化工机械控制阀动力学与驱动系统分析研究

化工机械控制阀动力学与驱动系统分析研究

谭现洪窦振华

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摘要：当前工业领域正逐步向着智能化、机械化靠近，其中机械设备就是最为重要的一部分，不仅代替人为操作，还提高安全性和生产效率。不论是开采还是生产工作都是由机械完成，在石油化工业，机械设备就是企业生存发展的关键。在实际运行中，设备因为多方面因素也会出现一些故障，比如长时间使用导致机械设备出现磨损、腐蚀、裂纹等问题，还有在操作中存在操作不当而引发故障隐患。然而这些机械设备一旦出现问题，轻则停运检修，重则发生安全事故，危害工作人员的生命安全，也给企业造成严重的损失。这就需要石油化工企业重视机械设备的运行，从其安全运行和可能出现的故障出发，在日常工作中做好机械设备的维护检修，并提高维护检修技术水平。基于此，本篇文章对化工机械控制阀动力学与驱动系统进行研究，以供参考。

关键词：化工机械；控制阀；动力学；驱动系统

引言

控制阀是流程工业自动化系统中常用的工业产品，是石化行业企业生产系统中工艺流程控制环节的重要组成部分和关键设备。现代化工厂的生产很大程度取决于流动工艺介质的正确分配和控制，作为自动化系统的执行单元，在其应用的工业领域中占据相当重要的地位。需求日益增多的控制阀，面对应用环境的多样性、复杂性，正确选择适用于工艺系统生产单元使用的控制阀产品，对整个工艺系统的安全高效运行至关重要。

1化工机械设备概述

化工机械设备指的是化学工业生产中所用的机器和设备的总称。化工生产中为了将原料加工成一定规格的成品，往往需要经过原料预处理、化学反应以及反应产物的分离和精制等一系列化工过程，实现这些过程所有的机械设备都能够被统称为化工机械设备。化工机械设备是化工行业进行不断发展的根本所在，只有保证了化工机械设备的整体质量，才能够使得其在应用过程中起到更加重要的作用，因此化工机械设备的制作技术发展也是能够对推动行业发展造成较大影响的一件事情。

2石油化工机械设备维护的重要性

机械设备的安全运行是石油化工企业生存发展的根本，一旦机械设备出现问题，所造成的成本损失也是无法预估的，直接决定经济效益。对于一个企业来讲，就必须要保证石化机械设备的安全稳定。举个简单的例子，在上述所阐述的石油炼化装置中，开采出来的石油只能是原料，油中存在一定的水分，并且含有矿物质盐类，具有一定的腐蚀性，就容易损坏蒸馏塔，需要进行脱盐脱水处理，然后废渣排除。工艺中需要使用换热器和蒸馏塔，如果设备出现了问题，就可能导致原油中的水分无法完全排出，影响蒸馏塔的稳定性，从而影响产品质量，降低生产效率。

3控制阀的工作原理

控制阀如同孔板一样，是个局部阻力元件。由于节流面积可以随着阀芯的移动改变，因此它是一个可变的节流元件，可将控制阀模拟成孔板节流形式，如图1所示。

图1控制阀节流模拟

对于不可压缩流体，根据伯努利方程（其中ξ为调节阀的阻尼系数）：

++Z1=+Z2+ξ（1）

由连续性原理可知：通过控制阀前后的流量一致，因此V1=V2，整个管道安装处于同一中心线上，故Z1=Z2。因此，式（1）可改写为：

=ξ（2）

4化工机械设备的常见故障分析

4.1腐蚀、冲蚀磨损和泄漏

腐蚀现象在化工机械设备故障领域比较常见，也是典型的故障之一。具体指在设备运行的过程中，因为其一些金属构件与外部环境接触，受某种因素影响而发生化学反应，最终导致腐蚀问题发生。如果不加以规范，将导致设备出现明显的故障，无法正常运行。其次，冲蚀磨损在化工机械领域也是一项比较常见的故障问题。发生概率较高，大约在30%左右，属于典型的材料损耗现象。同时，泄漏问题在化工机械设备领域所呈现的故障发生概率也比较突出。如果未能够针对泄漏故障风险进行有效规避，那么将导致在整个化工生产作业期间，将会泄漏出一些有毒有害的物质，将严重影响化工作业人员的人身健康。

4.2设备密封质量不达标引发的故障

在化工生产作业期间，对于机械设备的密封性具有较高的要求。然而在实践过程中，因为缺少有效地维护和管理措施作为支撑，导致设备的密封性逐渐降低。如果不能够引起重视，再加上缺少有效地维护管理，那么将导致设备泄漏问题明显增加，甚至还会诱发更严峻的安全问题。因此，面对目前在化工机械方面所呈现的比较典型的设备故障问题之后，相关化工企业需从安全与质量管控的角度出发，深入探索比较合理的维护管理措施，从而保证最终所构建的设备管理体系更加的全面，且呈现出较强的执行性。也能够维护好整个化工机械设备体系的安全与稳定，切实推动化工生产作业实现高品质发展。

5建模方法

由于驱动系统的复杂性和陈旧性，如现有的传统系统，需要对其可能导致的故障模式进行分析，并针对每种情况采取一致的纠正措施。即使ST的管理正朝着更可靠和准确的解决方案发展，在许多应用程序中，过去传统系统的部署需要详细的服务解决方案，以防止系统停止，从而避免损失宝贵的生产时间。传统的驱动系统的运行是基于润滑油和控制油控制台的供油，由于其结构的分析超出了工作范围，故不在模型中。由于主油由油台恒压供应，因此在模型中引入了一个压力源作为简化。来自润滑油和控制油对这类驱动系统起着重要的作用，既移动与执行器连接的伺服缸内的阀芯（二次油），又进入液压执行器室（一次油）。二次油压由I/H转换器设定，将当前命令信号（4-20mA）转换为油压。4-20mA命令直接来自控制系统，分别对应于阀门的关闭和打开位置。伺服缸中阀芯的运动由二次油调节；或者打开连接孔，让一次油流入液压缸的上腔或下腔。在弹簧的帮助下，杠杆将执行机构的运动直接传递到阀门上，弹簧的主要功能是在液压执行机构故障的情况下保持阀门关闭。这个机械系统的最终目标是调节通过阀门的蒸汽通道和提升一个阀门导管，依次打开四个或五个快门，这些快门依次给料机器的不同部分，从而实现精细的调节。

本文描述了一项针对ST控制阀系统的广泛研究工作，重点关注其预测模型和驱动系统技术升级的机会。该研究旨在提供不含蒸汽的控制阀系统的实体模型，这为进一步开发该系统提供了坚实的基础，包括蒸汽力贡献分析和模型实现。当蒸汽压差产生额外的力时，需要进行专门的分析，以便深入理解发生在阀门快门周围的现象。当与蒸汽一起操作时，模拟控制阀响应行为的能力伴随着执行关键ST调节阶段模拟，通过与总逻辑和机器滚筒模型的集成。这将代表一个数字仪器，用于分析它们在整个控制回路中的交互作用，可以嵌入到ST调控器中，以执行先进的诊断和分析，从而检查调节性能退化。

结束语

控制阀选型已逐步从粗算粗选基本功能需求上升为全面提供基于精确计算和合理推荐产品的控制阀选型系统，其中最关键的是知识模型的构建。知识模型的丰富度取决于其包含的各组成部分的丰富度，知识模型集越强大，可提供给用户的技术选型方案越精准，对用户需求的贴合度越高。将来也可以考虑集成设计院对控制阀选型的定制需求，与其内部专业系统通过数据层集成，实现无缝对接，提供导入导出一站式选型功能。

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