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在測量壓力、流量或液位的流程儀表應(yīng)用中,工程師或技術(shù)員會專注于精確度,將其作為工作的重中之重。發(fā)射器是設(shè)備的一個關(guān)鍵組成部分。工程師通常會購買他們能夠買到的準確的發(fā)射器,并對它投入極大的關(guān)注。
然而,發(fā)射器的精確度取決于系統(tǒng)提供給它的輸入。流程儀表回路(將流程連接到發(fā)射器的管道和部件組)也同樣重要。此回路的作用在于向發(fā)射器提供一組流程狀態(tài)信息。這些狀態(tài)必須與流程中的狀態(tài)精確地保持相同。如果不相同,發(fā)射器將無法提供有用的測量結(jié)果。
而且,我們往往很難知道流程儀表回路何時表現(xiàn)不佳。沒有報警聲會響起。因此,盡管工程師或技術(shù)員可能會專注于發(fā)射器,但儀表回路可能是破壞任何成功可能性的原因。
因此,我們有充分的理由需要去了解流程儀表回路中可能出現(xiàn)的任何問題,包括與整體設(shè)計和布局以及單個部件的質(zhì)量和安裝有關(guān)的問題。
在我們詳細了解流程儀表回路之前,讓我們先來看看最近開發(fā)的一種替代方案。這是一種簡單而精致的解決方案,如果您的應(yīng)用允許您采用這種解決方案,我們建議您采用它。
通常情況下,流程儀表設(shè)置至少需要流程接口閥、引壓管線、歧管和發(fā)射器。引壓管線的安裝和維護成本可能比較昂貴,并且面臨諸多挑戰(zhàn),如堵塞、泄漏點、溫度控制和腐蝕。緊耦合設(shè)置消除了引壓管線的需要。流程接口閥和歧管變成一個單元,并將發(fā)射器直接安裝到它上面。然后,將整個組件連接到流程回路。了解這種替代方案的人大多數(shù)都會喜歡它。挑戰(zhàn)在于找到適當?shù)奈恢脕硎褂盟?/span>
第一個局限性在于溫度。傳統(tǒng)設(shè)置采用引壓管線的一個原因在于防止發(fā)射器受到流程回路高溫的影響。如果流程回路過熱,發(fā)射器可能無法在緊耦合安裝中距離僅幾英寸的位置運行。
第二個局限性在于進出便利性。如果您需要到達發(fā)射器的安裝位置進行校準,發(fā)射器位置則需要確保進出方便,因此,如果將一個耦合器安裝在流程回路上方50英尺高的位置,將沒有很大的意義。
最后一個障礙在于成本。緊耦合需要一筆初始投資,但從長遠來看,特別是如果您將緊耦合系統(tǒng)維護成本較低考慮進去的話,那么,相比傳統(tǒng)的替代方案,它可能沒有那么昂貴。如果您有機會采用這種解決方案,我們建議您采用它。
標準化——簡化維護的關(guān)鍵步驟
如果您的目標是獲取最佳設(shè)計,那么將只有幾種方法可以設(shè)置流程儀表回路。然而,大多數(shù)工廠都有多種變體設(shè)計,而且其中許多變體設(shè)計也不是最佳的。隨著時間的推移,不同的工程師和/或者承包商出于不的原因為不同的項目開發(fā)了這些變體設(shè)計。這樣復雜的情況可能會耗盡您的時間和精力。每個系統(tǒng)都有不同的維護需求,并且一旦出現(xiàn)問題,將存在許多可能性。
理想情況下,所有的系統(tǒng)應(yīng)當按照一套統(tǒng)一的標準來設(shè)計,包括預算和容許的停機時間、維護和精確度。結(jié)果將是高度標準化。舉個例子,在標準化之前,一家精煉廠可能擁有30種不同的流程儀表回路配置。而在標準化之后,同一家工廠可能僅擁有5種配置,并且每種配置均包含相同的基本部件:發(fā)射器安裝、歧管系統(tǒng)和冗余壓力測量。發(fā)生變化可能是管道路徑和流程接口閥類型(基于溫度、壓力和閥門位置而變化)。
通過標準化,許多事情將變得更加簡單,包括維護、安裝、培訓和診斷。同時,錯誤也減少了。另外,工廠也可以減少更換備件存貨,從而減少開支。
基本構(gòu)建塊
對于流程儀表回路中的每個基本構(gòu)建塊,包括流程接口閥、引壓管線和歧管,材料和設(shè)計的選擇至關(guān)重要,否則可能會影響精確性。關(guān)于材料,我們強烈建議在大多數(shù)應(yīng)用中選擇不銹鋼或其他耐腐蝕合金。盡管如此,許多工業(yè)工廠仍可能采用碳鋼材料的流程接口閥、管道和歧管(或者歧管零部件)。在某些低水分應(yīng)用中,如石油,碳鋼是可以接受的,但對于多數(shù)其他應(yīng)用而言,選擇碳鋼材料可能會面臨風險。通常積聚在碳鋼表面的結(jié)垢可能會脫落,并向下游流動,然后停留在閥座上,從而阻止閥門精確關(guān)閉。其結(jié)果是導致發(fā)射器校準不精確,和/或者發(fā)射器讀數(shù)不精確(詳細的討論見下文)。如果您在儀表回路中采用碳鋼部件,它們將需要非常密切的監(jiān)測,以確保結(jié)垢不會響系統(tǒng)中閥門的操作。
流程接口閥(PIV)
流程接口閥是關(guān)閉流程回路的第一個閥門。流程接口閥的選擇一直是單閘板式閘閥或球閥。這兩種閥門目前仍在繼續(xù)使用,尤其是在美國,但*是雙關(guān)雙斷閥(DBB),其包含兩個隔離閥,兩個隔離閥之間還有一個排放閥。采用雙關(guān)雙斷閥的主要原因在于安全性。如果您需要關(guān)閉流程儀表回路以進行維護,您將需要關(guān)閉兩個隔斷閥,并打開排放閥。如果第一個隔斷閥出于任何原因發(fā)生泄漏,第個隔斷閥將會阻止壓力或液體積聚在流程儀表回路中。
雖然雙關(guān)雙斷閥的功能可以使用三個單獨的閥門來構(gòu)建,但單一的獨立式裝置是更好的選擇,其具有以下優(yōu)點:
●減少泄漏點;
●通過使用不同尺寸的孔口和法蘭連接,靈活地配置產(chǎn)品;
●減少尺寸和重量,從而減少了儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)支撐的需求及相關(guān)費用(見圖3);
●降低成本;
●安裝更快速、更容易;
●可提供廣泛的壓力等級和材料范圍,確保可與特定的管道系統(tǒng)設(shè)計相兼容;以及消防安全評級。
傳統(tǒng)設(shè)計的雙關(guān)雙斷閥適用于所有流體,使用球閥時特別適用于那些粘度較高的流體。事實上,當系統(tǒng)流體較臟或者含有蠟時,良好的雙關(guān)雙斷閥設(shè)計應(yīng)當是“可以通過閥桿旋轉(zhuǎn)的”。“可以通過閥桿旋轉(zhuǎn)”意味著您可以繞著雙關(guān)雙斷閥的中間位置旋閥桿,以清除堵塞物。
引壓管線
引壓管線將流程接口閥連接到歧管和發(fā)射器。與所有流程儀表部件一樣,它們的用途在于將流程狀況信息精確地傳遞給發(fā)射器。鋪設(shè)引壓管線時,需要考慮以下三個主要目標:
●防止腐蝕或結(jié)垢
●減少泄漏點
●使溫度保持在一定范圍內(nèi)
前兩個目標可通過采用由適當?shù)暮辖穑ㄖ辽偈遣讳P鋼)制造的管道和管道配件來實現(xiàn),而不是碳鋼管道和螺紋連接。不銹鋼管道可以彎曲和成形,從而減少了機械連接的數(shù)量。當需要機械連接時,不同于碳鋼材料和螺紋連接,優(yōu)質(zhì)的雙套圈機械鎖緊環(huán)式管道配件不會因熱循環(huán)或振動而后退。
第三個目標是使溫度保持在一定范圍內(nèi),這可以通過加熱引壓管線來實現(xiàn)。您可以手動對引壓管線進行隔熱處理——“現(xiàn)場跟蹤”,或者購買出廠時預先經(jīng)過隔熱處理并采用聚合物護套包裹的管道。預先經(jīng)過隔熱處理的成束管道可以按照線卷長度隨時進行安裝。您可以根據(jù)應(yīng)用需求,利用蒸汽將其加熱,或者不對其加熱。如果選用預先經(jīng)過隔熱處理的成束管道,很重要的一點是,當您將管道拼接或切割成預先經(jīng)過隔熱處理的成束管道時,必須遵守生產(chǎn)商有關(guān)隔熱密封的操作指南。
歧管
歧管由一組閥門組成,閥體采用單塊金屬(通常為不銹鋼)加工而成。將歧管安裝到發(fā)射器的側(cè)面,其提供關(guān)鍵的功能,可實現(xiàn)對發(fā)射器的校準或維修。
歧管的質(zhì)量非常重要。在校準或正常運行期間,歧管中至少有一個閥門處于關(guān)閉位置。如果關(guān)閉不夠*,將導致發(fā)射器讀數(shù)不準確。
舉個例子,當在標準壓差設(shè)置下校準發(fā)射器時,技術(shù)員會關(guān)閉兩個隔離閥,并打開平衡閥(見圖4)。此程序?qū)⑹拱l(fā)射器處于“歸零”狀態(tài),以便進行校準。然而,如果兩個隔離閥中有一個發(fā)生泄漏,校準將不會成功,所有后續(xù)的讀數(shù)都將不準確。
此外,校準后,操作員將關(guān)閉平衡閥,并打開兩個隔離閥,以便使發(fā)射器返回到服務(wù)狀態(tài)。如果平衡閥未實現(xiàn)精確關(guān)閉,那么,高壓會通過整個閥座泄漏到低壓側(cè),從而呈現(xiàn)不準確的壓差讀數(shù)。
這些閥門為什么會發(fā)生泄漏?一個原因在于碎屑的存在,包括腐蝕產(chǎn)生的結(jié)垢(見上文)或其他碎屑,如毛刺。毛刺是生產(chǎn)過程中加工工藝的副產(chǎn)品。在生產(chǎn)和安裝過程中,一個關(guān)鍵步驟應(yīng)當是去除所有濕潤表面上的全部毛刺。否則,當歧管處于服務(wù)狀態(tài)時,這些毛刺可能會離開原位,卡住或劃傷閥桿或閥座,從而阻止閥門精確關(guān)閉。另外,毛刺在單法蘭和其他球型針閥中也可能導致問題的發(fā)生。
針閥閥座密封
閥門發(fā)生泄漏的另一個原因在于設(shè)計不佳。大多數(shù)針閥采用金屬對金屬密封。閥桿金屬頭向下移動,密封住形狀相匹配的金屬閥座。閥桿金屬頭的形狀可能是球形或V字形。在任何一種情況下,很重要的一點是,閥桿金屬頭不能隨著閥桿轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)動的話,閥桿金屬頭可能會磨損閥座,形成劃痕,從而導致出現(xiàn)泄漏通道。
實現(xiàn)非旋轉(zhuǎn)式閥桿頭的設(shè)計方法主要有兩種。如果是V字形閥桿頭,可以采用萬向接頭,它使閥桿上部能夠轉(zhuǎn)向,而閥桿下部保持靜止不動,軸向(上下)移動除外。
如果是球形閥桿頭,將一個球漂浮在閥桿頭,就像圓珠筆一樣。關(guān)于球形閥桿頭,一些設(shè)計使球能夠在所有平面上旋轉(zhuǎn),而一些設(shè)計則限制球的活動,這樣,它僅可在一個平面上旋轉(zhuǎn)。每當球要密封住閥座時,將形成一條密封線,在這里,閥座將與球相遇。如果球可在所有平面上自由定位,它將形成多條縱橫交錯的密封線,從而導致產(chǎn)生泄漏點。如果球僅可在一個平面上旋轉(zhuǎn),它將僅形成一條密封線,通過這條密封線,它可以反復密封閥座,確保無任何泄漏點產(chǎn)生。
球閥中的球通常密封含氟聚合物閥座。液體流中的高壓會將球朝著閥座方向推動,從而形成密封。然而,在低壓情況下,則可能需要額外力量來確保有效密封。這股力量有時也稱為“活動荷載”,來自插入底端螺桿與閥座之間的彈簧或O形環(huán)。并非所有球閥都含有這些額外部件,但在不太理想的情況下,比如溫度和壓力出現(xiàn)波動,這些部件將非常有助于實現(xiàn)精確的閥門關(guān)閉效果。在不含這些部件的閥門中,通常依靠過盈配合來提供閥座與球之間的低壓密封。對于幾次以上的驅(qū)動,過盈密封型閥座通常不提供低壓氣體密封功能。
結(jié)論
如果您非常重視精確的測量,并使用發(fā)射器,那么,您的儀表回路將需要同等程度的關(guān)注。測量精度取決于發(fā)射器精度、儀表回路部件的質(zhì)量以及安裝和維護方法。將您的設(shè)備標準化,包括一組核心的儀表回路元件、優(yōu)質(zhì)部件和優(yōu)質(zhì)發(fā)射器,有助于提高您的測量精度。更精確的測量將產(chǎn)生極富吸引力的回報,包括時間、效率和工廠盈利能力等方面。
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