载，从而增加阀中的底座泄漏。而且，单一弹黃的失效可能 预示其他弹黃可能将很快失效。
[0035] -般来说，弹黃损坏可能由于许多因素而发生，诸如弹黃腐蚀或