專利名稱：監(jiān)測管道的方法以及用于調節(jié)閥的位置調節(jié)器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種借助管道內調節(jié)閥的位置監(jiān)測管道自由的內部橫截面緩慢減小的方法，以及一種用于實施此方法的調節(jié)閥位置調節(jié)器。
在工藝過程和能量技術的許多領域，設備的無故障運行取決于管道的狀況，尤其取決于當時的過程介質在管道中的通過能力。為了避免付出高代價的非規(guī)律性運行中斷，合理的是在準備階段已能識別，管道是否在過程運行中已經(jīng)堵塞，或管道的自由內部橫截面正在緩慢減小。此類缺陷應盡可能在管道堵塞會導致設備停工前的初始階段中就識別到。通過及時報警可以避免運行故障，優(yōu)化維護過程，以及采取及時而恰當?shù)膶胧?br> 迄今，當由于堵塞使通過管道的流量突然中斷時，多多少少令設備操作員感到驚訝。大多未料到會出現(xiàn)的故障狀況造成生產(chǎn)停頓并與之相關聯(lián)的昂貴的費用開支。一種在準備階段識別自由的管道截面減小的可能性，是管道的內窺式檢查，然而這只能在過程中斷的情況下實施并因而意味著嚴重的浪費。
由DE-PS 4342554已知一種監(jiān)測廢氣輸送系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括一個調節(jié)閥作為壓力控制廢氣輸出的調節(jié)機構。借助在廢氣輸出點調節(jié)閥的特征線，根據(jù)當時的體積流量和經(jīng)調節(jié)的廢氣壓力，確定當調節(jié)閥全開時存在的壓力。在最大體積流量時產(chǎn)生的最大壓力損失，借助調節(jié)閥全開時的進口壓力和利用特征線確定的出口壓力確定，并表示為隨時間的函數(shù)，以及與最大允許的壓力損失比較。當最大壓力損失的值接近最大允許的壓力損失值時，確定為清潔廢氣輸送系統(tǒng)的時刻。此方法的缺點是，它專門針對廢氣輸送系統(tǒng)的要求設計，以及不能毫無問題地應用于其他管道系統(tǒng)。此外，并沒有考慮到，在調節(jié)閥全開借助其特征線確定出口壓力時，由于增大了體積流量，附加地增加通過管道的壓力損失。因此，這種監(jiān)測不太準確。
例如由DE 19947129A1已知一種用于調節(jié)閥的位置調節(jié)器，它包括一個用于檢測該閥位置的位置傳感器和一個用于分析評估所檢測的位置的裝置。在那里介紹了一個系統(tǒng)，用于借助接收的聲信號診斷當前的閥狀況。聲學的檢測主要探測一個關閉的閥的漏泄狀況。
本發(fā)明的目的是提供一種方法，用于監(jiān)測管道自由的內部橫截面緩慢的減小，這種方法可以在許多過程技術設備中無需高成本地實施，本發(fā)明的另一目的在于創(chuàng)造一個適用于實施本發(fā)明方法的用于調節(jié)閥的位置調節(jié)器。
為了達到上述第一個目的，這種前言所述類型的新方法具有在權利要求1特征部分中所說明的方法步驟。在從屬權利要求中說明了有利的進一步發(fā)展，在權利要求7中則描述了一種適用于實施此方法的用于調節(jié)閥的位置調節(jié)器。
本發(fā)明的優(yōu)點是，僅僅借助在調節(jié)閥中本來就存在的裝置，便可以監(jiān)測管道的緩慢堵塞或結疤。只是用于由位置傳感器(它可看作是位置調節(jié)器的組成部分)檢測的閥位置值的分析裝置，必須為了實施本發(fā)明方法進行適配。因為這種分析裝置通常通過一個含有適用的軟件的計算單元實現(xiàn)，所以它只需要調整要由原本就存在的計算單元處理的計算程序。監(jiān)測功能則可以方便地鈍化，只要進行監(jiān)測的前提條件不成立或有時不成立。尤其在使用一個將通過管道的介質流量調整為常數(shù)的調節(jié)閥時，在絕大部分運行時間會造成基本上不變的介質流量。通過觀察和評估調節(jié)閥升程位置隨時間的改變，識別管道自由的內部橫截面的緩慢減小。若閥在介質流量基本上不變的情況下開度必須大于一個可預定的閾值，則發(fā)出一個指示閾值被超越的信號?；诖酥甘镜男盘枺梢蕴崆安扇∏‘?shù)尼槍π源胧?。例如，此信號可解讀為需要維護的通知，從而在過程技術設備的下一個維護周期中清洗或更換管道。由此可以避免運行故障或生產(chǎn)停頓。
優(yōu)選地，調節(jié)閥的第一個位置在過程技術設備運行的一開始亦即當管道還沒有沉積物時確定和儲存。由此，在調節(jié)為恒定流量的情況下得出閥的一個開度，該開度取決于設備的不同結構設計可以是不同的。
按有利的方式，此方法可以適應具體的應用情況，為此，閾值根據(jù)第一個位置規(guī)定。在這里，閾值處于閥全開與第一個位置之間的范圍內。最佳的位置仍取決于具體的應用情況，尤其取決于沉積速度和維護周期之間的時間間隔。業(yè)已證明比較有利并適用于許多應用情況的是，當閥的開度達到超過第一位置的余留調節(jié)范圍的80％時，發(fā)出一個閾值被超越的指示信號。由此是在這樣一個時刻進行指示的，即此時在出現(xiàn)調節(jié)問題前還存在足夠的安全距離，也就是在由于管道內過多的沉積物不再可能調節(jié)為恒定的流量之前。
因為伴隨著長期單調連續(xù)的沉積過程也使調節(jié)閥的位置相應地長期單調移動，所以例如由于壓力波動可能引起的移動過程短時的異常測值，可以通過一個低頻濾波器，尤其通過構成一個光滑的平均值，來抑制其對診斷結果的影響。由此在有此類波動時避免提前觸發(fā)管道監(jiān)測和提前發(fā)出指示信號。當然也可以利用另一些可能性，對在閥開度與管道內沉積之間關系的可信度進行檢驗。
除直接的閾值比較外或作為直接進行閾值比較的替代手段，可以確定調節(jié)閥的位置隨時間的改變以及預估該調節(jié)閥的位置將超過可預定的閾值的時刻。這樣做的優(yōu)點是可以實施更好的維護計劃，因為不僅考慮了管道當前的堵塞狀況，而且還考慮到自由的內部橫截面減小的速度。
為了避免過早發(fā)出閾值超越的指示信號，可有利地確定在管道內的介質壓力，以及當其偏離一壓力平均值的偏離量超過允許值時，中斷對于管道堵塞的監(jiān)測。在管道內介質壓力的測量和評估，可以借助例如在泵后一個饋給點處簡單的壓力開關實施。通常在過程技術設備中優(yōu)選地在管道端部本來就存在壓力測量變換器，它的測量值可以無需其他技術性耗費地參與評估。
但是若某些壓力變化不能避免以及它們可能導致監(jiān)測過于頻繁地中斷時，那么比較有利的是，為了抑制壓力波動對閥位置的影響進行相應的壓力補償，該壓力補償可以借助閥位置與介質壓力的預定關系實施。
下面借助表示本發(fā)明實施例的附圖詳細說明本發(fā)明及其擴展設計和優(yōu)點。附圖中

圖1表示安裝在一管道內的一個調節(jié)閥的原理性示意圖；以及圖2表示在管道的堵塞逐漸增大時所述閥位置的基本變化曲線。
在圖中沒有進一步表示的過程技術設備的一根包括管段1a和1b的管道1內，按圖1裝入一個閥2，它通過一個與閥座3配合作用的關閉體4的相應行程，控制介質5的流量。所述行程由一個氣動驅動器6產(chǎn)生并借助一根閥桿7傳給關閉體4。驅動器6通過一軛架8與閥2的外殼連接。在軛架8上安裝有一個位置調節(jié)器9。該閥具體的位置X通過一位置傳感器10檢測并輸入一分析裝置11，后者將此值與一個經(jīng)一數(shù)據(jù)接口12由一具有數(shù)字數(shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù)傳輸功能的外部數(shù)據(jù)總線輸入的額定值作比較，以及在出口側控制氣動驅動器6以便調整此調節(jié)差。額定值通過一個圖中未表示的調節(jié)器規(guī)定為，將通過管道1并因而通過閥2的介質5調整為基本上有恒定的流量。在圖示的實施例中，附加地在管道1內裝入一臺泵13，它產(chǎn)生需要的流動壓力。一個壓力開關14沿流動方向在泵13之后量取存在于管道1內的介質壓力，以及可將一相應的信號15提供給分析裝置11，該信號15指示所測取壓力偏離一壓力平均值的偏離量超出一允許值。為了使各種原因可能引起的閥位置較小的波動，不直接導致觸發(fā)管道監(jiān)測，位置信號除了直接輸往分析裝置11外還可通過一低通濾波器16傳給分析裝置11。在本實施例中分開表示的用于形成光滑平均值的低通濾波器，當然可以在恰當編程的情況下由分析裝置11本身實現(xiàn)。
為了說明本發(fā)明的工作原理，在圖1中還在管段1a的區(qū)域、在閥2處和在管段1b的區(qū)域中，表示了在第一時刻當介質流動時形成的壓差ΔP1、ΔP5或ΔP2，以及在此后的第二時刻形成的壓差ΔP3、ΔP6或ΔP4。用壓差ΔP0表示總壓差，它是介質沿著包括兩個管段1a和1b的管道1和沿閥2以恒定的流速流動通過時形成的。管道自由的內部橫截面A緩慢減小的監(jiān)測，通過確定和評估借助位置傳感器10檢測的閥2位置X隨時間的變化進行，為此通過位置調節(jié)器9的分析裝置11按時序存儲和評估閥位置隨時間光滑化的平均值。當超越一個可預定的閾值時，通過與所述數(shù)據(jù)接口11連接的場數(shù)據(jù)總線向操縱臺發(fā)出一個電報形式的報警信號或一個電流或電壓信號。由此，用信號報告管道1面臨完全堵塞的危險。下面應說明管道1堵塞與閥2位置X之間的關系在一個過程技術設備運行時，在一個由該設備結構預定的基本上恒定的壓差ΔP0的情況下，調節(jié)閥調節(jié)通過管道1的流量為一個過程調節(jié)器或操縱系統(tǒng)所要求的大多恒定的值。在這里，在第一時刻，優(yōu)選地在用完全沒有沉積物的管道投入運行時，壓差ΔP0的值等于壓差ΔP1、ΔP5與ΔP2之和。因此適用ΔP1+ΔP2+ΔP5＝ΔP0。
其中壓差ΔP1和ΔP2由管段1a或1b中各自的流動阻力以及壓差ΔP5由閥的流動阻力在第一時刻確定。壓差ΔP5與閥2具體的位置(它通過位置傳感器10測定)和在第一時刻存在的流量有關。當閥2在調節(jié)回路中被用于調節(jié)一個可預定的基本上不變的流量時，閥的位置通過驅動器6調整為，使介質5通過管道1的實際流量至少近似等于預定值。
若隨著時間的推移在管道1的管段1a和1b內壁上形成沉積物，則流動阻力和壓差增大。因此對于此后在第二時刻在管段1a和1b中當流量值相同時存在的壓差ΔP3或ΔP4適用下面的關系式ΔP3+ΔP4＞ΔP1+ΔP2當泵13功率不變以及除此之外的過程也不變時，沿管道1和閥2的總壓差ΔP0基本是常數(shù)。這意味著，在第二時刻必須通過閥2調整為一個較小的壓差ΔP6，以保持介質5通過管道1基本不變的流量。因此閥2的位置X朝增大閥開度的方向改變。閥2當時的位置X如上面已說明的那樣通過位置傳感器10檢測并不僅直接地而且間接地通過低通濾波器16進一步傳輸給分析裝置11。通過優(yōu)選地按規(guī)則的間隔在分析裝置11內進行的閥位置光滑化平均值的儲存，可以確定管道1堵塞的傾向性變化過程。當顯示閥2開度的閥位置超過預定的閾值時，經(jīng)接口12在場數(shù)據(jù)總線上輸出一個指示此超越的信號。此信號在上一級操縱系統(tǒng)中可解讀為報警信號，從而可以在過程技術設備產(chǎn)生故障前及時采取恰當?shù)拇胧?。借助對所述閥位置值變化過程的恰當計算，可以確定管道1必須清洗或更換的時刻。由此避免了與未預料到的設備停工相關聯(lián)的費用。此外完全不需要內窺式預檢查，它們需要昂貴的費用。借助壓力開關14檢測泵13的輸出壓力。通過此壓力開關14產(chǎn)生一個信號15，它指示相對于一個可預定的或平均的壓力值的允許偏離量已被超越。所述超越發(fā)生的時間范圍可以不算在用于監(jiān)測管道的自由內部橫截面A減小的閥位置值的分析評估中。為此當然也可以用一個壓力傳感器取代所述壓力開關14，由該壓力傳感器來向分析裝置11提供壓力測量值。在這種情況下可以通過確定閥2的位置與泵13壓力之間的關系，以及通過在分析裝置11中加入一個恰當?shù)难a償元件來補償泵壓波動造成的影響，來減小泵壓波動對監(jiān)測結果的影響。
圖2表示，隨著在過程技術設備的管道中沉積物的逐漸增加，閥位置X的值在實際工作中典型的變化曲線。橫坐標表示時間t，縱坐標表示有標準化的數(shù)值范圍從0至1的閥的位置X。位置X＝0對應于關閉的閥，位置X＝1對應于全開的閥。在第一時刻t1，優(yōu)選地在過程技術設備剛投入運行時，檢測和儲存閥位置的值X1＝0.5。在設備此后的運行期間，按規(guī)則的時間間隔測量并儲存另一些位置值，從而得出在圖中表示的變化曲線。根據(jù)在投入運行時測得的閥位置值X1＝0.5計算出一個閾值S，當超過該閾值時必然在管道內已存在嚴重的沉積，因此在下一個維護周期內需要清洗或更換管路。在圖示的實施例中，閾值S被確定在余留的調節(jié)范圍的80％處，這一閾值使閥還有進一步的開度可供使用。因此閾值S規(guī)定為值0.9。在此后的時間確定的閥的位置值，例如在第二時刻t2位置X2，與按已說明的方式預定的閾值S作比較。當超出閾值S時所產(chǎn)生的指示信號被解讀為管道系統(tǒng)需要維護。在時間t3與t4之間的一個時間段，在此時間段內確認在被監(jiān)測的管道中壓力波動超高，在評估管道自由的內部橫截面緩慢減小的監(jiān)測時被摘除，這是因為在這里并不能立即從閥的瞬時位置推斷出管道的堵塞。在時刻t5，測得的閥位置值超過閾值S，從而在這時產(chǎn)生一個相應的指示信號。在隨后的直至時刻t6的維護周期中更換掉已堵塞的管道。在完成維護工作后，可以重新用開度小得多的閥調整介質通過管道基本上有不變的流量。
借助圖示的變化曲線可以清楚看出，作為替換方案或作為對上述閾值實際上已被超出的分析評估的補充，可以借助一種趨勢分析方法來確定和輸出所述閾值預期將被超過的那個時刻。
權利要求
1.一種借助管道(1)內的一調節(jié)閥(2)的位置(X)監(jiān)測該管道自由的內部橫截面(A)緩慢減小的方法，其特征為在一種介質通過該調節(jié)閥(2)的流量基本不變的情況下，在一個第一時刻(t1)確定并儲存該調節(jié)閥(2)的第一個位置(X1)；以及至少在一個此后的第二時刻(t2)確定該調節(jié)閥(2)的第二位置(X2)；確定該調節(jié)閥(2)的位置(X)在什么時刻超過一個可預定的閥開度的閾值(S)；以及，發(fā)出一個信號指示此超越和/或超越的時刻。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征為所述閾值(S)根據(jù)調節(jié)閥(2)的第一個位置(X1)預定，尤其是可預定成相對于在閥全開與第一個位置(X1)之間的調節(jié)范圍為80％的開度。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特征為所述閥位置信號通過一低通濾波器(16)，尤其是通過構成一光滑的平均值，在確定所述閥位置之前被濾波。
4.按照上述任一項權利要求所述的方法，其特征為確定所述調節(jié)閥(2)的位置(X)隨時間的變化，以及，預估該調節(jié)閥(2)的位置預計將超過所述可預定的閾值(S)的時刻。
5.按照上述任一項權利要求所述的方法，其特征為確定在所述管道(1)內的介質壓力；當其偏離一壓力平均值的偏離量超出一允許值時，中斷對所述管道(1)的自由內部橫截面(A)減小情況的監(jiān)測。
6.按照上述任一項權利要求所述的方法，其特征為為了抑制壓力波動對所述閥位置的影響，借助該閥位置與介質壓力的預定關系實施壓力補償。
7.一種用于調節(jié)閥(2)的位置調節(jié)器，它包括一檢測該閥(2)位置(X)的位置傳感器(10)和一用于分析所檢測的位置的裝置(11)，其特征為所述分析裝置(11)設計為，當在一個用于調節(jié)介質通過管道(1)為恒定流量的調節(jié)回路中使用該調節(jié)閥(2)時，為借助該調節(jié)閥(2)的位置(X)監(jiān)測管道自由的內部橫截面(A)的緩慢減小，在一個第一時刻(t1)確定并儲存該調節(jié)閥(2)的第一位置(X1)；以及在此后的一個第二時刻(t2)確定該調節(jié)閥(2)的至少一個第二位置(X2)；并確定該調節(jié)閥(2)的位置在什么時候超過一個可預定的閥開度的閾值(S)；以及，發(fā)出一個信號指示此超越和/或超越的時刻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種借助管道內調節(jié)閥(2)的位置(X)監(jiān)測管道自由的內部橫截面(A)緩慢減小的方法。在流量基本不變的情況下，在第一時刻(t1)確定并儲存第一個位置(X1)。根據(jù)至少一個在此后的第二時刻(t2)確定的調節(jié)閥的位置(X2)，確定閥(2)的位置(X)何時超過可預定的閥開度的閾值(S)，以及必要時發(fā)出一個信號指示此超越和/或超越的時刻。其結果是可以在一個工藝過程技術設備中產(chǎn)生故障前，先采取恰當?shù)木S修措施。
文檔編號F16K37/00GK1726366SQ200380105807
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月11日 優(yōu)先權日2002年12月11日
發(fā)明者克勞斯-彼得·希爾 申請人:西門子公司