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通过提高控制阀性能来降低成本

作者：福斯（中国）来源：Ringer

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许多工厂经理为了能使工厂设备创造出更多利润，在不断增大产能的同时也开始注重设备的维护保养。过去，工厂主要通过减员和节流来降低成本，通过减少非计划性停机时间来提高产能。然而，很多工厂经理常被这两个看似冲突的目标而困扰，福斯流体控制部门的数字产品销售经理Fabian C. Gonzalez指出，实际上只要通过提高控制阀性能就能帮助他们化解难题，实现这两大目标。

通常来说，提高控制阀的有效性（正常运行时间）就需要加大修复性维护计划，保证仪器的最佳性能。许多工厂都以逆向思维解决此问题，改用基于设备状况的策略，即根据控制阀的实际运行状况调整维护工作量。该策略假定此类“主动防范性”维护工作远比“被动应急性”维护更能节省成本，这一假定得到了Factory Maintenance近期所刊文章的力证，表明被动应急性维护的成本“是主动防范性维护解决方案的4-10倍”。

然而，要发挥控制阀主动防范性维护策略的优势，还需要依赖于另一不为人注意的重要假设条件，即工厂操作和维护人员能精确、实时地掌握控制阀的健康现状，帮助对应地制定实际措施，保证设备的最高性能。“诊断”是提供此类数据的解决方案中经常引用的行话，但常因两大关键原因而离理想目标存有较大距离。

常规控制阀诊断方法

首先，阀门和仪器诊断一贯要求停车性能检测，而这很可能会造成重大损失。其次，检查和维护设备中的每一个阀门也非常费时。再则，最终数据的精度会因所用装备和执行检测的技术员的技能而产生偏差。

为了解当前用于评估控制阀性能的技术水平，我们有必要回顾一下该测试的实施方法。在过去，执行阀门和仪器检测的装备通常包括1个高精度调压器、一个0-0.2兆帕（Mpag）的压力计（精度0.25%）和一个线性刻度盘指示表（图1）。

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图1. 常规阀门诊断测量装备

过去，装备都是按照特定的工作范围（如0.02-0.1 Mpag，或0.04-0.2 Mpag）预先校准，高精度调压器用于模拟在工作范围内的控制命令信号，而压力计则用作其测量点。刻度盘指示表显示在特定信号范围内阀门的开度。

该流程在两种工作方向上执行：信号关闭和信号打开，起始阀门有50%的位移定位。执行3个连续完整周期，报告并计算重复性、迟滞以及死区，死区是指在全刻度范围内同一输入在上阶、下阶两个输出区间的最大差异。检测数据随即被应用到图表，进行性能分析。得到的“阀性能曲线”显示控制阀和相关仪器、附件的特征信息。在这些阀门诊断检测中捕捉到的数据为了解阀门性能退化提供了有用信息（图2）。

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图2. 阀门现场诊断装备典型应用

但是，这一诊断流程需要耗费较长时间，要求阀门从管线上“停车”（即停止工作），影响了工厂的生产。除此之外，数据结果的精确性严重依赖于测量装备和执行检测的技术员的技能。

因为与各种阀门设计相关的机械元件和仪器以及附件具有其自身的复杂性，诊断数据到维护措施的转换解析不但是一门科学技术，还是一门艺术和技巧；也就是说它主要取决于各位技术员的经验和知识。

执行比修复措施更经济的“主动防范性”维护，同时更有效地防止非计划性停机时间是我们的总体目标。将诊断数据转换成符合这些目标的可执行性维护意见，通常需要深入了解阀门设计的目的、制造原理和在特定工艺条件下的工作机制，由此判定阀门的行为是否“正常”。国际自动化协会（ISA）在这方面发挥了重要角色，制定了控制阀和常规仪器的性能标准，为执行阀门相关的诊断提供纲要指导，但这些指导只涉及控制阀健康诊断的某些方面，不涉及原设备制造商（OEM）特定信息。

例如，现场诊断无法确定非一致性问题，如阀门底座是否泄漏，阀座推拉力是否足够，或为什么某一阀门需要更多维护。其中一些问题能很快解决，如阀座推拉力是否足够。阀座负载（Fs）计算是力的函数，基于执行机构有效面积（Af）乘以应用的负载压力（Ps），反方向的弹簧（Pf）和执行机构弹簧刚性。但是，这一分析需要了解控制阀实际所用硬件的具体知识，如阀门执行机构的尺寸大小和所安装弹簧的硬度。在此之外，阀座负载的通用算法可用于确认是否仅应用此力，而实际物理表面光洁度和阀芯的匹配接触角可确定控制阀在该阀座负载下关闭是否正常。此外还必须考虑阀芯的物理设计（旋塞孔或压力平衡）。

如今许多工厂的实际情况则是，大批有着丰富知识、精湛技术的维修人员被少数对现代控制阀配置、通径和阀芯设计了解甚浅的年轻工人所替代。另外，许多现代化设备开始采用“资产管理”软件执行繁重的任务，收集、分析和存档控制阀诊断工具生成的大量数据。尽管这些工具可发挥重要的功能，帮助工厂计划和准备检修周期，但它们绝对不能替代对控制阀有着丰富经验和知识的技术员，因为这些工具大多来自第三方提供商，而非阀门OEM，对日常维护管理的帮助非常有限。

寻找最佳答案

阀门诊断和资产管理工具已经演变发展成为工厂运作和维护人员的有力帮手。这些工具囊括了数据管理、阀门验证及在线和离线阀门诊断技术的最优方法。举个最好的例子，这些解决方案被集成进控制阀定位器，能持续、实时地收集数据，避免在生成阀门性能曲线时从管线上拆下阀门（图3）。这些先进的工具提高了阀门性能，大大降低了停机时间和阀门的维护成本。

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图3. Flowserve Logix 3000系列数字阀门定位器传感器

更重要的是，来自控制阀OEM的全新一代诊断工具基于制造商在阀门设计、制造、操作和维护上的悠久历史。在某些情况下，这些工具甚至可以与老练的控制阀技术员的控制诊断相媲美。

如果没有这些最新的现场诊断解决方案提供的信息，工厂需要花费许多时间和金钱，浪费在没必要的定期性维护上，而又无法避免时常发生的非计划性停机时间。

根据供应商和使用高级阀门诊断的终端用户反馈，一般阀门仅需简单的阀门机械调整或仪器重新校准。例如，普通的3寸截止阀大约需要4600美元。而替换该阀门的成本远高于将旧阀门从管线拆卸、使用新垫圈和密封环重新包装和重新安装的所有花费。所以问题的关键就在于知道何时需要进行维护。

因为新一代诊断工具直接由阀门制造商提供，所以它们能分析阀门-性能响应曲线，发现任何不一致的地方或模式/趋势偏差，例如，填料和导向套引起的过高摩擦力、较高的迟滞和死区、非线性响应、机械失调、填料磨损引起的低摩擦、潜在的极限循环和仪器校准不到位。

这些分析方法提高了现场诊断的精确度，不会扰乱正常的生产过程，减少了诊断的时间量，而且阀门可保持工作状态。该诊断过程可帮助工厂节省人力和消除仪器停机时造成的生产成本损失。这些解决方案可以提前通知相关人员即将发生的问题，让工厂操作员能有充裕的时间采取措施，将停机时间减少到最低或彻底避免。

因为新一代控制阀诊断工具由阀门制造商打造，所以它们能确认问题的症结所在，提供相应的指导和建议。使得操作员能及时发现问题的根源并正确掌握维修流程、备件和修理时所需的特殊工具，这样可进一步节省工厂的时间和金钱。

领先的OEM诊断工具

总之，尽管阀门诊断解决方案存在巨大潜力，可提高工厂的收益率，但这种全面的潜在效益往往会受到解决方案本身的羁绊，无法收集有意义的实时诊断数据，以及根据阀门设计和服务条件的独特组合将数据转变成具有实施意义的维护建议。对于终端用户来说可喜的是，来自阀门OEM的最新一代工具弥补了这些缺口，取得了重大进步。

阀门OEM的最佳诊断解决方案利用阀门制造商积累的知识和经验，克服了第三方“软件”提供商固有的缺陷，提高了控制阀性能分析的水平以及维护意见的确认速度，将设备恢复到最高性能。如此一来，这些解决方案能更好地帮助工厂实现资产管理策略的初衷，即提高产能而又不增加维护成本和人力。

文章内容仅供参考 (投稿) (6/4/2010)


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