СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ СЕДЛА КЛАПАНА
METHOD OF TESTING INTEGRITY OF VALVE SEAT

Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к содержащим клапаны системам управления технологическим процессом и, в частности, к способам автоматического проведения испытаний целостности седла клапана для одного или нескольких клапанов во время нормальной работы клапанов.
Уровень техники
Системы управления технологическим процессом, например, системы, используемые в химической, нефтяной или в других отраслях промышленности, обычно содержат трубы, поток жидкости или газа через которые регулируется посредством открытия или закрытия клапанов. Клапаны управляемы посредством одного или нескольких управляющих устройств технологического процесса, коммуникативно соединенных с одним или несколькими полевыми устройствами через аналоговые, цифровые или комбинированные аналого-цифровые линии передачи сигнала, называемые каналами передачи информации. Полевые устройства могут быть, например, позиционирующими устройствами клапана, выключателями и передающими устройствами (например, устройствами, передающими информацию от датчиков температуры, давления, уровня жидкости, скорости потока и положения стержня клапана). Полевые устройства размещены в среде, окружающей технологическую установку, и выполняют функции процесса, такие как открытие или закрытие клапанов, измерение параметров процесса, сборка диагностических данных и т.д.
Управляющие устройства технологического процесса могут или не могут быть расположенными в пределах технологической среды, окружающей технологическую установку. Они получают сигналы, отражающие измерения характеристик процесса, выполненные полевыми устройствами, и/или другую информацию, имеющую отношение к полевым устройствам, и выполняют прикладную программу управляющего устройства. Например, прикладная программа управляющего устройства управляет различными модулями управления, которые (а) принимают решения об управлении технологическим процессом, (b) создают сигналы управления, основанные на полученной информации и (с) проводят координацию с модулями управления, созданными процессорами, размещенными в полевых устройствах. Управляющие модули управляющего устройства посылают сигналы управления по линиям передачи к полевым устройствам для управления, тем самым, технологической операцией.
Информация от полевых устройств и управляющего устройства обычно поступает по линии связи к одному или нескольким аппаратным устройствам или устройствам программного обеспечения, таким как рабочие места оператора, персональные компьютеры, архивные хранилища данных, генераторы отчетов, централизованные базы данных и т.д., которые как правило размещены в диспетчерских или в других местах, удаленных от агрессивной среды, окружающей технологическую установку. Эти аппаратные устройства запускают прикладные программы, которые, например, дают возможность оператору выполнять функции, имеющие отношение к технологическому процессу, например, изменять настройки программы управления технологическим процессом, модифицировать работу модулей управления в пределах управляющего устройства или полевых устройств, просматривать текущего состояние технологического процесса, рассматривать аварийные сигналы, созданные полевыми устройствами и управляющими устройствами, моделировать операции технологического процесса с целью обучения персонала, проверять программное обеспечение для управления технологическим процессом, хранить и обновлять базу данных о конфигурации и т.д., или проверять любое из устройств системы управления технологическим процессом или собирать данные о них, например, о любом типе клапана, использованного в системе управления технологическим процессом.
Клапан, используемый в системе управления технологическим процессом, обычно содержит в качестве компонентов седло клапана и элемент закрытия клапана, который взаимодействует с седлом клапана с целью закрытия клапана. При должном взаимодействии этих компонентов имеет место правильное закрытие клапана и клапан обладает удовлетворительной целостностью седла клапана. При повторяющемся использовании в операциях системы управления технологическим процессом компоненты клапана подвержены старению вследствие нормального износа, эрозии, коррозии и т.д. Наблюдая совместную работу компонентов клапана, можно сделать вывод о надежности и состоянии этих компонентов. Надежность и состояние комбинации компонентов клапана и их работа могут быть упомянуты как целостность седла клапана для конкретного клапана, иногда также называемая профилем сигнатуры клапана. Желательно выявить ситуации нарушения целостности седла клапана, поскольку в этих случаях возможно не происходит закрытия клапана должным образом, что создает проблемы для всей системы. Например, при нарушении целостности седла клапана может иметь место утечка.
Другой, более специфический вариант возникновения проблем в результате ухудшения целостности седла клапана возникает в случае использования в системе технологической установки пара высокого давления для создания электроэнергии (например, при давлении, составляющем тысячи фунтов на квадратный дюйм). Клапан может быть использован для регулировки потока пара в системе производства электроэнергии. При наличии проблем с клапаном, например, при небольшой эрозии компонента клапана и при пропускании большого количества пара под давлением через клапан слегка эродированный компонент может претерпеть быстрое разрушение до уровня, при котором неуправляемый пар высокого давления представляет собой опасность для системы. В дополнение к дальнейшему повреждению, которое может произойти с компонентами седла клапана, и ухудшением работы системы управления технологическим процессом, могут также иметь место финансовые убытки. В частности, финансовые убытки могут быть следствием потери энергии, впустую уходящей через клапан с нарушенной целостностью седла. Следовательно, может быть чрезвычайно важным обнаружить проблему с целостностью седла клапана как можно скорее.
Обычные испытания, проводимые для проверки целостности седла клапана, включают акустические испытания клапана и испытания сигнатуры клапана. Акустические испытания клапана предназначены для создания акустического сигнала около клапана при протекании через клапан газообразных или жидких материалов. При проведении обычных акустических испытаний обусловленные структурой данные о спектре шумов, указывающие на уровень шума и звуковую частоту клапана в хорошем состоянии, заметно отличны от данных, полученных для клапана, изношенного выше допустимого уровня. Такие акустические испытания клапана требуют большого объема вычислений и использования дополнительных технических средств и, таким образом, дороги в реализации.
Обычные испытания сигнатуры клапана использованы для обнаружения проблем с клапаном, таких как целостность стержня клапана, стертые компоненты седла, выход за пределы максимального или минимального порогового значения силы трения, наличие пороговых значений вращающего момента, проблемы с позиционированием седла, проблемы, обусловленные эрозией седла, и возникновение прерывистого скольжения. Однако обычные испытания сигнатуры клапана требуют или прерывания технологического процесса во время испытаний или блокирования (то есть, изолирования) клапана для избежания прерывания процесса. Кроме того, испытание сигнатуры клапана требует присутствия пользователя для проведения испытаний и визуального осмотра и интерпретации результатов испытаний. Результаты, полученные в ходе испытания сигнатуры клапана, представляют собой график зависимости положения стержня клапана от давления. Пользователю обычно нужно иметь опыт работы с графиками сигнатуры клапана для обнаружения наличия проблемы. В дополнение к необходимости присутствия опытного пользователя для интерпретации результатов, испытания сигнатуры клапана трудно проводить и интерпретировать каждый раз при перемещении клапана в положение посадки на седло или из него.
В целом, обычные испытания, используемые для установления целостности седла клапана, требуют вмешательства и анализа со стороны человека и/или требуют остановки операций по управлению технологическим процессом. В частности, обычные испытания сигнатуры клапана требуют вмешательства и анализа со стороны человека наряду с необходимостью или (1) прерывать работу системы управления технологическим процессом для выполнения испытания сигнатуры клапана как части последовательности технического обслуживания или (2) вводить блокирующие и обходные клапаны в систему управления технологическим процессом таким образом, чтобы блокирующие и обходные клапаны могли быть использованы для перенаправления потока материала (например, жидкости или газа) через установку при проведении испытания изолированного клапана. Блокирующие и обходные клапаны могут также быть упомянуты как изолирующие клапаны.
В случае (1) технологическая установка может терять значительный объем производительности. В случае (2) владелец установки должен первоначально инвестировать значительные ресурсы для выполнения блокирующих и обходных клапанов и инвестировать в рабочую силу, необходимую для работы с блокирующими и обходными клапанами при выполнении испытаний целостности седла клапана. В частности пользователь, физически расположенный около обходного клапана, должен координировать свои действия с другим пользователем, управляющим технологическим переключателем потока от клапана к обходному клапану. Пользователь, физически расположенный около обходного клапана, должен вручную открывать обходной клапан в соответствии с указаниями от осуществляющего управление пользователя. После завершения операции переключения на обходной клапан, пользователь должен вручную предохранить подлежащий испытанию клапан и проверить, выведен ли он из технологического процесса. Пользователь проводит предохранение и проверяет вывод клапана из технологического процесса, поворачивая два блокирующих клапана, расположенных на каждом конце подлежащего испытаниям клапана. Изоляция клапана требует наличия дополнительных клапанов, дополнительной рабочей силы, значительной координации проводимых рабочими операций и затрат времени.
Кроме того, вследствие дополнительных затрат, потерь производительности и необходимости использования дополнительной рабочей силы при проведении обычных испытаний целостности седла клапана, такие испытания проводят редко. Как правило, испытания целостности седла клапана проводят один раз в год или каждые пять лет. При использовании описанного ниже изобретения аналогичные результаты испытаний способны быть получены чаще и/или способны быть получены без описанных выше проблем, связанных с обычными испытаниями целостности седла клапана.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение включает способ проведения испытаний целостности седла клапана без прерывания работы системы управления технологическим процессом или изолирования клапана. Настоящее изобретение, кроме того, включает автоматическое испытание целостности седла клапана во время обычных операций закрытия и/или открытия клапана. Способ включает выполнение системы управления технологическим процессом, содержащей клапан, работающий при установленном значении, отражающем степень открытия клапана и выраженном в процентах от полного открытия, по существу составляющем от 0% (или от значения ниже 0% в случае необходимости компенсации на калибровочные отсечки) до 100%.
В одном варианте реализации настоящего изобретения способ включает получение от управляющего устройства, содержащегося в системе управления технологическим процессом, значения сигнала управления, соответствующего желательному установленному значению, и выполнение операции закрытия клапана согласно этому установленному значению. Способ может также включать установление того, равно ли полученное значение сигнала управления заранее определенному значению отсечки (или ниже его), связанному с целостностью седла клапана для одного клапана во время операции его закрытия. Когда установленное значение равно значению отсечки или ниже его, то можно определить, имеют ли данные о местоположении значение, превышающее значение отсечки. Данные о местоположении представляют собой положение стержня клапана при его перемещении для достижения седла клапана в соответствии с установленным значением. Если установленное значение равно значению отсечки или ниже его, а данные о местоположении превышают значение отсечки, то продолжают считывать данные о давлении и данные о местоположении, связанные с закрытием клапана.
Данные о давлении и местоположении, считываемые во время операции закрытия, способны быть сравнены в режиме реального времени с заведомо «хорошим» набором данных. В качестве альтернативы или дополнения данные о давлении и положении, считываемые во время операции закрытия, способны быть сравнены в режиме реального времени с пороговым значением, связанным с удовлетворительной целостностью седла клапана. Например, пороговое значение может быть вычислено посредством установления математического допуска, связанного с ранее сохраненным или заведомо хорошим набором данных о положения и/или данных о давлении, или посредством установления коэффициента наклона для данных о положении и/или данных о давлении, или посредством любой другой методики, которая может быть использована для установления того, обладает ли данный клапан приемлемой целостностью седла клапана.
В одном варианте реализации настоящего изобретения данные о давлении и положении способны быть считаны и сохранены во время операции закрытия и способны быть сравнены с ранее сохраненным набором данных о положении и давления, соответствующим приемлемой целостности седла клапана. Этот способ обеспечивает возможность, посредством операции сравнения, дополнительно включать операцию установления того, превышено ли значение допуска, связанное с удовлетворительной целостностью седла клапана, и создавать тревожный сигнал при превышении заранее определенного порогового значения.
Считывание данных о местоположении и давлении и сравнение данных о местоположении и давлении происходит до тех пор, пока собираемые данные о местоположении указывают на перемещение клапана или пока клапан еще не достиг стационарного состояния в соответствии с установленным значением.
Варианты реализации настоящего изобретения, описанные в предыдущих параграфах, использованы в ходе операции по закрытию клапана. Другие варианты проведения испытаний целостности седла клапана могут быть использованы в ходе операции по открытию клапана.
Вариант проведения испытаний при открытии клапана включает получение от управляющего устройства значения сигнала управления, соответствующего желаемому установленному значению, и выполнения операции открытия клапана согласно этому установленному значению. Способ также включает установление того, равно ли полученное значение сигнала управления, связанное с установленным значением для операции открытия, заранее определенному значению отсечки (или выше его), связанному с целостностью седла клапана во время операции открытия. Когда установленное значение равно значению отсечки или выше его, и данные о местоположении меньше значения отсечки, то происходит считывание данных о давлении и местоположении, связанных с открытием клапана. Собранные данные о давлении и местоположении могут быть сравнены с заведомо хорошим набором данных.
В еще одном варианте данные о давлении и местоположении, собранные во время операции открытия, могут быть сравнены в режиме реального времени со значениями допуска, связанными с приемлемой целостностью седла клапана. Например, для установления того, имеет ли клапан приемлемую целостность седла может быть использован математический допуск, связанный с показаниями давления, данные о местоположении, считанные данные о давлении и данные о местоположении вместе, или нахождение коэффициента наклона данных о давлении и местоположении или любая другая методика. В качестве альтернативы, считанные и сохраненные данные о давлении и местоположении могут быть сравнены с ранее сохраненным набором данных о местоположении и давлении, соответствующим приемлемой целостности седла клапана.
Способ может дополнительно включать, посредством операции сравнения, операцию установления того, превышено ли значение допуска, связанное с удовлетворительной целостностью седла клапана, и создание тревожного сигнала при превышении заранее определенного порогового значения (например, для допуска).
Считывание данных о местоположении и/или данных о давлении и сравнение данных о местоположении и/или данных о давлении с пороговым значением или допуском происходят до тех пор, пока собираемые данные о местоположении указывают на перемещение или указывают, что клапан еще не достиг местоположения, соответствующего установленному значению.
Пункты формулы изобретения дают дополнительную сводную информацию. Раздел «Раскрытие изобретения» не полностью охватывает все описанные здесь варианты реализации. Этот раздел предназначен в качестве введения в описанные здесь способы.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана блок-схема системы управления технологическим процессом, расположенной в пределах технологической установки, которая способна управлять клапаном во время нормальных технологических операций.
На фиг.2 показан вид в вертикальном разрезе клапана управления и связанного с ним оборудования, предназначенного для использования с системой управления технологическим процессом по фиг.1, на котором были выполнены испытания целостности седла клапана в соответствии с вариантом настоящего изобретения.
На фиг.3 показано, как данные о местоположении следуют за величиной установленного значения во время трех основных стадий испытания целостности образца клапана в соответствии с настоящим изобретением, причем это происходит при закрытии клапана.
На фиг.4 показано, как данные о местоположении следуют за величиной установленного значения во время трех основных стадий испытания целостности образца клапана в соответствии с настоящим изобретением, причем это происходит при открытии клапана.
На фиг.5 показана блок-схема, иллюстрирующая вариант способа проведения испытаний целостности седла клапана в соответствии с настоящим изобретением, проводимых при закрытии клапана.
На фиг.6 показана блок-схема, иллюстрирующая еще один вариант способа проведения испытаний целостности седла клапана, сравнивающий данные о местоположении и данные о давлении в режиме реального времени и в соответствии с настоящим изобретением, причем это выполнено при закрытии клапана.
На фиг.7 показана блок-схема, иллюстрирующая вариант способа проведения испытаний целостности седла клапана в соответствии с настоящим изобретением, проводимых при открытии клапана.
На фиг.8 показана блок-схема, иллюстрирующая еще один вариант способа проведения испытаний целостности седла клапана, сравнивающий данные о местоположении положения и данные о давлении в режиме реального времени, и в соответствии с настоящим изобретением, причем это выполнено при закрытии клапана.
На фиг.9 показаны два графических представления данных об испытании клапана, на которых один график данных был считан и/или сохранен во время операции по закрытию клапана, а второй график данных был считан и/или сохранен во время операции по открытию клапана, причем оба графика представляют собой вариант данных, отражающих хорошую целостность седла клапана.
На фиг.10 показаны два графических представления данных об испытании клапана, на которых один график данных был считан и/или сохранен во время операции по закрытию клапана, а второй график данных был считан и/или сохранен во время операции по открытию клапана, причем график закрытия клапана представляет собой вариант данных, отражающих неполную целостность седла клапана.
Осуществление изобретения
В последующем подробном описании сформулированы варианты реализации настоящего изобретения. Другие варианты реализации настоящего изобретения неотъемлемо связаны с описанным в формуле и раскрытым предметом изобретения или станут очевидными для специалистов в данной области техники на основании последующего описания вариантов реализации настоящего изобретения со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показан вариант технологической установки 10, содержащей различные функциональные области, каждая из которых может быть выполнена с возможностью реализации системы испытаний целостности седла клапана в соответствии с настоящим изобретением. Технологическая установка 10 содержит распределенную систему управления технологическим процессом, содержащую один или несколько управляющих устройств 12, каждое из которых присоединено к одному или нескольким полевым устройствам 14 или 16 через устройства ввода-вывода или карты 18. Управляющие устройства 12 также соединены с одним или несколькими основными или операторными рабочими местами 20-23 через канал 25 данных. База 28 данных соединена с каналом 25 данных и работает как архивное хранилище данных для сбора и хранения параметров, статуса и других данных, связанных с управляющими устройствами и полевыми устройствами в пределах установки 10, и/или как база в виде архивного хранилища данных, которая сохраняет данные о текущем или предыдущем испытаниях установки 10, загруженные или хранящиеся в пределах управляющее устройства 12 и/или полевых устройств 14 и 16. База 28 данных может дополнительно сохранять графические объекты для создания различных графических представлений технологической установки 10. Вариант реализации описанного здесь автоматического способа проведения испытаний целостности седла клапана может быть сохранен в качестве программы, в качестве одной или нескольких прикладных программ 30-33, на соответствующей одной или нескольких основных или операторских рабочих местах 20-23. В качестве еще одного варианта или дополнения вариант реализации описанного здесь автоматического способа проведения испытаний целостности седла клапана может быть сохранен в управляющем устройстве 12 (например, в виде прикладной программы 50) и/или в запоминающем устройстве 114 позиционирующего устройства 109 по фиг.2).
Полевые устройства 14 и 16 могут быть размещены в пределах агрессивной окружающей среды технологической установки, а управляющее устройство 12, карты 18 ввода / вывода, рабочие места 20-23 операторов и база 28 данных могут быть размещены в помещениях управления или в других менее агрессивных средах, которые более доступны для персонала, проводящего техобслуживание, и для различного другого персонала технологической установки. В некоторых случаях персонал технологической установки может использовать мобильные, беспроволочные, переносные устройства для доступа к информации, образуемой в описанных здесь вариантах автоматического способа проведения испытаний целостности седла клапана.
Описанный здесь метод испытаний седла клапана может быть внедрен в различные типы систем управления. Система управления может представлять собой автономную систему управления или систему распределенного управления. Система распределенного управления содержит элементы управляющего устройства, которые расположены не централизованно, а распределены по системе, причем каждая подсистема управляема одним или несколькими распределенными управляющими устройствами. Вариант системы распределенного управления показан на фиг.1 и содержит клапан по фиг.2 как часть подсистемы полной системы управления технологическим процессом, причем управляющее устройство 12 системы управляет клапаном 102 по фиг.2. Например, или аналоговое полевое устройство 14 или цифровое полевое устройство 16 могут быть выбраны в качестве позиционирующего устройства системы проведения испытаний целостности седла клапана по фиг.2.
В качестве еще одного варианта, описанный здесь метод испытаний целостности седла клапана может быть внедрен в систему управления, способную быть полностью выполненной самим клапаном, такой как система испытаний целостности седла клапана по фиг.2. Дополнительная информация о вариантах реализации систем управления и их операциях управления и диагностики может быть найдена в Патенте США №6 298 454, названном «Диагностика в системе управления технологическим процессом» и переуступленном компании «Fisher-Rosemount Systems, Inc.», который во всей полноте включен сюда посредством ссылки.
На фиг.2 показан вариант реализации системы 100 для проведения испытаний целостности седла клапана, присоединенной к трубе 101 технологической установки, например, технологической установки 10 по фиг.1. Поток 105 материала через трубу 101 контролируем клапаном 102 управления, содержащим элемент 103 закрытия клапана, соединенный со штоком 106 или стержнем клапана, и седло 104 клапана. Материал 105 может представлять собой жидкость или газ. Шток 106 клапана перемещает элемент 103 вверх или вниз для открытия или закрытия клапана 102 управления. Открытие и/или закрытие клапана происходит посредством силы, создаваемой приводом 107 клапана, например, пневматическим приводом. Привод 107 соединен с корпусом клапана 102 через траверсу 108. Позиционирующее устройство 109, например, оснащенное микропроцессором позиционирующее устройство, прикреплено к траверсе 108 и использовано для обнаружения перемещения штока 106 клапана посредством индикатора 110 перемещения клапана, например, стержня обратной связи. Индикатор 110 перемещения клапана соединен сдатчиком 113 положения клапана, который соединен с блоком 111 управления клапаном, который способен быть процессором, например, центральным процессором. Блок 111 управления получает величину установленного значения или сигнал управления от интерфейса 112, соединенного с устройством управления, например, с рабочим местом 20, 21, 22, 23 или управляющим устройством 12, 12 по фиг.1. Например, блок 111 управления может получить установленное значение или сигнал управления от любого управляющего устройства 12 по фиг.1. Установленное значение представляет собой требуемое значение, которое автоматическая система управления должна послать в управляемое ею устройство.
В качестве альтернативы, индикатор 110 перемещения клапана способен представлять собой не имеющее канала связи устройство обратной связи по положению, использующее способы связи и/или контроля перемещения стержня 106 клапана без непосредственной связи со стержнем 106 клапана. Например, индикатор 110 перемещения клапана способен представлять собой электромагнитно подсоединенный индикатор перемещения.
Как отмечено выше, блок 111 управления способен получать величину установленного значения от управляющего устройства 12 и затем управлять клапаном 102 управления согласно полученной величине установленного значения. Установленное значение показывает, до какой степени клапан должен быть открыт или закрыт.Блок 111 управления обеспечивает возможность перемещения клапана в соответствии с полученной величиной установленного значения. Блок 111 управления проверяет информацию обратной связи отдатчика 113 местоположения и сохраняет 114 полученные от датчика 113 данные о местоположении. Позиционирующее устройство 109 также содержит датчик давления 115, который, в зависимости от типа привода 107, может содержать один или несколько датчиков давления. Данные, полученные датчиком давления 115, могут также быть использованы блоком управления 111 как основание для перемещения клапана 102 в соответствии с установленным значением. Полученные от датчика 115 данные о давлении могут также быть занесены в запоминающее устройство 114. Кроме того, как указано выше, часть прикладного программного обеспечения или все такое обеспечение, имеющее отношение к описанному здесь способу проведения испытаний целостности клапана, могут быть занесены в запоминающее устройство 114.
Обратившись к фиг.1-2, можно видеть, что во время нормального функционирования системы управления технологическим процессом, содержащей клапан 102, этот клапан работает при установленном значении, которое, как отмечено выше, представляет собой входное значение в блок управления 111 позиционирующего устройства 109 по фиг.2. Как также отмечено выше, установленное значение определяет степень, до которой клапан должен быть открыт, и выражено в виде процента от полностью открытого клапана. Таким образом, установленное значение в 100% определяет полностью открытый клапан, при размещении элемента 103 закрытия клапана на максимальном расстоянии от седла 104 клапана; установленное значение в 0% соответствует полностью закрытому клапану, в котором элемент 103 закрытия размещен на седле 104 клапана; а установленное значение, расположенное между по существу 0% и 100% соответствует частично открытому клапану.
В зависимости от того, должно ли испытание по проверке целостности седла клапана быть выполнено во время операции закрытия клапана или операции открытия клапана, испытание происходит, например, (i) при установленном значении меньше заранее определенного значения отсечки при закрытии клапана или (ii) при установленном значении, превышающем заранее определенное значение отсечки при открытии клапана. Испытание происходит автоматически во время нормального функционирования системы управления технологическим процессом, содержащей клапан 102, причем это функционирование включает, в зависимости от обстоятельств, или операцию закрытия клапана или операцию открытия клапана. Испытания, проводимые во время операций закрытия и открытия, описаны ниже подробно, со ссылками на фиг.3, 5, 6 и фиг.4, 7, и 8, соответственно.
На фиг.5 и 6 показаны варианты реализации способа, выполняемого при поступлении на клапан сигнала о закрытии. На фиг.7 и 8 показаны варианты реализации способа, выполняемого при поступлении на клапан сигнала об открытии. Как более подробно описано ниже, способы, поясняемые на фиг.5, 6, 7, и 8, используют значение отсечки, применяемое для установления момента начала автоматического накопления данных о местоположении и/или данных о давлении. Таким образом, автоматический сбор данных полезен для обнаружения проблем с целостностью седла клапана во время закрытия или открытия клапана при нормальном функционировании системы управления технологическим процессом технологической установки. Некоторые блоки по фиг.5, 6, 7, и 8 или все такие блоки могут быть выполнены во время нормального функционирования технологической установки, содержащей испытываемый клапан.
Фиг.3 и 4 предназначены для дополнительного объяснения описанных здесь способов. На фиг.3 показана зависимость между величиной установленного значения (SP, обозначена значком О), данными о местоположении (Т, обозначена значком X), и значением отсечки во время операции закрытия клапана. На фиг.9 показана зависимость между величиной SP установленного значения, координатой Т положения и значением отсечки во время операции открытия клапана.
На фиг.3 показаны три различные фазы варианта реализации способа проведения испытаний на целостность седла клапана, имеющих место во время нормальной операции по закрытию клапана. Фиг.3 представляет собой дополнительное объяснение для понимания блоков операций на фиг.5 и 6. Например, на фиг.3 показаны установленные значения SP, данные Т о местоположении (данные о местоположении могут также быть упомянуты как данные «перемещения») относительно значения отсечки (CUTOFF). На первой стадии, обозначаемой как (1), клапан открыт и достиг стационарного состояния, например, при котором значение данных о местоположении эквивалентно величине установленного значения. Таким образом, и установленное значение SP и значение данных Т о местоположении представляют собой значения, относящиеся к открытому клапану, причем эти значения превышают значение отсечки CUTOFF. На второй стадии, обозначаемой как (2), клапан открыт и получает сигнал на закрытие, например, сигнал об установленном значении, равном 0% от полного открытия.
В идеальных условиях сигнал от управляющего устройства может быть только величиной установленного значения, равной 0% от полного открытия. Однако, в реальной ситуации иногда используют величину установленного значения, равную - 5% от полного открытия, поскольку установленное значение может быть задано с необходимостью компенсации на градуировочные отсечки, которые могут существовать в системе клапана. Во время второй стадии (2) установленное значение составляет 0% от полного открытия, а данные Т о местоположении, указывающие на положение стержня 106 клапана (фиг.2) относительно седла 104 клапана (фиг.2), не имеют возможности достигнуть установленного значения SP. В ходе второй стадии (2) данные Т о местоположении больше значения отсечки. Во время второй стадии (2) может быть начато считывание данных Т о местоположении и/или данных о давлении для проведения сравнения с пороговым значением. В то время как данные Т о местоположении все еще указывает на перемещение стержня 106 клапана для закрытия клапана, может происходить непрерывное считывание данных о местоположении и/или данных о давлении и их сравнение с пороговым значением/значениями или их считывание и сохранение для сравнения с пороговым значением/значениями. Считывание данных о местоположении и/или данных о давлении и их сравнение с пороговым значением имеет место до третьей стадии (3), на которой данные о местоположении указывают, что стержень 106 клапана достиг местоположения стационарного состояния, например, 0% от полного открытия.
Как отмечено выше, в способе по фиг.5 клапан получает сигнал о закрытии. Позиционирующее устройство 109 с микропроцессором (фиг.2) получает установленное значение от управляющего устройства (например, управляющего устройства 12 по фиг.1). Позиционирующее устройство 109 считывает установленное значение и данные о местоположении (блок 500). Как кратко отмечено выше, сигнал об установленном значении указывает на процентную долю степени открытия клапана, причем 0% означает открытый на 0% клапан (то есть, закрытый), и 100% означает открытый на 100% клапан со всеми возможными, если это необходимо, промежуточными значениями или значениями за пределами этого диапазона. Как отмечено выше, установленное значение может быть образовано для перекомпенсирования погрешностей и, таким образом, может выходить за пределы диапазона от 0% до 100%, например, быть равным - 5%. Данные о местоположении получены посредством использования стержня 11 обратной связи (фиг.2) и позиционного датчика 113 (фиг.2). Данные о местоположении указывают на положение стержня 106 клапана (фиг.2) относительно седла 104 клапана (фиг.2).
Устройство 109 позиционирования определяет, ниже ли установленное значение заранее определенного значения, например, значения отсечки (блок 502), CUTOFF может быть величиной типа 0,5% от полного открытия. Например, если полный размах клапана при его полном открытии составляет 6 дюймов, измеренных от седла 104 клапана до элемента 103 закрытия, то значение открытия в 0,5% соответствует расстоянию в 0,03 дюйма, измеренных от седла 104 клапана до элемента 103 закрытия. Значение отсечки может быть указано пользователем или определено изготовителем.
Если определено, что установленное значение должно быть ниже принимаемого в качестве примера значения отсечки в 0,5% от полного открытия (блок 502), то позиционирующее устройство 109 определяет, расположены ли данные о местоположении выше значения отсечки (блок 504). Если данные о местоположении расположены выше значения отсечки, то позиционирующее устройство 109 считывает и сохраняет данные о местоположении и данные о давлении, используя соответствующие датчики местоположения и давления (блок 506). Позиционирующее устройство 109 проверяет, продолжает ли перемещение стержень 106 клапана (блок 508). Это может быть определено посредством проверки, происходит ли еще изменение данных о местоположении или достигли ли они значения стационарного состояния, связанного с установленным значением. При продолжении перемещения стержня 106 клапана, на что указывают данные о местоположении положения, которые все еще испытывают изменение или перемещение в направлении к величине установленного значения, позиционирующее устройство 109 продолжает считывать и сохранять данные о местоположении и данные о давлении (блок 506). При прекращении перемещения стержня 106 клапана позиционирующее устройство 109 прекращает сбор данных о местоположении и давлении (блок 510). При необходимости дополнительных записей об операции закрытия позиционирующее устройство 109 может также сохранять установленное значение/значения при считывании и сохранении данных о местоположении и давлении.
Во время испытаний, проводимых в ходе операции закрытия клапана, установленное значение может составлять 0% от полного открытия или оно может быть равно любому значению в диапазоне от значения, немного меньшего 0% от полного открытия, до значения, меньшего значения отсечки (то есть, в этом примере меньше 0,5% от полного открытия). Перемещение клапана прекращено при попадании клапана в желательное окончательное положение, соответствующее желательному установленному значению, полученному от управляющего устройства 12 по фиг.1. Если определено, что перемещение клапана должно быть прекращено или клапан должен достигнуть стационарного состояния в ответ на желательную величину установленного значения, позиционирующее устройство 109 может сравнить текущие собранные данные с набором данных моделирования или с предварительно сохраненным набором данных, известных как «хороший» набор (блок 512) и определить, превышает ли результат сравнения пороговое значение или он расположен в пределах допуска вокруг заранее определенного значения (блок 514).
Термин «допуск» использован здесь для обозначения некоторого значения/значений вокруг набора сохраненных данных, такого как известный «хороший» набор данных. Следует принимать во внимание, что термин «пороговое значение» использован здесь для обозначения математического значения, получаемого на основании анализа известного «хорошего» набора, или любого другого математического значения, которое может быть использовано для выявления ситуаций, когда собранные данные о местоположении и/или давлении указывают на наличие проблемы с целостностью седла клапана. Понятие «порогового значения» более широкое и включает значение/значения допуска.
Дополнительно отметим, что пороговое значение может включать величину коэффициента наклона, которая была определена на основании ранее собранного известного «хорошего» набора данных о положении и давлении. Коэффициент наклона кривой, указывающий на изменение давления при изменении положения, может быть определен после каждой операции считывания данных о местоположении и давлении. Определенный коэффициент наклона кривой может быть сравнен с ожидаемым или заранее определенным коэффициентом наклона для каждой операции считывания данных. В качестве альтернативы, данные о местоположении или данные о давлении могут быть считаны в течение некоторого времени и изменение данных о местоположении или изменение данных о давлении со временем может быть использовано для установления реального значения коэффициента наклона кривой во времени, что может быть сравнено с ожидаемым соответствующим значением коэффициента наклона кривой с целью установления, произошло ли ухудшение целостности седла клапана и когда это произошло. В качестве альтернативы, допуск может быть указан вокруг заранее определенного значения коэффициента наклона кривой, что может быть использовано в операции сравнения.
Пример известного «хорошего» набора данных представляет собой данные испытаний, собранные в то время, когда клапан был новый или было определено, что он работает должным образом, например, данные, которые могут быть собраны при использовании испытаний сигнатуры клапана, которые были выведены на основании измерений, проведенных или перед установкой или в течение некоторого начального времени работы. Изготовитель может также предоставить диаграмму испытаний основной сигнатуры клапана, которая представляет собой «хороший» набор данных, подходящий для сравнения. Другие «хорошие» наборы данных могут быть получены из моделей других клапанов, внутренних или внешних относительно технологической установки. Тем не менее другие «хорошие» наборы данных могут быть получены из ранее сохраненных данных о местоположении и давлении для испытываемого клапана. Дополнительно, сохраненные данные могут быть использованы для получения сведений о тенденции. В качестве альтернативы, сведения о тенденции, полученные из сохраненных данных, могут быть сравнены с другими сведениями о тенденции.
Сведения о тенденции представляют собой данные, которые могут быть использованы для моделирования набора данных. Тенденция может быть оценена на основании набора данных при использовании статистического подхода, помогающего при интерпретации данных. Например, может быть полезно определить, проявляют ли измерения набора данных тенденцию к увеличению или уменьшению, которые статистически отличимы от случайного поведения.
При превышении порогового значения в ходе сравнения собранных данных с известным «хорошим» набором данных, позиционирующее устройство 109 может выдать тревожную индикацию (блок 516), которая может быть столь же простой, как локальное мигание света или любая другая видимая тревожная индикация, расположенная около клапана. Дополнительно или в качестве альтернативы позиционирующее устройство 109 может послать аварийное сообщение (блок 516), включая отсылку сообщений на любое локально и/или удаленно расположенное устройство. Это аварийное сообщение может быть аналоговым или цифровым сообщением, посылаемым на удаленно расположенное беспроволочное мобильное коммуникационное устройство, или его посылают на дисплей диагностики/технического обслуживания рабочего места 23 установки 10. При отсутствии в ходе сравнения превышения порогового значения происходит возврат способа на старт или возврат на проведение испытания целостности седла клапана еще раз при закрытии клапана или на проведение испытания целостности седла клапана при открытии клапана, как показано на фиг.7.
Пример значения допуска представляет собой значение, определенное заранее или установленное пользователем для установления приемлемости собранных данных о местоположении и/или давлении. Допуск может быть выбранной величиной, например, выраженной 1%-ым диапазоном вокруг данных, связанных или с данными о местоположении и/или с данными о давлении. Например, на фиг.9 линия 900 представляет собой пример «хорошего» набора данных, собранного во время закрытия клапана и полученного на основании вручную выполненного испытания сигнатуры клапана, в ходе которого получен график с данными о давлении, отложенными по вертикальной оси, и данными о местоположении вдоль горизонтальной оси.
Штриховые линии в блоке 910 очерчивают 1%-ый диапазон допуска вокруг графика линии 900 для набора данных об индивидуальном местоположения и давлении. Данная иллюстрация представляет собой лишь оценку и не вычерчена в масштабе. Точно так же линия 950 на фиг.9 указывает пример «хорошего» набора данных, собранного во время открытия клапана и полученного на основании вручную выполненного испытания сигнатуры клапана, причем штриховые линии в блоке 920 очерчивают 1%-ый диапазон допуска вокруг графика линии 950 для набора данных об индивидуальном местоположения и давлении. Например, при проведении сравнения собранных наборов данных о местоположении и давлении (соответствующих блоку 506) с «хорошими» данными о давлении (соответствующими блоку 514 и линии 900), в случае выхода собранных данных за пределы 1%-ого допуска, отмеченного штриховой линией 910, может быть запущен сигнал тревоги (блок 516).
Линия 1000 на фиг.10 представляет собой пример начерченного графика для собранных наборов данных о местоположении и давлении, образованных клапаном во время операции закрытия. Начерченные в виде линии 1000 данные были получены опытным лицом по техобслуживанию и характерны для клапана, имеющего недопустимую целостность седла клапана. Опытное лицо по техобслуживанию обучено распознавать, что отсутствие острого угла в момент контакта с седлом свидетельствует о неполной или недопустимой целостности седла клапана. При считывании описанным здесь позиционирующим устройством 109 данных, напоминающих начерченный график линии 1000 на фиг.10 (в предположении масштабирования данных для соответствия графику по фиг.9), позиционирующее устройство 109 сравнивает данные линии 1000 со значением/значениями 910 допуска (блок 514). При превышении значения/значений допуска позиционирующее устройство 109 устанавливает обозначение тревоги или посылает аварийный сигнал (блок 516).
Таким образом, в дополнение к отсутствию необходимости прерывать работу технологической установки или вкладывать инвестиции в установку дополнительных клапанов, описанный здесь способ может устранить зависимость от мнения персонала по техобслуживанию при проведении испытаний на целостность седла клапана, поскольку позиционирующее устройство 109 способно автоматически выполнять испытание целостности седла клапана во время обычных операций технологической установки.
В качестве альтернативы, сравнение между графиком наборов данных о местоположении и давлении, которые были образованы клапаном во время операции закрытия, который может напоминать линию 1000 на фиг.10, и заведомо хорошим набором, таким как линия 900 на фиг.9, может в большей степени быть сфокусировано на более конкретном диапазоне данных или указано в отношении такого диапазона. Например, сравнение может быть проведено в диапазоне значений данных, связанных с более узким диапазоном позиций между элементом 103 закрытия и седлом 104 клапана. В качестве альтернативы, сравнение может быть проведено или относительно данных о местоположении или данных о давлении, например, может быть проведено только сравнение данных о местоположении, имеющем место в конкретном диапазоне данных о давлении, например, проведено лишь сравнение данных о местоположении, связанных с давлением, составляющим от 6,75 до 6,25 фунтов на квадратный дюйм, с 1%-ым допуском вокруг хорошего набора данных о местоположении или в других конкретных диапазонах, связанных с конкретным типом клапана и его конкретными спецификациями.
Дополнительно или в качестве альтернативы, операция сравнения (блок 512) может быть выполнена после каждого случая считывания данных о давлении или местоположении. Например, фиг.6 поясняет альтернативный вариант способа проведения испытаний целостности седла клапана, проводимых при закрытии клапана. Вариант реализации по фиг.6 поясняет способ с альтернативной операцией сравнения, требующей меньший объем для хранения данных. В частности, технологические блоки 600, 602, 604, 606, 608 и 616 подобны технологическим блокам 500, 502, 504, 506, 508 и 516 по фиг.5, соответственно. Следовательно, нижеприведенное объяснение способа по фиг.6 сфокусировано на различии операций между фиг.5 и фиг.6.
На фиг.6 показан вариант, альтернативный к фиг.5, в котором операция считывания данных не приводит к дополнительному сохранению данных и в котором операция сравнения выполнена немедленно после считывания данных. Данные о давлении и местоположении могут быть считаны и затем сравнены с допуском или пороговым значением в режиме реального времени, не требуя долгосрочного хранения. Например, позиционирующее устройство 109 может считать данные о давлении и местоположении (блок 606), затем сравнить данные о давлении и местоположении с пороговым значением (блок 640) и затем определить, превышает ли результат сравнения пороговое значение (блок 642).
На фиг.4 показан альтернативный вариант описываемого здесь способа проведения испытаний целостности седла клапана, используемый во время открытия клапана. На фиг.4 показана зависимость между величиной установленного значения SP, данными Т о местоположении и значением отсечки во время операции открытия клапана. На фиг.4 показаны три различные фазы варианта реализации способа проведения испытаний на целостность седла клапана, дополнительно объясняющие описание операционных блоков на фиг.7 и 8. Например, на фиг.4 показаны значения установленного значения SP и данные Т о местоположении относительно значения CUTOFF отсечки. На первой стадии, обозначаемой как (1), клапан закрыт и достиг стационарного состояния. В это время данные о местоположении эквивалентны величине установленного значения, причем и установленное значение SP и данные Т о местоположении соответствуют значению, составляющему 0% от полного открытия. На второй стадии, обозначаемой как (2), клапан закрыт и получил величину установленного значения, составляющую 0,6% от полного открытия.
Во время второй стадии (2) установленное значение составляет 0,6% от полного открытия, а данные Т о местоположении, указывающие на положение стержня 106 клапана (фиг.2) относительно седла 104 клапана (фиг.2), не имеет возможности достигнуть установленного значения SP. Во время второй стадии (2) данные Т о местоположении меньше значения отсечки. Во время второй стадии (2) может быть начато считывание данных о местоположении и/или данных о давлении для проведения сравнения с величиной допуска или пороговым значением. В то время, как данные Т о местоположении все еще указывают на перемещение стержня 106 клапана для открытия клапана, может происходить непрерывное считывание данных о местоположении положения и/или данных о давлении и их сравнение со значением допуска или пороговыми значениями или их считывание и сохранение для сравнения со значением допуска или с пороговыми значениями. Считывание данных о местоположении и/или данных о давлении и их сравнение с пороговым значением имеет место до третьей стадии (3), в которой данные о местоположении указывают, что стержень 106 клапана достиг положения стационарного состояния, которое расположено не дальше значения отсечки (например, больше значения отсечки или равно ему).
На фиг.7 показан вариант реализации способа по настоящему изобретению, в котором проведено испытание целостности седла клапана во время операции по открытию клапана. Например, клапан может быть в закрытом положении и может получить от управляющего устройства 12 системы (фиг.1) установленное значение, указывающее, что клапан должен быть открыт.Например, полученное установленное значение может составлять от значения 0% (то есть, клапан закрыт) до величины 0,6% от полного открытия. При значении отсечки при открытии клапана, составляющем 0,5%, и полученном установленном значении, превышающем значение отсечки, равное 0,5% (например, при установленном значении 0,6%), позиционирующее устройство 109 с микропроцессором, считывающее установленные значения (блок 700), определит, что установленное значение выше значению отсечки (блок 702).
При превышении установленным значением значения отсечки, позиционирующее устройство 109 определяет, расположены ли данные о местоположении ниже значения отсечки (блок 704). При выполнении этого условия позиционирующее устройство 109 считывает и сохраняет данные о местоположении и давлении (блок 706) и продолжает считывать и сохранять эти данные, пока данные о местоположении меньше значения отсечки (блоки 706, 708).
В частности, позиционирующее устройство 109 получает желательную величину установленного значения от управляющего устройства 12 системы по фиг.1 и перемещает элемент 103 закрытия клапана в соответствии с желательной величиной установленного значения. Позиционирующее устройство 109 может иметь свои собственные возможности по обработке сигналов управления. В этом случае позиционирующее устройство 109 получает желательную величину установленного значения от управляющего устройства 12 и образует свою собственную, локальную, вторую величину установленного значения для достижения желательной величины установленного значения. Второе установленное значение может быть образовано блоком 111 управления. В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения позиционирующее устройство 109 считывает информацию о местоположении с индикатора 110 перемещения и посылает информацию о местоположении в управляющее устройство 12 системы для ее использования в качестве информации обратной связи. Соответствующие операции также возможны при закрытии клапана.
Как отмечено выше, желательное установленное значение может, в зависимости от ситуации, быть любым одним значением из (а) желательного установленного значения, образованного в управляющем устройстве (позиционирующее устройство 109) более низкого уровня системы или (b) желательного установленного значения, образованного в управляющем устройстве (управляющее устройство 12) более высокого уровня системы. Так или иначе, фактическое местоположение должно следовать за желательной величиной установленного значения, пока фактическое местоположение не достигнет значения стационарного состояния, находящего в соответствии с желательной величиной установленного значения системы.
Примерами желательного установленного значения системы могут быть 0,6% от полного открытия, 50% от полного открытия, 75% от полного открытия или любое другое желательное значение, выражаемое в процентах от полного открытия. Например, в течение времени, когда данные о местоположении еще не достигли значения отсечки, клапан 102, как полагают, все еще выполняет операцию открытия. Пока данные о местоположении не достигли желательного значения отсечки, позиционирующее устройство 109 считывает и сохраняет данные о местоположении и давлении (блоки 706, 708). После достижения данными о местоположении значения отсечки или при продолжении ее изменения для достижения желательного установленного значения, позиционирующее устройство 109 останавливает дальнейший сбор данных (блок 710), сравнивает сохраненные данные при открытии клапана с известным «хорошим» набором данных (блок 712) и определяет, находится ли результат сравнения за пределами допуска или порогового значения (блок 714). Допуск может быть 1%-ым допуском, подобным допуску, который описан выше в связи с испытаниями при закрытии клапана (фиг.5). При выходе результата сравнения за пределы допуска позиционирующее устройство устанавливает тревожную индикацию или посылает аварийное сообщение (блок 716).
Фиг.8 поясняет вариант изобретения, альтернативный к фиг.7, в котором сравнение данных (840) и проверка на превышение допуска или порогового значения (842) проведены немедленно после считывания данных (806). Как и вариант реализации изобретения по фиг.6, вариант реализации изобретения по фиг.8 не требует дополнительного хранения считанных данных. В частности технологические блоки 800, 802, 804, 806, 808 и 816 подобны технологическим блокам 700, 702, 704, 706, 708 и 716 по фиг.7, соответственно. Следовательно, нижеприведенное объяснение способа по фиг.8 сфокусировано на различиях операций между фиг.7 и фиг.8.
Фиг.8 поясняет вариант, альтернативный к фиг.7, в котором операция считывания данных не требует сохранения данных и в котором сравнение данных выполнено немедленно после считывания данных. Данные о давлении и положении могут быть считаны и затем сравнены со значением допуска или с пороговым значением в режиме реального времени, не требуя никакого долгосрочного хранения. Например, позиционирующее устройство 109 п может считывать данные о давлении и местоположении (блок 800), затем сравнивать данные о давлении и местоположении с заведомо правильным набором данных (блок 840) и затем определить, расположен ли результат сравнения в пределах допуска (блок 842).
Как описано выше, позиционирующее устройство 109 может выполнить любой из способов по фиг.5, 6, 7 или фиг.8 в зависимости от того, меньше или больше установленное значение значения CUTOFF. В альтернативном варианте реализации изобретения по фиг.5, 6, 7 или фиг.8, позиционирующее устройство 109 может считывать данные и сохранять их в течение различного промежутка времени или в течение любого другого описанного промежутка времени. Различная продолжительность операции считывания может быть реализована посредством использования различных значений отсечки.
В качестве альтернативы, позиционирующее устройство 109 может считывать и сохранять данные непрерывно во время нормального функционирования и при открытии и при закрытии клапана, а также в промежутке между операциями открытия и закрытия. Позиционирующее устройство 109 может запустить свои операции сравнения (например, блоки 512, 712) после получения желаемого установленного значения. Например, операция сравнения может быть начата при расположении желаемого установленного значения выше или ниже любого указанного значения отсечки, например, 0,6% в случае операции открытия, или когда установленное значение составляет 0% или ниже в случае операции закрытия.
Варианты способов реализации изобретения по фиг.5, 6, 7, и 8, включая варианты, комбинирующие любой из блоков по фиг.5 и 6 и 7 и 8, могут быть предложены для самостоятельного рассмотрения специалистам в области программного обеспечения или работы клапанов и тем, кто получил пользу от этого раскрытия изобретения. Более подробную информацию об использовании компьютеров для оценки операций с клапанами можно найти в патенте США №7 478 012, названном «Компьютеризированная оценка диаграмм сигнатуры клапанов» и переуступленным компании «Fisher Controls International LLC», который включен во всей своей полноте в настоящую заявку посредством ссылки.
Другой описанный здесь вариант проведения испытаний целостности седла клапана может включать автоматическое проведение испытаний целостности седла клапана в системе управления технологическим процессом, в котором клапан содержит седло клапана и элемент закрытия клапана, который осуществляет соответствующие перемещения к седлу клапана и от него во время операции закрытия и операции открытия клапана. Способ включает получение установленного значения от управляющего устройства системы управления технологическим процессом, перемещение элемента закрытия клапана в местоположение, соответствующее установленному значению для клапана, автоматическое выполнение испытания целостности седла клапана посредством сбора данных испытаний седла клапана во время перемещения элемента закрытия клапана в местоположение, соответствующее установленному значению. Способ также включает выполнение испытания целостности седла клапана посредством оценки данных по испытанию целостности седла клапана, без прекращения работы системы управления технологическим процессом и без изоляции клапана от системы управления технологическим процессом. Работа системы управления технологическим процессом включает автоматически регулирующуюся операцию по управлению технологическим процессом, включающую перемещение элемента закрытия клапана в местоположение, соответствующее установленному значению, или любую иначе определенную автоматически регулирующуюся операцию по управлению технологическим процессом.
Дополнительно, позиционирующее устройство 109 может получать установленное значение и собирать данные по испытанию целостности седла клапана, а также проводить оценку данных по испытанию целостности седла клапана. В качестве альтернативы, позиционирующее устройство 109 может получать установленное значение и собирать данные по испытанию целостности седла клапана, а также посылать данные по испытанию целостности седла клапана на управляющее устройство 12 для проведения оценки.
Дополнительно, позиционирующее устройство 109 может получать установленное значение, собирать данные по испытанию целостности седла клапана и посылать данные испытаний в прикладную программу, размещенную на управляющее устройство, карте ввода/вывода, рабочем месте или на другой платформе, постоянно или временно присоединенной к системе управления, или непрерывно или определив, что операция по закрытию клапана или операция по открытию клапана достигли состояния, пригодного для проведения оценки. Операция по закрытию клапана или операция по открытию клапана могут достигнуть состояния, которое должно быть оценено, когда собранные данные испытаний целостности седла клапана и/или величина установленного значения достигают любого из значений, определенных любым из описанных выше способов, что включает любые значения в соответствии с фиг.3-10, или в соответствии с любым другим определением операции открытия или закрытия клапана. В качестве альтернативы, позиционирующее устройство 109 может собирать данные испытаний и выполнять любую одну (или несколько) операцию обработки, группировки или преобразования данных испытаний перед отсылкой данных в управляющее устройство 12 таким образом, чтобы линия связи между позиционирующим устройством и управляющим устройством могла быть использована более эффективно.
Позиционирующее устройство 109 (или управляющее устройство 12) могут быть выполнены с возможностью непрерывной оценки данных по испытанию целостности седла клапана во время всех или некоторых нормальных операций по управлению технологическим процессом (например, при операции закрытия клапана или операции открытия клапана) или посредством сравнения заранее определенного набора данных по испытанию целостности седла клапана с собранными данным по испытанию целостности седла клапана, или посредством математического расчета значения коэффициента наклона, основанного на собранных данных по испытанию целостности седла клапана и сравнение математически рассчитанного значения коэффициента наклона с пороговым значением коэффициента наклона. Данные по испытанию целостности седла клапана могут содержать данные о местоположения и/или давлении, а также данные о времени; или данные о местоположении и данные о давлении, или любую комбинацию данных, доступную наблюдению во время операции по закрытию клапана или операции по открытию клапана.
Любой из описанных здесь вариантов проведения испытания целостности седла клапана может образовать тревожный сигнал или послать аварийное сообщение по локальному или дистанционному адресу. Например, позиционирующее устройство 109 по фиг.2 может образовать тревожный сигнал или послать аварийное сообщение в дистанционную прикладную программу 33 для выполнения диагностики/техобслуживания или в управляющее устройство 12 по фиг.1. Дополнительно или в качестве альтернативы, позиционирующее устройство 109 может образовать сигнал тревоги посредством включения светодиода или изменения жидкокристаллического дисплея, расположенного в корпусе клапана 102.
Описанные здесь варианты проведения испытаний целостности седла клапана могут быть выполнены на любом одном или на нескольких клапанах в системе управления технологическим процессом во время поддержки операций системой управления технологическим процессом. Как описано выше, варианты реализации настоящего изобретения могут обнаружить проблемы с клапанами, куда входят проблемы износа компонентов седла, проблемы с расположением седла и проблемы, обусловленные эрозией седла. Для информации об этих и других проблемах с клапанами, которые можно избежать при использовании описанных здесь вариантов реализации настоящего изобретения, смотри (1) патент США №6 298 454, названный «Диагностика в системе управления технологическим процессом» и переуступленный компании «Fisher-Rosemount Systems, Inc.» и (2) патент США №7478012, названный «Компьютеризированная оценка диаграмм сигнатуры клапана» и переуступленный компании «Fisher Controls International LLC», причем оба этих патента включены в настоящую заявку во всей своей полноте посредством ссылки.
Как описано выше, преимущества настоящего способа автоматического испытания целостности седла клапана по сравнению с обычными испытаниями сигнатуры клапана состоят в том, что испытание не требует прекращения работы клапана или остановки технологического процесса, использующего клапан, или изолирования клапана для избежания прерывания технологического процесса, а также не требует проведения анализа человеком - оператором. Пользователю не нужно вручную выполнять описанные здесь варианты выполнения испытаний целостности седла клапана, и пользователь не обязан вручную интерпретировать результаты описанных здесь вариантов выполнения испытаний целостности седла клапана. Следовательно, описанные здесь варианты проведения испытаний могут быть лучше приспособлены к определению, существует ли угроза целостности седла клапана и когда такая угроза может быть реализована. Кроме того, описанные здесь варианты проведения испытаний могут быть лучше приспособлены для поддержания производительности и уровней безопасности операций с участием клапана.
Например, клапан может участвовать в операции с единичным контуром управления, который локально управляем позиционирующим устройством 109 клапана (фиг.2) непосредственно, или клапан может участвовать в операции, использующей более сложную систему управления технологическим процессом, управляемую управляющим устройством 12 (фиг.1). Так или иначе, описанные здесь способы автоматических испытаний сигнатуры клапана дают возможность проведения испытаний во время нормальных операций по управлению технологическим процессом, в которых участвует подлежащий испытанию клапан. Нормальные операции технологической установки включают операции, в ходе которых управляющее устройство посылает сигнал управления на клапан в ответ на автоматически регулируемую операцию по управлению технологическим процессом, проводимую управляющей программой с возможностью выполнения управляющим устройством. Нормальные операции технологической установки также включают операции, в ходе которых управляющее устройство может обрабатывать данные о местоположении как информацию об обратной связи, предназначенную для использования управляющей программой с обратной связью, выполняемой управляющим устройством.
Последующее описание в основном относится к предмету изобретения, поясняемому на фиг.1.
Каждое управляющее устройство 12, которое может быть любым типом технологического управляющего устройства или технологическим управляющим устройством более специфического типа, такого как управляющее устройство DeltaV™, продаваемый компанией «Emerson Process Management», сохраняет и выполняет прикладную программу управляющего устройства, осуществляющего стратегию управления, используя любое количество различных, независимо выполненных, модулей управления или блоков 50. Каждый модуль 50 управления может быть составлен из того, что обычно называют функциональными блоками, в котором каждый функциональный блок представляет собой часть или подпрограмму полной программы управления и работает в совокупности с другими функциональными блоками (через средства сообщения, называемыми связями), для реализации обратных связей при управлении технологическим процессом в пределах технологической установки 10. Функциональные блоки могут быть объектами в объектно-ориентированном программном протоколе. Функциональные блоки могут выполнять функцию входа, например, связанную с передающим устройством, датчиком или другим устройством измерения параметра технологического процесса, функцией управления, например, функцией, связанной с программой управления, выполняющей пропорционально-интегрально-дифференциальное управление, управление с нечеткой логикой и т.д. Функциональные блоки могут выполнять функцию выхода, которая управляет работой некоторого устройства, например, клапана, для выполнения некоторой физической функции в пределах технологической установки 10. Существуют гибридные и другие типы комплексных функциональных блоков, такие как модельные прогнозирующие управляющие устройства, оптимизаторы и т.д. Хотя протокол Fieldbus и системный протокол DeltaV используют модули управления и функциональные блоки, разработанные и осуществленные в объектно-ориентированном программном протоколе, модули управления могут быть разработаны с использованием любой желательной схемы программирования управлением, включая, например, последовательный функциональный блок, многоступенчатую логику и т.д., и не ограничены тем, чтобы быть разработанными и осуществленными посредством использования функциональных блоков или любой другой конкретной техники программирования. Каждое из управляющих устройств 12 может также поддерживать пакет прикладных программ AMS и может использовать прогнозирующий интеллект для улучшения доступности и рабочих характеристик производственных активов, включая механическое оборудование, электрические системы, технологическое оборудование, инструменты, полевые и интеллектуальные полевые устройства 14, 16 и клапана.
На установке 10 по фиг.1 полевые устройства 14 и 16, присоединенные к управляющим устройствам 12, могут быть стандартными устройствами на 4-20 мА, или могут быть интеллектуальными полевыми устройствами, такими как полевые устройства моделей HART, Profibus или FOUNDATION™ Fieldbus, содержащими процессор и запоминающее устройство, или могут быть любым другим желательным типом устройства. Некоторые из этих устройств, например, полевые устройства модели Fieldbus (каждое отмечено позиционным обозначением 16 на фиг.1), могут сохранять и выполнять модули, или субмодули, например, функциональные блоки, связанные со стратегией управления, осуществленной в управляющих устройствах 12. Функциональные блоки 40 по фиг.1, показанные расположенными в двух различных устройствах из полевых устройств 16 модели Fieldbus, могут быть выполнены, как это хорошо известно, в сочетании с выполнением модулей 50 управления в пределах управляющих устройств 12 для реализации управления технологическим процессом. Конечно, полевые устройства 14 и 16 могут быть устройствами любого типа, такими как датчики, клапана, передающие устройства, позиционирующие устройства т.д., а устройства 18 ввода-вывода могут быть любыми типами устройств ввода-вывода, соответствующими любому желательному протоколу связи или протоколу управляющего устройства, такими как HART, Fieldbus, Profibus и т.д.
В технологической установке 10 по фиг.1 рабочие места 20-23 могут содержать различные прикладные программы, используемые для выполнения различных функций, выполняемых одним и тем же или различным персоналом в пределах установки 10. Каждое рабочее место 20-23 содержит запоминающее устройство, которое хранит различные прикладные программы, программы, структуры данных и т.д., и процессор, который может быть использован для выполнения любой из прикладных программ, хранящихся в запоминающем устройстве, таких как программа, содержащая все части или любую часть системы испытаний целостности седла клапана и/или описанный здесь способ.
Рабочие места 20-23 содержат технические средства и/или программное обеспечение, обеспечивающие возможность выполнения работы, конфигурирования, моделирования и операций диагностики и/или технического обслуживания для установки, с поступлением от системы высокого уровня по управлению технологическим процессом на более низкий операционный уровень одиночного полевого устройства. Хотя на фиг.1 различные связанные прикладные программы 30-33 показаны расположенными на различных рабочих местах, предназначенных для одной из этих функций, совершенно понятно, что различные прикладные программы 30-33, связанные с этими или другими функциями установки, могут быть размещены и выполнены на одном и том же или на различных рабочих местах или компьютерах в пределах установки 10, в зависимости от потребностей и компоновки установки 10. Таким образом, например, одна или несколько предназначенных для управления прикладных программ 30 и предназначенных для техобслуживания/диагностики прикладных программ 33 могут быть выполнены на одном и том же рабочем месте 20-23, а различные индивидуальные предназначенные для техобслуживания/диагностики прикладные программы 33 или различные индивидуальные предназначенные для управления прикладные программы 30 могут быть выполнены на различных рабочих местах 20-23 и/или управляющих устройствах 12.
В варианте по фиг.1 рабочее место 23 показано как рабочее место, предназначенное для диагностики/техобслуживания и содержащее ряд прикладных программ 33 для диагностики и/или обслуживания, которые могут быть использованы различным персоналом для проведения испытаний или рассмотрения потребностей установки 10 в целом и/или для проведения испытаний или рассмотрения рабочего состояния или условий работы различных устройств 12, 14, 16 и т.д. Прикладные программы 33 могут включать вспомогательные прикладные программы 33А, такие как другие прикладные программы техобслуживания/диагностики, прикладные программы калибровки, прикладные программы анализа вибраций, прикладные программы создания отчета или любые другие вспомогательные прикладные программы, например, прикладные программы для анализа результатов испытаний, которые могут быть использованы для содействия лицу при выполнении функций техобслуживания/диагностики в пределах установки 10. Например, прикладная программа 33А техобслуживания/диагностики может включать прикладную программу 33В для проведения испытаний целостности седла клапана. В качестве альтернативы или дополнения прикладная программа 33В для испытания целостности седла клапана может быть осуществлена полностью и/или частично в любом управляющем устройстве 12 или в любом полевом устройстве 14, 16 или в комбинации этих трех устройств. Прикладная программа 33b для испытания целостности седла клапана может включать любую комбинацию функциональных блоков 40, модулей 50 управления, прикладных программ 30 управления и прикладных программ 30-33 техобслуживания/диагностики. Прикладная программа 33b для испытания целостности седла клапана может также быть алгоритмом программного обеспечения, полностью внедренным в локальный процессор любого клапанного полевого устройства 14, 16.
Как описано выше, любая из общесистемных прикладных программ, таких как прикладные программы 30, 31, 32, 33, 33А, 33В, и/или любая из локальных прикладных программ, которая может быть занесена в блок управления 111 или в запоминающее устройство 114 позиционирующего устройства 109 (или в отдельно функционирующий локальный блок 111 управления испытаниями), может осуществить любой из описанных здесь способов. Описанные здесь способы могут быть осуществлены посредством системы 100 проведения испытаний целостности седла клапана по фиг.2 или посредством альтернативного варианта реализации настоящего изобретения, например, варианта реализации изобретения, в котором позиционирующее устройство клапана может быть отделено от блока управления системы проведения испытаний целостности седла клапана.
Предшествующее подробное описание изобретения представляет собой лишь пример, поскольку объем изобретения определен следующими пунктами формулы изобретения.