一种调节阀流道堵塞在线监测方法及系统与流程

本发明涉及调节阀监测，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：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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：

5、(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；

6、(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。

技术实现思路

1、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。

2、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：

3、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；

4、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；

5、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；

6、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。

7、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：

8、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；

9、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；

10、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。

11、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：

12、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；

13、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；

14、其中，pv为热力学临界压力，pc为流体流动时温度下的饱和蒸汽压力，cf为临界流量系数,gf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。

15、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：

16、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；

17、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；

18、其中，cf为临界流量系数，gg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。

19、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。

20、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；

21、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；

22、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；

23、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。

24、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：

25、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；

26、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；

27、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。

28、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。

29、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。

30、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

31、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。

32、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。

技术特征：

1.一种调节阀流道堵塞在线监测方法，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的调节阀流道堵塞在线监测方法，其特征是，所述需求流通能力的获取包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的调节阀流道堵塞在线监测方法，其特征是，当流体介质为液体介质时，判断液体介质的状态：

4.如权利要求2所述的调节阀流道堵塞在线监测方法，其特征是，当流体介质为气体介质时，判断气体介质的状态：

5.如权利要求1所述的调节阀流道堵塞在线监测方法，其特征是，所述根据需求流通能力，结合调节阀的流量特性曲线，获取调节阀的阀门理论开度，包括：

6.如权利要求1所述的调节阀流道堵塞在线监测方法，其特征是，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；

7.一种调节阀流道堵塞在线监测系统，其特征是，包括：

8.如权利要求7所述的一种调节阀流道堵塞在线监测系统，其特征是，所述需求流通能力的获取包括以下步骤：

9.一种电子设备，其特征是：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，完成如权利要求1-6中任一项所述的一种调节阀流道堵塞在线监测方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征是：用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成如权利要求1-6中任一项所述的一种调节阀流道堵塞在线监测方法的步骤。

技术总结
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。

技术研发人员：张冬明,肖鸿元,马旭升,王旭,姚旭栋,陈峰,张伟栋,李云竹
受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13