使用IP轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)燃?xì)膺h(yuǎn)程調(diào)壓

摘 要

摘要：探討了使用IP轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)燃?xì)膺h(yuǎn)程調(diào)壓的技術(shù)方案，在安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上降低了遠(yuǎn)程調(diào)壓的造價(jià)。通過實(shí)驗(yàn)證明了調(diào)壓器的出口壓力與IP轉(zhuǎn)換器的輸入電流成線性關(guān)系。關(guān)鍵詞
摘要：探討了使用IP轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)燃?xì)膺h(yuǎn)程調(diào)壓的技術(shù)方案，在安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上降低了遠(yuǎn)程調(diào)壓的造價(jià)。通過實(shí)驗(yàn)證明了調(diào)壓器的出口壓力與IP轉(zhuǎn)換器的輸入電流成線性關(guān)系。
關(guān)鍵詞：IP轉(zhuǎn)換器；遠(yuǎn)程調(diào)壓；電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
Achieving Remote Gas Pressure Regulation by Using IP Transducer
LU Yan
Abstract：The technical scheme of achieving remote gas pressure regulation by using IP transducer is discussed. The cost for remote gas pressure regulation is reduced on the basis of safe and stable operation. The linear relationship between the outlet pressure of regulator and the input current of IP transducer is proved by experiments.
Key words：IP transducer；remote pressure regulation；electric actuating mechanism
   對(duì)于門站和高-中壓調(diào)壓站，除了吸收國(guó)內(nèi)廠站設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行的寶貴經(jīng)驗(yàn)，還應(yīng)拓寬思路，在條件允許的情況下采用相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，以達(dá)到降低成本、保障安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。
   本文對(duì)一個(gè)工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用多年、中下游燃?xì)鈭?chǎng)站鮮有應(yīng)用的遠(yuǎn)程調(diào)壓方案進(jìn)行探討。
1 原有燃?xì)膺h(yuǎn)程調(diào)壓方案
   門站和高-中壓調(diào)壓站最主要的功能是計(jì)量和調(diào)壓，計(jì)量一般采用超聲波流量計(jì)或渦輪流量計(jì)配合流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行，而調(diào)壓為了追求高精度的調(diào)壓效果，一般采用指揮器式調(diào)壓器。除此之外，就是廠站的監(jiān)控系統(tǒng)，要求對(duì)廠站各管道的溫度、壓力、流量、閥位、燃?xì)庑孤┑惹闆r進(jìn)行全面采集，形成報(bào)表，上傳至城市管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)。其中，對(duì)溫度、壓力、流量及燃?xì)庑孤┑惹闆r的采集，在現(xiàn)場(chǎng)1區(qū)就使用了集成的電子元件，如溫度變送器、壓力變送器、流量計(jì)算機(jī)、探頭傳感器，可以精確快速地上傳數(shù)字量信號(hào)、RS485協(xié)議數(shù)據(jù)等。僅有調(diào)壓裝置，作為一款機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)備，需要加裝信號(hào)發(fā)生器以實(shí)現(xiàn)閥位遠(yuǎn)傳，加裝電動(dòng)馬達(dá)以驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)彈簧。
    圖1是集成了閥位遠(yuǎn)傳和遠(yuǎn)程控制調(diào)壓的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與指揮器式調(diào)壓器連接工作的示意圖。這種工作方式技術(shù)原理比較完善，指揮器、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是成熟產(chǎn)品，整套方案應(yīng)用成熟。
 
2 使用IP轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)燃?xì)膺h(yuǎn)程調(diào)壓的方案
    皮膜作為調(diào)壓器中靠近中心結(jié)構(gòu)的部件，拆裝比較麻煩，且其厚度、材質(zhì)、面積、形狀對(duì)調(diào)壓效果都會(huì)產(chǎn)生影響，其中任何一個(gè)因素都難以與調(diào)壓效果實(shí)現(xiàn)線性匹配。而彈簧可以簡(jiǎn)單地通過改變長(zhǎng)度等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)這一線性匹配，且?guī)齑姹９軛l件要求低，因此現(xiàn)有的燃?xì)膺h(yuǎn)程調(diào)壓方案都是在調(diào)壓器彈簧連桿上做文章。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)需要改變壓力時(shí)，通常是在彈性范圍內(nèi)擰松或擰緊彈簧，超出范圍時(shí)更換另一范圍的彈簧。在這樣的慣性思維下，原有燃?xì)膺h(yuǎn)程調(diào)壓方案就采用了直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)擰彈簧來實(shí)現(xiàn)。
    回顧調(diào)壓器的工作原理，不難發(fā)現(xiàn)，影響調(diào)壓的因素有彈簧、皮膜、皮膜上下方壓力差。調(diào)壓器調(diào)壓的工作原理見圖2。
 
    IP轉(zhuǎn)換器參與調(diào)壓控制是通過改變皮膜上下方壓力差得以實(shí)現(xiàn)。IP轉(zhuǎn)換器作為電氣轉(zhuǎn)換器的一種，是將電動(dòng)儀表的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)(0～10mA或4～20mA)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)儀表的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。
    使用IP轉(zhuǎn)換器遠(yuǎn)程調(diào)壓的工作原理見圖3，IP轉(zhuǎn)換器的輸出氣體端連接皮膜上方。當(dāng)IP轉(zhuǎn)換器接收到的模擬信號(hào)量變大，背壓區(qū)壓力升高，壓力差使皮膜及閥口連桿向下運(yùn)動(dòng)，閥口開度增大，下游壓力升高；當(dāng)IP轉(zhuǎn)換器接收到的模擬信號(hào)量變小，背壓區(qū)壓力降低，壓力差使皮膜及閥El連桿向上運(yùn)動(dòng)，閥口開度減小，下游壓力降低。整個(gè)控制過程平緩且無需強(qiáng)外力驅(qū)動(dòng)，大大減小了彈簧的強(qiáng)制動(dòng)作受壓，與正常調(diào)壓時(shí)各部件動(dòng)作幅度無異。
 
    用在指揮器式調(diào)壓器上時(shí)，IP轉(zhuǎn)換器輸出氣體端只需連接指揮器大氣腔。
    通過分析可以推斷出調(diào)壓器的出口壓力與IP轉(zhuǎn)換器接收的電流信號(hào)呈線性關(guān)系。下面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
3 遠(yuǎn)程調(diào)壓線性關(guān)系的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
   ① 實(shí)驗(yàn)原理
   IP轉(zhuǎn)換器輸入電流作為變量1，調(diào)壓器出口壓力作為變量2，理想狀況下變量1和變量2的最小值對(duì)應(yīng)關(guān)系、最大值對(duì)應(yīng)關(guān)系、中間值對(duì)應(yīng)關(guān)系3個(gè)基準(zhǔn)作為實(shí)驗(yàn)的已知條件，改變變量1至全區(qū)間，測(cè)出變量2對(duì)應(yīng)的區(qū)間。
    IP轉(zhuǎn)換器輸入電流與調(diào)壓器出口壓力對(duì)應(yīng)關(guān)系的理想狀況是4～20mA對(duì)應(yīng)0.02～0.3MPa。即已知條件為4mA對(duì)應(yīng)0.02MPa，或者20mA對(duì)應(yīng)0.3MPa，或者15mA對(duì)應(yīng)0.3MPa，再逐步測(cè)出IP轉(zhuǎn)換器輸入電流4～20mA對(duì)應(yīng)的IP轉(zhuǎn)換器出口壓力及調(diào)壓器出口壓力，以獲得4～20mA輸入電流與各壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
   ② 實(shí)驗(yàn)步驟
   將一臺(tái)指揮器式調(diào)壓器的背壓區(qū)接通IP轉(zhuǎn)換器的輸出氣體端(見圖3)，進(jìn)行3個(gè)步驟的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中調(diào)壓器的入口壓力和IP轉(zhuǎn)換器的入口壓力均為0.5MPa。
    步驟一：以4mA對(duì)應(yīng)0.02MPa為基準(zhǔn)，IP轉(zhuǎn)換器的輸入電流為4mA，設(shè)置調(diào)壓器彈簧的初始?jí)毫?.02MPa，逐步增大IP轉(zhuǎn)換器的輸入電流，直至20mA。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。
表1 以4mA對(duì)應(yīng)0.02MPa為基準(zhǔn)時(shí)，IP轉(zhuǎn)換器輸入電流和IP轉(zhuǎn)換器、調(diào)壓器的出口壓力
IP轉(zhuǎn)換器輸入電流/mA
IP轉(zhuǎn)換器出口壓力/MPa
調(diào)壓器出口壓力/MPa
4
0.000
0.000
5
0.000
0.000
6
0.025
0.020
7
0.060
0.043
8
0.100
0.070
9
0.120
0.100
10
0.150
0.127
11
0.180
0.154
12
0.210
0.180
13
0.240
0.209
14
0.260
0.237
15
0.290
0.260
16
0.320
0.286
17
0.340
0.314
18
0.360
0.341
19
0.390
0.365
20
0.420
0.389
   步驟二：以20mA對(duì)應(yīng)0.3MPa為基準(zhǔn)，IP轉(zhuǎn)換器的輸入電流為20mA，設(shè)置調(diào)壓器彈簧的初始?jí)毫?.33MPa(考慮了10%的運(yùn)行壓降)。進(jìn)行調(diào)壓器初始?jí)毫φ{(diào)節(jié)時(shí)，為避免皮膜上下方壓差突然增大造成損害，先將調(diào)壓器彈簧螺母調(diào)松，放散，從4mA起逐步增大IP轉(zhuǎn)換器的輸入電流，直至20mA。此時(shí)彈簧螺母已經(jīng)是最松的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)調(diào)壓器出口壓力最小為0.385MPa，不能調(diào)至0.33MPa。因此，選取20mA以下的輸入電流對(duì)應(yīng)0.33MPa，輸入電流為19mA時(shí)也無法將調(diào)壓器出口壓力調(diào)至0.33MPa，因此選取18mA對(duì)應(yīng)0.33MPa，再重復(fù)步驟一。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
表2 以20mA對(duì)應(yīng)0.3MPa為基準(zhǔn)時(shí)，IP轉(zhuǎn)換器輸入電流和IP轉(zhuǎn)換器、調(diào)壓器的出口壓力
IP轉(zhuǎn)換器輸入電流/mA
IP轉(zhuǎn)換器出口壓力/MPa
調(diào)壓器出口壓力/MPa
4
0.000
0.000
5
0.000
0.000
6
0.025
0.010
7
0.050
0.034
8
0.075
0.060
9
0.120
0.090
10
0.140
0.120
11
0.170
0.145
12
0.200
0.173
13
0.220
0.200
14
0.250
0.228
15
0.280
0.253
16
0.310
0.280
17
0.330
0.305
18
0.360
0.330
19
0.384
0.375
20
0.410
0.385
    步驟三：以15mA對(duì)應(yīng)0.3MPa為基準(zhǔn)，IP轉(zhuǎn)換器輸入電流為15mA，設(shè)置調(diào)壓器彈簧的初始?jí)毫?.33MPa(考慮了10%的運(yùn)行壓降)。調(diào)整好調(diào)壓器彈簧螺母后，放散，從4mA起逐步增大IP轉(zhuǎn)換器輸入電流，直至20mA。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。
表3 以15mA對(duì)應(yīng)0.3MPa為基準(zhǔn)時(shí)，IP轉(zhuǎn)換器輸入電流和IP轉(zhuǎn)換器、調(diào)壓器的出口壓力
IP轉(zhuǎn)換器輸入電流/mA
IP轉(zhuǎn)換器出口壓力/MPa
調(diào)壓器出口壓力/MPa
4
0.000
0.058
5
0.000
0.059
6
0.010
0.085
7
0.050
0.116
8
0.082
0.141
9
0.120
0.169
10
0.140
0.197
11
0.163
0.223
12
0.200
0.252
13
0.220
0.275
14
0.250
0.303
15
0.280
0.330
16
0.300
0.356
17
0.330
0.379
18
—
—
19
—
—
20
—
—
    從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以分析得出，選擇了合適的對(duì)應(yīng)關(guān)系，則4～20mA與調(diào)壓器出口壓力線性相關(guān)，與常規(guī)高精度調(diào)壓器正常工作實(shí)現(xiàn)的精度曲線無異。
4 2套燃?xì)膺h(yuǎn)程調(diào)壓方案的比較
    ① 使用IP轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓的方案，其主體設(shè)備僅為IP轉(zhuǎn)換器，體積小，動(dòng)作原理簡(jiǎn)單，產(chǎn)品成熟，安裝使用都非常方便。原有方案中閥位遠(yuǎn)傳和遠(yuǎn)程控制裝置包括電機(jī)、伺服放大器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速箱，控制原理決定了其設(shè)備成本高；且大部分品牌的產(chǎn)品采用分體設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝提出了更高的要求。
   ② 使用IP轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓的方案，僅需弱電，可共用現(xiàn)場(chǎng)弱電箱，動(dòng)力裝置僅需與現(xiàn)場(chǎng)其他氣動(dòng)裝置一致，或直接采用氮?dú)馄?，施工?jiǎn)捷。原有方案遠(yuǎn)程控制所需的電動(dòng)馬達(dá)需要1區(qū)強(qiáng)電供電，尤其在1區(qū)無其他強(qiáng)電需求的情況下，設(shè)計(jì)、施工工作量增大。
  ③ 使用IP轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓的方案，在不更換彈簧的情況下，可線性擴(kuò)大調(diào)壓器出口壓力范圍，原有方案無法做到。
   ④ 使用IP轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓的方案，節(jié)省設(shè)備造價(jià)50%以上。
5 結(jié)語
    使用IP轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓控制同原有的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程控制一樣，涉及若干設(shè)備的配合，因此實(shí)際使用時(shí)，需要現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)調(diào)試，以獲得最佳的模擬信號(hào)值與調(diào)壓值線性對(duì)應(yīng)的區(qū)間，才能實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)行效果。
 
(本文作者：盧燕 廣州多美時(shí)燃?xì)庠O(shè)備有限公司 廣東廣州 510170)