李寶華

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司，北京 100076)

發(fā)展與評(píng)述

石油石化行業(yè)控制閥的技術(shù)現(xiàn)況和發(fā)展趨勢(shì)

李寶華

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司，北京 100076)

智能化的要求使石油石化企業(yè)加大了自動(dòng)化控制設(shè)備的投入，生產(chǎn)過(guò)程控制需要大量控制閥及其預(yù)測(cè)性維護(hù)，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程強(qiáng)化、功能安全和能效管理。控制閥作為控制回路的終端執(zhí)行元件凸顯重要，同時(shí)也是技術(shù)比較薄弱的短板。近年來(lái)，控制閥制造業(yè)隨過(guò)程控制的快速發(fā)展而發(fā)展，體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化，高集成、高性能、高智能，低成本等方面，以全面滿足石油石化過(guò)程控制需求。

控制閥 功能安全 終端執(zhí)行元件 過(guò)程控制

國(guó)內(nèi)石油石化企業(yè)朝著大型化、一體化、智能化和清潔化等方向發(fā)展的同時(shí)，要求控制系統(tǒng)從工廠生產(chǎn)操作、管理、維護(hù)的角度出發(fā)，具有開(kāi)放性、高可靠性、互操作性和易維護(hù)性。智能化的要求使石油石化企業(yè)加大了自動(dòng)化控制設(shè)備的投入，生產(chǎn)過(guò)程控制需要大量控制閥及其預(yù)測(cè)性維護(hù)，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程強(qiáng)化、功能安全和能效管理。

控制閥(亦稱調(diào)節(jié)閥)作為控制回路的終端執(zhí)行元件凸顯重要，同時(shí)也是長(zhǎng)期以來(lái)技術(shù)比較薄弱的短板。存在的主要問(wèn)題： 品種多、規(guī)格多、參數(shù)多，不便于選型、安裝、維護(hù)、管理；維持性能差、可靠性差、耐用性差，不適應(yīng)過(guò)程控制要求[1]；技術(shù)研發(fā)緩慢，難以應(yīng)對(duì)苛刻工況應(yīng)用以及特種需求；體積大、噪聲大、耗能大，不符合環(huán)保和能源戰(zhàn)略等。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)石油石化工業(yè)高速發(fā)展，總體規(guī)模不斷擴(kuò)大，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，提高“長(zhǎng)三角”、“珠三角”、環(huán)渤海地區(qū)和中西部城市群的產(chǎn)業(yè)聚集度[2]，已形成了多個(gè)石化集聚產(chǎn)業(yè)區(qū)和上海漕涇、南京揚(yáng)子、廣東惠州等具有國(guó)際水平的大型石化基地?！笆濉逼陂g，還將建成更多世界級(jí)規(guī)模的煉油—乙烯—芳烴上下游一體化的產(chǎn)業(yè)基地。同時(shí)，新型煤化工適度發(fā)展，合理布局建設(shè)大型的二甲醚、煤制油、甲醇制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇等裝置[3]。因此，控制閥需求量大幅增長(zhǎng)，每套千萬(wàn)噸級(jí)煉油裝置需1500多臺(tái)、每套百萬(wàn)噸級(jí)乙烯裝置需5300多臺(tái)，其中苛刻工況應(yīng)用約占25%，包括大口徑、高壓力等級(jí)、特殊結(jié)構(gòu)的控制閥。

需求牽引，技術(shù)推動(dòng)[4]?？刂崎y制造業(yè)隨過(guò)程控制的快速發(fā)展而發(fā)展，也使控制閥市場(chǎng)整體業(yè)務(wù)得以保持穩(wěn)定和高速增長(zhǎng)趨勢(shì)，同時(shí)國(guó)際、國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇，控制閥生產(chǎn)商紛紛組合品牌、整合技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為滿足石油石化工業(yè)不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用需求，引入先進(jìn)制造技術(shù)，研發(fā)應(yīng)用于高溫、高壓差、多相流、顆粒沖刷和磨損等苛刻工況以及大口徑的控制閥產(chǎn)品和大推力、大扭矩的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，旨在推出具有控制閥預(yù)測(cè)性維護(hù)的數(shù)字解決方案，完善從設(shè)計(jì)選型定制到調(diào)試檢維修的全過(guò)程技術(shù)服務(wù)。控制閥國(guó)際知名品牌大量進(jìn)入中國(guó)，如Emerson-Fisher，GE Enregy-Masoneilan，KOSO，Samson，Abzil，F(xiàn)lowserve，Tyco，Metso，CCI，ARCA等。這些全球控制閥主要生產(chǎn)商在中國(guó)牢牢占據(jù)著高端市場(chǎng)并收攬了大部分中間層次，不斷建立獨(dú)資或合資工廠，實(shí)施本土戰(zhàn)略。同時(shí)，這些國(guó)外品牌帶來(lái)了先進(jìn)的控制閥技術(shù)和多樣化的產(chǎn)品以及技術(shù)比較、借鑒的機(jī)會(huì)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有300多家控制閥生產(chǎn)商，大多數(shù)從事仿制基型產(chǎn)品和簡(jiǎn)單加工，在石油石化行業(yè)的控制閥低端市場(chǎng)進(jìn)行低價(jià)格無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)。相比之下，吳忠儀表、上儀七廠、重慶川儀調(diào)節(jié)閥有限公司、無(wú)錫智能、大連亨利、重慶南坪、蘇州紐威、中核蘇閥等廠商能夠引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與創(chuàng)新，在競(jìng)爭(zhēng)中也有逐年向上的良好表現(xiàn)，技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)了部分突破，推出應(yīng)用于石油石化和煤化工的大口徑、高壓差、耐沖刷磨蝕的控制閥產(chǎn)品。在新建的大型石油石化裝置中應(yīng)用國(guó)產(chǎn)控制閥的比例顯著提升，在2012年10月投產(chǎn)的儀征化纖股份有限公司新建聚酯裝置上的控制閥都選用了國(guó)產(chǎn)的無(wú)錫智能控制閥，包括主流程中關(guān)鍵的帶熱夾套的熔體特種控制閥。

1 控制閥標(biāo)準(zhǔn)化

工業(yè)發(fā)展歷程證明： 發(fā)展產(chǎn)業(yè)，必須要有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化作為支撐條件。標(biāo)準(zhǔn)先行，控制閥制造業(yè)亦不例外。標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)衡量產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)不同廠商間協(xié)調(diào)和信息交換，在確定技術(shù)體制、促進(jìn)技術(shù)融合、加強(qiáng)科學(xué)管理、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮重要作用，并日趨國(guó)際化。

國(guó)際上的控制閥標(biāo)準(zhǔn)化工作由IEC組織第65技術(shù)委員會(huì)(TC65)負(fù)責(zé)，名為“工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制”，任務(wù)是制定工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制系統(tǒng)與系統(tǒng)元件的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)調(diào)影響測(cè)量和控制系統(tǒng)匹配的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。TC65下屬的SC65B小組“系統(tǒng)的元件”中的第9工作組(WG9)負(fù)責(zé)工業(yè)過(guò)程控制閥的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，任務(wù)是為工業(yè)過(guò)程控制用的各種控制閥閥體組件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和定位器制定基本要求、端面距和相關(guān)尺寸、額定壓力、泄漏和其他性能要求、尺寸計(jì)算方法和評(píng)定方法方面的標(biāo)準(zhǔn)。1997年IEC將所有標(biāo)準(zhǔn)改為60000系列，工業(yè)過(guò)程控制閥的標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)為IEC 60534，該族現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)已有9個(gè)部分17個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其中第9部分是適應(yīng)控制閥制造的最新發(fā)展，專用于多級(jí)降壓、級(jí)間壓力恢復(fù)的多級(jí)閥芯類型的噪聲預(yù)估[5]；2010年以后更新了其中2-1流量計(jì)算、8-2和8-3噪聲預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際上的控制閥生產(chǎn)商都已接受上述IEC標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)、制造、計(jì)算中采用基本統(tǒng)一的流量公式、阻塞流公式以及噪聲預(yù)估方法，控制閥公稱通徑、公稱壓力、泄漏等級(jí)、端間距等均按IEC標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，閥門定位器等附件與控制閥的連接基本上符合標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)通用性、互換性。模擬型和智能型閥門定位器分別有IEC 61514和IEC 61514-2標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)石油石化行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作開(kāi)展比較早，但在控制閥設(shè)計(jì)上習(xí)慣采用美國(guó)ANSI/ISA標(biāo)準(zhǔn)及API標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)際上美標(biāo)的控制閥流量計(jì)算、阻塞流公式、泄漏等級(jí)和試驗(yàn)都已符合或等效IEC相關(guān)控制閥標(biāo)準(zhǔn)。

中國(guó)于2001年開(kāi)始全面采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于工業(yè)過(guò)程控制閥標(biāo)準(zhǔn)先是等效采用了IEC 60534的1，5，7，8-1，共計(jì)4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是GB/T 17213。后來(lái)又等同采用了IEC 60534的13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，使GB/T 17213現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到17個(gè)，其中有的版本有待更新或撤銷。另用于閥門定位器的等同IEC 61514和IEC 61514-2的GB/T 22137.1—2008和GB/T 22137.2—2008，還有GB/T 4213—2008《氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥》。中國(guó)石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH 3005—1999《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》也對(duì)控制閥的設(shè)計(jì)做了規(guī)范要求。另一方面，國(guó)內(nèi)控制閥制造廠商在生產(chǎn)中采納標(biāo)準(zhǔn)的很有限，因而符合控制閥標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品不多。盡管如此，近年來(lái)中國(guó)工業(yè)過(guò)程控制閥的標(biāo)準(zhǔn)化工作還是有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，進(jìn)步很大，等同和等效IEC 60534標(biāo)準(zhǔn)有利于中國(guó)控制閥的產(chǎn)品研發(fā)、提高技術(shù)含量和市場(chǎng)拓展。

2 控制閥先進(jìn)制造技術(shù)

控制閥制造涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選擇、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)過(guò)程、質(zhì)量保證、市場(chǎng)營(yíng)銷和技術(shù)服務(wù)的一系列工作?？刂崎y歷史可追溯到1880年，相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的制造技術(shù)和裝備器具很落后，蹣跚在機(jī)械加工與裝配過(guò)程的狹義制造中。近年來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)大環(huán)境改變，先進(jìn)制造技術(shù)迫切希望進(jìn)入控制閥制造領(lǐng)域。多數(shù)廠商都在運(yùn)用先進(jìn)制造工藝，投用生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化，采用壓鑄、全模等高效精密成型技術(shù)、高精度磨床的高效高精度加工工藝、表面改性和涂層的特種加工及材料改性技術(shù)，生產(chǎn)出精良、可用、可靠的高質(zhì)量產(chǎn)品——從微小流量控制閥到超大通徑控制閥；從傳統(tǒng)單座閥型到偏心旋轉(zhuǎn)閥型、V型球閥、軸流閥；從防喘振、抗空化氣蝕、耐磨蝕控制閥到高溫高壓特種控制閥、專用控制閥；從大推力的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到快速響應(yīng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；從保證過(guò)程安全的緊密關(guān)閉到保證環(huán)境的超低泄漏等?？刂崎y與石油石化過(guò)程控制的發(fā)展同步進(jìn)行，形成了全過(guò)程、大范圍、高參數(shù)的產(chǎn)品，基本滿足了石油石化生產(chǎn)的控制要求。

在先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)方面，計(jì)算機(jī)輔助數(shù)字化設(shè)計(jì)和快速設(shè)計(jì)技術(shù)改變了控制閥設(shè)計(jì)落后的局面。模塊化設(shè)計(jì)及產(chǎn)品已由Emerson-Fisher(GX型)，Samson(240/250/290系列)，ARCA(08C系列)等領(lǐng)軍廠商推出多年。面對(duì)產(chǎn)品整體，這些模塊化設(shè)計(jì)的控制閥體現(xiàn)在產(chǎn)品系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、組合化，結(jié)構(gòu)合理,部件優(yōu)化。以控制閥兩大組成部分(執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥)及附件為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行功能分析，劃分出功能模塊，并使有限多的模塊實(shí)現(xiàn)功能最優(yōu)化、通用化。

控制閥綠色設(shè)計(jì)也初步展開(kāi)，通過(guò)金屬波紋管或膜片密封實(shí)現(xiàn)閥桿環(huán)徑零泄漏或設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)填料以滿足環(huán)保要求，或從產(chǎn)品自身全生命周期的綠色考慮以滿足要求。

3 智能控制閥應(yīng)用

控制閥是控制回路的終端執(zhí)行元件，接受控制指令并由閥門定位器自身閉合回路實(shí)現(xiàn)閥位的反饋控制。閥門定位器作為控制閥的重要附件，長(zhǎng)期采用機(jī)械式的模擬技術(shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一且故障率高，也使控制閥整體性能降低，通常不能實(shí)現(xiàn)有效控制。

石油石化裝置在控制系統(tǒng)及測(cè)量?jī)x表領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化后，控制閥成為控制回路中的薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重制約了過(guò)程控制的發(fā)展。近年來(lái)，以智能電氣閥門定位器為核心的控制閥數(shù)字解決方案，極大地提高了控制閥的使用性能，使之發(fā)生了質(zhì)的飛躍，進(jìn)而成為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能控制閥設(shè)備。

智能閥門定位器是新一代高性能的電氣閥門定位器，采用在板微處理器、應(yīng)用軟件和功能模塊，可實(shí)現(xiàn)定位功能的自校準(zhǔn)、自適應(yīng)、閥位控制和控制閥的在線自診斷及離線測(cè)試，本機(jī)顯示或附加更多功能，數(shù)字通信和集成到控制系統(tǒng)/資產(chǎn)管理系統(tǒng)，還具有免維護(hù)運(yùn)行特征。

控制閥制造廠商在研發(fā)智能電氣閥門定位器時(shí)，主要是為該公司的控制閥產(chǎn)品配套，也考慮到遵從相關(guān)的閥門定位器與控制閥連接的IEC 60534- 6-1/60534-6-2標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠商的閥門定位器與控制閥/執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間組合連接成為可能；而在設(shè)計(jì)上都是基于定位功能的自校準(zhǔn)、自適應(yīng)、閥位控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能的自診斷功能及免維護(hù)運(yùn)行，并支持HART通信/無(wú)線通信和Profibus-PA，F(xiàn)F和集成各種工程工具軟件，且不斷融入新的功能。

石油石化裝置過(guò)程控制中選用的智能電氣閥門定位器絕大多數(shù)出自少數(shù)國(guó)外知名品牌： Emerson-Fisher的DVC6000，DVC6200，DVC2000系列；Siemens的SIPART PS2系列；Samson的3730/3731系列；GE Enregy-Masoneilan的SVI II/SVI II AP；ABB(H&B)的TZID-C；Abzil(Yamatake)的SVP3000；Metso-Neles的ND9000等。國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品剛剛起步，吳忠、溫州、南京、重慶等地已有相應(yīng)產(chǎn)品推出，但技術(shù)差距較大，尤其是在電氣轉(zhuǎn)換及氣動(dòng)部件上。

4 控制閥預(yù)測(cè)性維護(hù)

預(yù)測(cè)性維護(hù)注重動(dòng)態(tài)管理和監(jiān)測(cè)以及設(shè)備良好運(yùn)行的可持續(xù)性。發(fā)展控制閥預(yù)測(cè)性維護(hù)，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自校準(zhǔn)、自適應(yīng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、在線動(dòng)態(tài)特性分析和設(shè)備故障診斷，在控制閥還沒(méi)有產(chǎn)生故障前通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助故障識(shí)別和診斷技術(shù)以及廣義專家系統(tǒng)對(duì)狀態(tài)參數(shù)預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的情況和預(yù)期的時(shí)間，通過(guò)預(yù)測(cè)控制閥設(shè)備的功能安全和時(shí)間依存性來(lái)進(jìn)行維護(hù)。

石油石化超大裝置的管控一體化及資產(chǎn)管理系統(tǒng)促進(jìn)了控制閥預(yù)測(cè)性維護(hù)的技術(shù)發(fā)展。隨著智能電氣閥門定位器的深入研發(fā)，所需的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷功能逐漸轉(zhuǎn)移到控制閥本機(jī)設(shè)備上的診斷體系。利用智能電氣閥門定位器自帶閥位(行程)、輸出、氣源等參量傳感器直接進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以故障識(shí)別、邏輯思維推理、魯棒性的廣義專家系統(tǒng)進(jìn)行在線預(yù)測(cè)性維護(hù)，提升并維持了性能，減少了運(yùn)行故障和提高了使用壽命，對(duì)石油石化裝置有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

全球控制閥主要生產(chǎn)商也是推行控制閥預(yù)測(cè)性維護(hù)的先行者，不斷升級(jí)智能電氣閥門定位器及完善預(yù)測(cè)性維護(hù)診斷軟件。Emerson-Fisher有 DVC6000/6200/2000系列和AMS ValveLink診斷軟件,Samson有3730/3731系列和EXPERT Plus診斷軟件，GE Enregy-Masoneilan有SVI II/SVI II AP和Valvue診斷軟件，F(xiàn)oxboro有SRD960/991和VALcareTM診斷軟件，Azbil有SVP 3000alphaplus和Valstaff診斷軟件等。

5 控制閥空化及損害的評(píng)估與預(yù)防

控制閥苛刻工況應(yīng)用是石油石化過(guò)程控制重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)問(wèn)題，控制閥液體流體應(yīng)用時(shí)發(fā)生的空化會(huì)對(duì)閥內(nèi)件和閥體及閥后管件造成很大破壞，嚴(yán)重影響控制閥的工作性能和使用壽命，會(huì)加劇噪聲、振動(dòng)，構(gòu)成安全隱患。空化及損害的評(píng)估長(zhǎng)期止步不前，抗空化氣蝕方案多限于計(jì)算復(fù)雜、加工難度大、應(yīng)用局限大的迷宮式閥內(nèi)件。

基于經(jīng)驗(yàn)指數(shù)的西格瑪方法難以指導(dǎo)普遍性問(wèn)題。近年來(lái)，在對(duì)控制閥液體流體應(yīng)用時(shí)發(fā)生的空化及損害的評(píng)估和防治上有了技術(shù)突破。根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)試閥門空化氣蝕程度的方法研究，通過(guò)聲壓級(jí)測(cè)試和材料測(cè)試建立相關(guān)性，獲得更精確的信息，取得了開(kāi)拓性進(jìn)展。IEC組織據(jù)此發(fā)布了IEC 60534-8-4： 2005年第2版，在液體流體噪聲預(yù)估中提出XF壓差比方法[6]，可由理論公式計(jì)算出接近實(shí)測(cè)值的初始空化特性壓力比XFZ、微噴射流參數(shù)以及空化噪聲功率等。2007年發(fā)布了具有抗空化氣蝕功效的多級(jí)降壓級(jí)間壓力恢復(fù)控制閥的IEC 60534-9標(biāo)準(zhǔn)，2010年以后又更新了IEC 60534-8-2和IEC 60534-8-3噪聲預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)，能夠指導(dǎo)控制閥廠家有效評(píng)估控制閥的空化及損害，進(jìn)而基本掌握各種閥型不同通徑、不同流量系數(shù)下的初始空化和初始空化損害的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合阻塞流計(jì)算與測(cè)試、噪聲預(yù)估與測(cè)試，保證控制閥適用于苛刻工況。GE Enregy-Masoneilan，CCI和Emerson-Fisher及Samson繼續(xù)在控制閥苛刻工況應(yīng)用、抗控制閥空化及損害、超高壓差工況應(yīng)用、多級(jí)閥設(shè)計(jì)計(jì)算和制造方面居行業(yè)領(lǐng)先地位。

6 石油石化控制閥技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

石油石化自動(dòng)化控制在信息數(shù)字化、控制智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化技術(shù)支持下，趨于實(shí)現(xiàn)高可靠性、高性能和高適用性，在應(yīng)用上呈現(xiàn)滿足不同對(duì)象的個(gè)性化總體解決方案，結(jié)合企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的管控一體化系統(tǒng)，提高經(jīng)濟(jì)效益的能效管理。在此基礎(chǔ)上對(duì)石油石化控制閥市場(chǎng)產(chǎn)生大的需求以及技術(shù)拉動(dòng)，使控制閥制造業(yè)跟隨發(fā)展，在標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化，高集成、高性能、高智能[7]方面，低成本地全面滿足石油石化過(guò)程控制需求。

6.1標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化及網(wǎng)絡(luò)化

尋求、完善和執(zhí)行統(tǒng)一的控制閥標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠商生產(chǎn)的控制閥能夠?qū)崿F(xiàn)互換性、互操作性和高適用性。整合計(jì)算選型程序，采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件，從分散的不通用的各自計(jì)算狀態(tài)發(fā)展到根據(jù)過(guò)程數(shù)據(jù)和指定功能、性能和成本就能夠正確計(jì)算選型，確定所需的閥型、流路、流量系數(shù)、通徑和管路配合、適合的閥體閥內(nèi)件型式和材質(zhì)、針對(duì)性的密封型式等。建立標(biāo)準(zhǔn)化的軟件平臺(tái)，使用標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)輔助故障識(shí)別和專家診斷軟件，使不同制造商的控制閥可進(jìn)行性能監(jiān)測(cè)和故障診斷。標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)了控制閥的低成本和可維修性。

從產(chǎn)品的集中設(shè)計(jì)到模塊化分散設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)新，模塊化設(shè)計(jì)遵守從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手，將整個(gè)控制閥系列產(chǎn)品按照功能切分成有限多的通用模塊(不變部分)和專用模塊(變化部分)，分散的相對(duì)獨(dú)立的模塊遵守共同的明確規(guī)則，以保證這些模塊能夠組合成一個(gè)完整的系統(tǒng)，并能夠隨時(shí)加入新的模塊增加系統(tǒng)功能。各模塊獨(dú)立開(kāi)發(fā)并要求具有更多更好的性能，優(yōu)化設(shè)計(jì)并盡可能多地在不同口徑的閥門中采用相同的零部件，基于大部分部件確定使用通用模塊、少部分按用戶技術(shù)條件選擇專用模塊，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)，組合成滿足需求的控制閥產(chǎn)品。模塊化設(shè)計(jì)的控制閥將以其開(kāi)放式架構(gòu)、全新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化的模塊部件、簡(jiǎn)便的計(jì)算與選型、高安全性和可靠性以及產(chǎn)品緊湊堅(jiān)固、號(hào)型齊全多樣、部件通用可換、易于維護(hù)檢修，帶來(lái)控制閥整體功能和性能的明顯提升，也使其在應(yīng)用、生產(chǎn)、維修、管理方面大為簡(jiǎn)化。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動(dòng)了傳統(tǒng)工業(yè)結(jié)構(gòu)的變革，將現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、嵌入式技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)融合,在保證系統(tǒng)原有的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等要求的同時(shí),增強(qiáng)了系統(tǒng)的開(kāi)放性和互操作性, 提高了系統(tǒng)對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性[8]。網(wǎng)絡(luò)化支持控制閥技術(shù)，建立虛擬制造和虛擬設(shè)備(儀表)，形成快速反應(yīng)和高效集成，產(chǎn)生整體經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)字化的控制閥成為現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備，支持現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議并融入管控一體化網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)化下更好地協(xié)同工作、有效控制、在線診斷和便捷維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了全局信息和全生命周期信息的整合[9]。

6.2高集成、高性能及高智能

高集成基于信息化，包括企業(yè)資源的集成化研發(fā)管理和產(chǎn)品制造、開(kāi)放性技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。利用先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)行控制閥產(chǎn)品集成化，運(yùn)用制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)和企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)(ERP)。注重信息集成、有效利用與整合、提升制造智能、優(yōu)化系統(tǒng)和控制閥產(chǎn)品，使控制閥生產(chǎn)商有效管理全生命周期和提供優(yōu)質(zhì)有效、低成本、綠色產(chǎn)品?？刂崎y本身的高集成也使產(chǎn)品功能多樣化、復(fù)雜化，單臺(tái)控制閥就具有應(yīng)對(duì)石油石化生產(chǎn)多種控制要求的能力。

開(kāi)發(fā)控制閥的高性能處理能力、苛刻工況應(yīng)用能力，加強(qiáng)基型產(chǎn)品的技術(shù)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，徹底擺脫產(chǎn)品單一技術(shù)特征，在控制流體量的簡(jiǎn)單執(zhí)行功能和工作可靠的同時(shí)，具備本機(jī)顯示、組態(tài)、檢測(cè)、控制、運(yùn)算、診斷、通信以及安全、綠色等功能和兼容性，實(shí)現(xiàn)按需求控制、個(gè)性化解決方案。要重視對(duì)石油石化裝置工藝參數(shù)和過(guò)程特征的了解，從功能安全和適用角度注重產(chǎn)品設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、制造質(zhì)量和配套能力，開(kāi)發(fā)高性能的石油石化特種控制閥。

控制閥利用人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式數(shù)字解決方案實(shí)現(xiàn)智能化，更多表現(xiàn)在控制閥自適應(yīng)、自校準(zhǔn)、自診斷和遠(yuǎn)程通信上，更好體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化性能和分散風(fēng)險(xiǎn)，提高可用性和可靠性上。綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、廣義專家系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)故障識(shí)別與性能診斷，是推動(dòng)控制閥智能化的主要因素，智能電氣閥門定位器應(yīng)用到控制閥和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能一體化設(shè)計(jì)以及智能控制閥預(yù)測(cè)性維護(hù)是未來(lái)發(fā)展主流。

7 結(jié)束語(yǔ)

控制閥實(shí)現(xiàn)過(guò)程強(qiáng)化、功能安全和能效管理的技術(shù)要求，推動(dòng)了控制閥行業(yè)按照高可靠性、高性能和高適用性進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新，滿足了石油石化工業(yè)日益需求的過(guò)程控制?？刂崎y制造從“以產(chǎn)品為導(dǎo)向”轉(zhuǎn)向“以市場(chǎng)為導(dǎo)向”[10]，提供了響應(yīng)用戶的個(gè)性化總體解決方案和控制閥產(chǎn)品全生命周期的技術(shù)服務(wù)。

[1] 何衍慶，邱宣振，楊潔，等.控制閥工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2005：4

[2] 金三林.“十二五”我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)及石油石化行業(yè)走勢(shì)[J].中外能源，2011，16(04)： 14-17.

[3] 白頤.石油和化工行業(yè)“十二五”發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J].苯酐工業(yè)，2010(01)： 1-4.

[4] 孫柏林.對(duì)我國(guó)自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的分析[J].自動(dòng)化博覽，2009(02)： 26-27.

[5] IEC. IEC 60534-9： 2007 Industrial-process Control Valves — Part 9： Test Procedure for Response Measurements from Step Inputs [S]. Switzerland: International Electrotechnical Commission，2008.

[6] IEC. IEC 60534-8-4： 2005 Industrial-process Control Valves — Part 8-4： Noise Considerations — Prediction of Noise Generated by Hydrodynamic Flow [S]. Switzerland: International Electrotechnical Commission，2005.

[7] 卞正崗.石油化工工業(yè)自動(dòng)化儀表及系統(tǒng)[J].中國(guó)儀器儀表, 2007(02)： 20-25.

[8] 孫柏林.當(dāng)前自動(dòng)化十大熱門技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)述評(píng)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2011，30(03)： 1-7.

[9] 莊松林，肖中漢.我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制科技的發(fā)展[J].自動(dòng)化儀表，2009，30(05)： 1-6.

[10] 中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì).2011—2012儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科發(fā)展報(bào)告[M].北京： 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2012： 5.

TechnicalStatusandDevelopmentTrendofControlValveforPetroleumandPetrochemicalIndustries

Li Baohua

(Sinopec Yizheng Chemical Fibre Co. Ltd.， Beijing， 100076， China)

Intelligent requirements have made petroleum and petrochemical enterprises invest more and more in automation and control equipment. Production process control requires a lot of control valves and its predictive maintenance to realize process strengthening, functional safety and energy efficiency management. Control valve is of great importance as terminal execution element of control loop． Meanwhile, its technology is weak for a long time. Control valve manufacturing is developing quickly with rapid development of process control in recent years. The main trend of the development is standardization， modularization，networked， high integration， high performance， high intelligence， low-cost to fully achieve the requirement for petroleum and petrochemical process control.

control valve；function safety; terminal execution element；process control

稿件收到日期： 2013-02-05。

李寶華(1952—)，男，北京人，從事工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)的技術(shù)工作38年，2006年后較多關(guān)注工業(yè)過(guò)程控制閥領(lǐng)域，任儀表工程師。

TP23

B

1007-7324(2013)03-0001-05