控制阀作为过程控制的执行器,广泛应用于炼油化工企业的生产过程中。然而,由于实际生产过程往往复杂,影响控制阀运行的因素很多。控制阀的选择,特别是流量特性的确定,对控制质量的影响至关重要。
调节阀的流量特性是指相对流量与阀门相对开度之间的关系。理想情况下,流量仅随阀门开度的变化而变化。在常用的调节阀中,有四个典型的理想流量特性,即直线特性、快速开启特性、抛物线特性和其他百分比特性。理想的流量特性是在阀门前后压差固定时获得的流量特性,这取决于阀芯的形状。本文所指的优化调节阀的流量特性不是指阀芯的重处理,而是通过调整控制系统的输出,使输出通道的输出值与相对流量之间的关系呈现所需的流量特性关系。
控制阀正常运行时,应根据工艺要求和调根据工艺要求和调节阀的运行情况进行选择。例如,当控制阀经常在开度较小的情况下工作时,应选择具有对数特性的阀门;当一些控制阀出厂时,其固有特性不是我们需要的流量特性,因此需要调整和优化,以满足设备生产和运行的需要。例如,工具自动控制工程(无锡)有限公司(KOSO)生产的220E偏心旋转阀40%缩腔型的流量特性如图(1)所示,既不是线性的,也不是等百分比、抛物线或快速打开的。如果要用作线性调节阀,必须优化其流量特性。
图1 根据出厂数据描点绘制的调节阀流量特性曲线
根据特征曲线,流量为10%、20%、30%……阀门开度值等一系列点。如下表所示:
要使操作员输出值与相对流量的关系呈线性,对应于相对流量的10%、20%、30%……等点对应的DCSMV10%,20%,30%,……一般来说,相对开度与输出电流百分比(调节阀工作正常,定位器设置为线性输出)(DCSAO值占4-20mA电流信号的百分比)是线性的,所以只需要改变MV值(PID如下表所示,模块输出值)与输出电流百分比之间的关系可以优化流量特性。
借助上表中第三行和第四行的数据Matlab需要拟合的输出电流百分比和软件DCS输出MV值之间的函数关系,Matlab软件输出为:Matlab输出结果为:
拟合曲线方程为:
Y=9.837e-005x3-0.0216x2 2.159 1.779拟合系数为:0.9999
所以只需要修改DCS根据函数关系,组态使输出电流:Y=9.837e-005x3-0.0216x2 2.159 1.输出779,记得将调节阀的固有特性修正为线性特性。
为了验证这一结论,我们反算了这种方法Matlab软件拟合调节阀相对流量(%)与相对开度(%)之间的函数关系(拟合方法相同,不重复),最终相对流量(%)与DCS的MV如图(2)所示, 值(%)之间的关系曲线
图2
从上图可以看出,这种拟合曲线的方法达到了优化调节阀流量特性的目的,使调节阀的流量特性从固有特性调整为线性。如果需要校正等百分比、快速打开或抛物线特性的阀门,也可以使用这种方法。
需要注意的是,由于本文中的流量特性数据取自于调节阀出厂说明书中理想数据,实验状态下调节阀前后端差压无变化,所以与正常工况中的调节阀实际特性存在一定的偏差。
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