過度振動會導(dǎo)致壓力變送器，測量設(shè)備和管道系統(tǒng)損壞。工廠經(jīng)常試圖通過測量振動，移動設(shè)備，加強閥門結(jié)構(gòu)，重新焊接破裂的管道，更換管道系統(tǒng)和其他補救措施來解決問題 - 只是發(fā)現(xiàn)問題仍然存在。

 這是因為通常很難找到振動源，這種振動源不僅可以來自控制閥，還可以來自上游和下游管道和設(shè)備。

 本文將討論現(xiàn)代技術(shù)，以幫助監(jiān)測，預(yù)測和解決控制閥附近振動引起的問題。

 振動源
 在壓力變送器安裝中經(jīng)歷的振動可能是由泵空化，流動脈動，流動引起的激勵，渦旋脫落，快速閥門關(guān)閉，蒸汽袋坍塌，泵啟動和關(guān)閉，團狀流，水錘和許多其他難以診斷條件。

 例如，壓力變送器可能會振動并導(dǎo)致保持架損壞，或者可能導(dǎo)致疲勞失效，例如閥桿在連接到閥塞的地方斷裂。保持架損壞的結(jié)果可能是更高的摩擦，因此閥組件性能差。如果閥桿斷裂，則閥門停止工作。

 在某些情況下，壓力變送器和管道可能會如此嚴(yán)重地震動，以至于工人們害怕靠近系統(tǒng)，因為管道會爆裂。在其他情況下，產(chǎn)生的閥門噪音過大。


 兩種常見類型的振動與控制閥安裝相關(guān)聯(lián)。聲學(xué)誘導(dǎo)振動（AIV）會產(chǎn)生過高水平的高頻聲能，這會導(dǎo)致焊接下游連接器的疲勞失效。這在液體天然氣緊急排污系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)，但在其他工藝管道系統(tǒng)中也可以找到。壓力變送器和其他管道元件產(chǎn)生的噪音水平足夠高，可能對管道系統(tǒng)造成破壞性振動。

 流體引起的振動（FIV）產(chǎn)生高水平的動能，可能導(dǎo)致管道振動，松動管道支撐并導(dǎo)致管道支管疲勞失效。

 過度振動會損壞控制閥的附件，例如安裝支架，執(zhí)行器管，變送器和執(zhí)行器。致動器管可能在螺母/套圈位置處或附近遭受疲勞失效，導(dǎo)致管中的壓力損失。在管道中沒有壓力的情況下，不能控制致動器和/或控制部件之間的壓力信號丟失。在任何一種情況下，壓力變送器都不再按設(shè)計運行。

 振動還可能導(dǎo)致附近測量部件的疲勞失效，例如安裝在下游或上游管道中的壓力或溫度儀表。這種振動會損壞儀器或降低儀器與管道的連接。壓力變送器損壞可能導(dǎo)致測量信號丟失，連接管道故障可能導(dǎo)致泄漏。

 振動會導(dǎo)致管道疲勞失效，特別是在焊縫和分支處。至少，由于產(chǎn)生的噪音，振動很煩人。在最壞的情況下，振動會破壞管道，導(dǎo)致泄漏并阻止閥門控制過程。在任何一種情況下，最困難的問題之一是確定導(dǎo)致振動的原因。

 測量振動
 利用放置在閥和致動器組件上的各個點以及閥的上游和下游的加速度計來測量振動。雖然可以使用手持設(shè)備測量振動，但首選的解決方案是使用無線電池供電的加速度計。

 較舊的壓力變送器通常用于發(fā)現(xiàn)可能不適合診斷閥門振動的電機，泵和其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的問題。這些振動傳感器通常在1,000赫茲（Hz）或更低的低頻范圍內(nèi)工作，而控制閥AIV可以達到3至5千赫茲甚至更高的水平。

 安裝壓力變送器有兩個基本原因：首先，測量閥門內(nèi)部和周圍的振動并評估其在不同位置的嚴(yán)重程度; 第二，在采取糾正措施后評估振動的變化和減少。

 在大多數(shù)情況下，壓力變送器安裝在閥蓋，閥桿連接器，執(zhí)行器和/或入口和出口管道上。如果在一個區(qū)域中發(fā)生特定損壞或高振動，則傳壓力變送器常安裝在感興趣的區(qū)域附近。在熱系統(tǒng)（例如蒸汽管線）的情況下，傳感器具有安裝件以將傳感元件與高溫隔離。

 壓力變送器放置也可以由識別高噪聲源的聲學(xué)測量決定。為了確定噪聲源是否在閥門的上游 - 然后噪聲傳播通過系統(tǒng) - 傳感器可以安裝在閥門的上游和下游，以及閥桿上。

 如果在閥門旁邊發(fā)現(xiàn)最高振動水平，則噪聲的來源或原因很可能是閥內(nèi)件組件。

 如果最高振動是下游，則問題可能是緊密耦合的系統(tǒng)，其中閥門太靠近彎頭和其他設(shè)備，導(dǎo)致流動引起的湍流。管道系統(tǒng)有時在閥門入口附近設(shè)計有彎頭或三通。不幸的是，這提供了進入閥門的湍流，這可能導(dǎo)致比閥門中的典型振動更多的振動以及閥門下游的管道中的額外湍流，從而導(dǎo)致過度振動。

 類似地，管道可以設(shè)計成將彎頭或T形管直接放置在閥門的下游。來自閥出口的流動可與管道元件相互作用，從而引起高湍流和振動。這兩種情況都可以通過在閥門的上游或下游移動管道元件來解決。一般情況下，最好保持肘部前至少20個直徑和6個直徑。  現(xiàn)代無線壓力變送器提供完整的振動數(shù)據(jù)，包括總體水平，能帶，高分辨率光譜和波形。有些壓力變送器可以測量高達20,000 Hz的振動，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將測得的振動數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦S的控制和監(jiān)控系統(tǒng)或基于PC的軟件進行分析。如果需要，PC可以將數(shù)據(jù)上傳到云，可以從任何可以訪問互聯(lián)網(wǎng)的位置訪問云。

 這種系統(tǒng)的一個優(yōu)點是它將以設(shè)定的間隔（例如每分鐘或每幾個小時）獲取數(shù)據(jù)。這允許經(jīng)常在幾天，幾周或幾個月的時間內(nèi)測量振動。然后可以趨向于這些振動測量以揭示導(dǎo)致失敗的模式，從而允許事先采取糾正措施。

 手動系統(tǒng)是手持式的并且需要操作員在場進行測量，因此這些測量通常不那么頻繁，通常僅在振動很大時才進行。

 用于分析振動問題的其他有用數(shù)據(jù)包括：

 聲音的聲學(xué)讀數(shù)
 測量壓力變送器
 流量，壓力和溫度的過程變量測量
 與相鄰設(shè)備及其操作有關(guān)的一般數(shù)據(jù)
 吹氣閥或安全閥已打開或關(guān)閉的指示
 控制系統(tǒng)動作，例如打開和關(guān)閉閥門，啟動和停止泵，或控制過程的其他操作通過分析振動數(shù)據(jù)并尋找振動與變化過程條件之間的相關(guān)性，工程師可以確定振動的根本原因。

 分析數(shù)據(jù)
 來自壓力變送器的數(shù)據(jù)可以發(fā)送到過程工廠的控制和監(jiān)控系統(tǒng)，但分析可能很困難，因為它通常需要高水平的專業(yè)知識，以及專門的培訓(xùn)和工具，以從數(shù)據(jù)中提取可用信息。

 計算流體動力學(xué)（CFD）是一種用于預(yù)測流體行為的軟件工具。CFD無法預(yù)測AIV頻率下管道系統(tǒng)中的聲場。雖然這些軟件程序可以提供執(zhí)行預(yù)測性維護的選項，但結(jié)果通常與傳感器測量的實際聲場相比較差。

 比CFD更好的解決方案或操作員查看控制和監(jiān)控系統(tǒng)屏幕的分析是專業(yè)分析軟件，它可以減少振動分析的復(fù)雜性，通過單一趨勢提供簡單，可靠的設(shè)備健康指示。一個這樣的軟件過濾掉傳統(tǒng)的振動信號，專注于影響，這是一個更好的整體資產(chǎn)健康指標(biāo)。使用該軟件，分析振動數(shù)據(jù)的頻率，位移幅度，速度和加速度，振動特性和振動隨時間的變化。

 例如，軟件會查找頻譜中的峰值。峰值是激發(fā)的系統(tǒng)的響應(yīng)中的共振的指示，或者是在音調(diào)處產(chǎn)生的激勵。

 在音調(diào)處產(chǎn)生激勵的示例，壓力變送器可能在一組頻率處產(chǎn)生信號，因此在那些頻率處的響應(yīng)指示對輸入的響應(yīng)。如果激勵是湍流，并且存在測量振動的峰值，則這將是共振的指示。如果振動很寬，則表明流動中存在強烈湍流的區(qū)域。根據(jù)激勵和響應(yīng)的類型，緩解措施會有所不同，因此精確識別問題非常重要。

 如果振動水平隨時間增加，則表明系統(tǒng)發(fā)生了變化。工廠人員可以使用此信息來探索過程設(shè)置的變化，以將振動降低到可接受的水平。他們還可以識別一組工藝條件的高振動水平，并通過設(shè)置導(dǎo)致這些條件限制工藝運行的時間。
振動的增加也可以表明即將發(fā)生或存在結(jié)構(gòu)性故障。該軟件結(jié)合系統(tǒng)知識可以揭示這些類型的故障，并將其與其他故障模式區(qū)分開來。

 壓力變送器的振動強度和聲級隨時間的曲線顯示了與過程變化相關(guān)的突然幅度增加。

 在另一種情況下，當(dāng)研究致動器管道損壞的原因時，分析顯示計算的指示器和過程壓力之間的直接相關(guān)性。當(dāng)壓力變送器達到最大值時，管道失效。

 解決蒸汽泄漏系統(tǒng)振動問題
 明尼蘇達州的一家乙醇工廠多年來一直受到蒸汽排放系統(tǒng)（見圖5）的振動問題的困擾，該系統(tǒng)影響了閥門，管道，擴散器和蒸汽集管。在流入蒸汽擴散器之前，減壓系統(tǒng)將蒸汽壓力從125 psig降低到12至14 psig。

 具體問題包括蒸汽擴散器上或周圍的重復(fù)焊接和部件故障，這些故障困擾工廠并導(dǎo)致意外停機。對擴散器的維修費用為70,000美元，閥門維修費用為28,000美元，安裝蒸汽分離器的費用為60,000美元。每次系統(tǒng)不得不關(guān)閉進行維修時，公司將損失10萬美元的生產(chǎn)成本。

 工廠改變了擴散器，嘗試了不同的材料，將閥門從擴散器移開，并在顧問處召集。沒有任何效果。獨立振動分析表明振動水平高但沒有確定原因。

 雖然閥門不是費希爾閥門，但艾默生派出工程師來測量振動并分析問題。他們在閥門的上游和下游以及閥門和執(zhí)行器上安裝了無線振動傳感器。關(guān)聯(lián)振動數(shù)據(jù)，操作信息和歷史數(shù)據(jù)表明，問題不是由閥門引起的，而是與過程變化直接相關(guān)。

 具體而言，擴散器尺寸過大，導(dǎo)致壓力過大。通過檢查來自振動傳感器的數(shù)據(jù)和來自擴散器的操作數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)這種相關(guān)性。

 摘要
 過度振動會損壞閥門，執(zhí)行器和管道。雖然壓力變送器可以測量振動，但找出問題的根本原因可能很困難。在許多情況下需要的是用于分析振動的專業(yè)軟件，過程數(shù)據(jù)和廣泛的領(lǐng)域?qū)I(yè)知識，以將振動數(shù)據(jù)與過程條件相關(guān)聯(lián)。如果內(nèi)部沒有這種專業(yè)知識，外部專家通?？梢蕴峁┧璧膸椭?