В процессе выбора мы часто видим положение отказа клапана, положение отказа привода или другие требования к отказу в технических характеристиках. Существует много разных способов их выражения, и нам нужно уделять особое внимание тому, что означают эти термины, поскольку разные конструкции содержат совершенно разные конфигурации и расположение аксессуаров. Например, положение отказа привода требует приводов который может удовлетворить различные требования к управлению, но не может быть спроектирован изолированно и должен соответствовать логике обработки системы, в противном случае действие клапана будет неправильным.
Типичный 6 режим Регулирующий вентиль Неудачная позиция
Обычно в промышленных процессах для регулирующих клапанов требуются следующие 6 режимов определения места неисправности.
1. Открытие при сбое (FO)
Таблица режимов FO/FC
| Корпус клапана | Привод клапана | Действие клапана | Режим отказа |
|---|---|---|---|
| Напрямую | Напрямую | Воздух для закрытия | Не удалось открыть |
| Обратный | Обратный | Воздух для закрытия | Не удалось открыть |
| Обратный | Напрямую | Воздух для открытия | Не удалось закрыть |
| Напрямую | Обратный | Воздух для открытия | Не удалось закрыть |
«Открытие при отказе (FO)» означает, что воздух закрывается, а регулирующий клапан обычно находится в открытом положении только при потере подачи воздуха, пружинного возврата и пневматического привода для открытия клапана. При подаче воздуха к пневматическому приводу клапан закрывается. Из таблицы режимов FO/FC мы знаем, что FO построен путем объединения корпуса клапана обратного действия и привода или корпуса клапана прямого действия и привода.
2. Закрытие при отказе (FC)
«При отказе закрыто (FC)» означает, что воздух открывается, а регулирующий клапан обычно находится в закрытом положении только при потере подачи воздуха, пружинного возврата и пневматического привода для закрытия клапана. При подаче воздуха к пневмоприводу привод открывает клапан. Из таблицы режимов FO/FC мы знаем, что FC построен путем объединения корпуса клапана прямого действия и привода обратного действия или корпуса клапана обратного действия и привода прямого действия.
3. Блокировка при отказе (FL)
Существует множество применений промышленных регулирующих клапанов, в которых в качестве неисправности требуется, чтобы клапан оставался в последнем заданном положении. Это часто называют «Неисправность последней позиции», «Зафиксированная неисправность», «Неисправность заблокирована» или «Неисправность на месте». Эти термины взаимозаменяемы, но во избежание конфликта с выражениями FL/DC или FL/DO мы чаще всего используем Fail Locked, чтобы выразить, что клапан находится в замороженном положении в момент сбоя, т. е. клапан заблокирован в последнем положении. .
«Заблокировано при отказе» означает, что когда регулирующий клапан теряет мощность, шток клапана остается в последнем положении. И он должен быть зафиксирован в последнем положении.
Когда регулирующий клапан используется вместе с позиционером как единое целое, мы должны понимать, что существует два отдельных режима отказа позиционера.
а. Потеря сигнала
Потеря сигнала означает, что сигнал от системы управления, обеспечивающей заданное значение, прерывается, т.е. позиционер не может получать источник сигнала от центральной системы управления, например, аналоговый сигнал 4–20 мА, 3–15 фунтов на квадратный дюйм.
Это достигается за счет использования позиционеров, оснащенных модулем I/P, который специально разработан для поддержания давления воздуха в приводе, когда напряжение сигнала падает ниже минимума, необходимого для работы I/P. Его можно найти в диапазоне от 9 до 12 В постоянного тока. При потере сигнала клапан не будет дрейфовать и будет удерживаться на заданном значении или вблизи него. Позиционер возобновит нормальную работу, когда сигнал вернется в нормальное состояние.
Позиционер или I/P с функцией фиксации отказа не может быть преобразован из режима фиксации отказа в режим безопасности и наоборот. Поэтому нам необходимо приобрести правильный позиционер для существующего приложения.
б. Потеря подачи воздуха
Потеря подачи воздуха означает, что подача приборного воздуха, питающего пневматический привод, прерывается, т. е. в пневматическом приводе отсутствует сжатый воздух, который мог бы привести его в действие.
Два вышеуказанных режима следует рассматривать как независимые условия. Для блокировки при отказе мы должны полностью понимать, какой режим отказа требуется конечному пользователю. Требуется ли блокировка при отказе из-за потери сигнала или потери подачи воздуха в позиционер клапана? или оба? Различные требования требуют разных позиционеров или других конструкций аксессуаров.
Это состояние отказа, которое неправильно понимают многие инженеры. Обычно предполагается, что этого можно достичь с помощью привода двойного действия. Хотя это может относиться к регулирующим клапанам открытия/закрытия, регулирующие клапаны, использующие позиционеры, работают по-другому. Мы можем проанализировать это на основе различных способов потери воздуха.
Внезапная потеря воздуха
Внезапный сбой давления воздуха из-за разрыва трубопровода прибора вблизи регулирующего клапана, и воздух быстро выбрасывается из комбинации позиционера и привода.
В этом режиме отказа клапан может оставаться на заданном значении или вблизи него. Технологические силы, тип клапана и привода, а также скорость потери воздуха будут сильно влиять на фактическое положение клапана после потери сигнала. В таких условиях положение клапана может смещаться.
Медленная потеря воздуха
Медленное падение давления воздуха, возможно, из-за отключения компрессора, приведет к смещению клапана, поскольку давление воздуха медленно падает, и приводу не хватает силы, чтобы удерживать клапан на месте. Давление на обеих сторонах привода больше не сбалансировано, и клапан будет вынужден закрыться, поскольку позиционер не может поддерживать баланс давления. В этом случае клапан абсолютно сместится.
Единственный способ надежно обеспечить FAIL LAST в случае потери подачи воздуха – использовать для этого воздушный запорный клапан между позиционером и приводом. Этот клапан имеет сенсорный порт, подключенный к источнику подачи приборного воздуха, расположенный недалеко от клапана. Также имеется регулируемая уставка. При настройке заданного значения примерно на 10 % ниже давления приточного воздуха блокировочный клапан сместится, чтобы удерживать воздух в приводе, когда давление приточного воздуха упадет ниже заданного значения. Когда клапан заблокирован, клапан не будет смещаться.
Когда давление воздуха восстановится, заблокированный клапан автоматически сместится, чтобы восстановить подачу воздуха в привод. Никакого вмешательства оператора не требуется.
4. Неопределенный провал
При потере сигнала, потере питания или воздуха конструкция ПИД-регулятора еще не определила место неисправности клапана.
5. Последний отказ/дрейф открытия (FL/DO)
«Отказ последним» означает, что при потере питания регулирующего клапана шток клапана остается в последнем положении.
В случае «последнего отказа» (последнего отказа) сила потока в конечном итоге толкает плунжер клапана в полностью открытое или полностью закрытое положение. Итак, для FL (Fail Last Position) нам необходимо указать конечное положение штока регулирующего клапана и плунжера, указывающее положение плунжера после того, как он был «снесен» силой потока. FL/DO означает отказ последним и открытие.
6. Последний отказ/дрейф закрыт (FL/DC)
FL/DC означает отказ последним и закрытие с дрейфом, и он запрашивает регулирующий клапан с «последним отказом положения» в качестве безопасного состояния.
В этой конструкции обычно используется пневматический привод двойного действия с подпружиненным цилиндром/поршнем. Вы можете спросить, почему бы для этого не использовать пневматический привод одностороннего действия с запорным клапаном? Поскольку привод одностороннего действия не является контуром с замкнутым контуром, пружинный возврат будет непосредственно сбрасывать источник воздуха в атмосферу и удерживать клапан в последнем положении, полностью полагаясь на функцию удерживающего клапана для достижения блокировки клапана. источник воздуха, удерживающий клапан имеет определенный срок, не всегда может поддерживать количество источника воздуха, не протекает, поэтому он не может гарантировать, что клапан находился в последнем положении неисправности.
Двойного действия представляет собой замкнутую схему, также с пружиной внутри, а управление осуществляется от источника воздуха, пружина играет лишь второстепенную роль и срабатывает только в случае неисправности. Важно то, что конструкция двойного действия FL/DC или FL/DO обеспечивает большую движущую силу во время пружинного возврата, а большая тяга ускоряет действие клапана, тем самым сокращая время перемещения.
Обычно мы можем иметь это требование к проектированию положения безопасности на регулирующих клапанах в атомной энергетике. электростанции, для которых требуется не только привод меньшего размера, но и определенный уровень сейсмостойкости. Стоимость аксессуаров для этого требования к конструкции относительно высока, а конструкция схемы также относительно более сложна.
Как выбрать правильный режим отказа регулирующего клапана
Выше мы изучили шесть основных режимов отказа регулирующих клапанов, и все мы знаем, что для отличного обеспечения безопасности необходимо, чтобы факторы риска процесса определяли соответствующий режим отказа клапана, а не условности или привычки системы управления.
Например, регулирующие клапаны «воздух открывает», как правило, закрыты в нормальном состоянии, а это означает, что безопаснее использовать клапан, который «при отказе закрывается», чем использовать клапан, который «при отказе открывается» в этом процессе. Если процесс безопаснее с использованием клапана «открыть при отказе», нам необходимо выбрать регулирующий клапан «воздух закрывает» (FO).
Таким образом, при выборе режима отказа регулирующего клапана нам необходимо объединить все действия приборов в критическом контуре управления, а затем определить наиболее безопасный режим отказа для процесса.
Выбор или настройка соответствующих действий приборов приводит к тому, что регулирующий клапан постоянно перемещается в самое безопасное положение.
Практический пример — автоматическая система охлаждения для генерационного двигателя
Например, возьмем этот пример автоматической системы охлаждения для двигателя большой мощности.
Из проектно-технического чертежа мы можем знать, что закрытый клапан более вреден для двигателя, чем открытый клапан. Это связано с тем, что если клапан закрыт, двигатель обязательно перегреется из-за отсутствия охлаждения.
Если неисправность открытая, двигатель просто холоднее проектного, и единственным негативным последствием является снижение КПД. Учитывая это, единственным разумным выбором регулирующего клапана является регулирующий клапан, открывающийся при неисправности (воздух закрывает).
Однако во всей системе нам необходимо учитывать не только конструкцию неисправности регулирующего клапана, но также необходимо наблюдать за действиями других приборов, и в этой системе нам необходимо подумать о том, как объединить датчики температуры, контроллеры и измерительные приборы. Датчики /P для максимальной эффективности.
В любом случае нам сначала необходимо убедиться, что клапан полностью открыт в безопасном положении, независимо от отказа источника газа или возникновения сбоя входного сигнала.
Роль датчика I/P заключается в преобразовании токового сигнала 4–20 мА в соответствующее давление воздуха, которое может использовать привод клапана.
Поскольку мы знаем, что режим отказа клапана основан на потере давления воздуха срабатывания, мы хотим, чтобы I/P был настроен таким образом, чтобы он выдавал минимальное давление в случае сбоя электрического сигнала в его 4-20 Проводка входного сигнала мА.
Результатом короткого замыкания проводки или обрыва цепи является 0 мА на входных клеммах I/P. Следовательно, датчик I/P должен быть настроен так, чтобы входной сигнал от 4 до 20 мА создавал выходное давление от 3 до 15 фунтов на квадратный дюйм соответственно, т. е. минимальный входной ток обеспечивал минимальное выходное давление.
Следующий инструмент в цикле – контроллер. Здесь мы ожидаем, что наиболее вероятный сбой входного сигнала приведет к минимальному выходному сигналу, поэтому клапан (снова) по умолчанию перейдет в «безопасное» положение.
Следовательно, нам следует настроить контроллер на прямое действие, как мы это сделали с датчиком I/P (т. е. обрыв провода или потеря соединения во входной цепи приводит к снижению фотоэлектрического сигнала и снижению выходного сигнала).
Наконец, мы подходим к последнему прибору в контуре управления: датчику температуры. Как и большинство инструментов, у нас есть возможность настроить его на прямое или обратное действие. Прямое действие означает более горячий двигатель = больший выходной ток в мА, а обратное означает более горячий двигатель = меньший выходной ток в мА, так как же нам сделать выбор?
Здесь наш выбор должен быть таким, чтобы общий эффект системы управления был отрицательной обратной связью. Другими словами, нам необходимо настроить датчик так, чтобы более горячий двигатель вызывал увеличение расхода охлаждающей жидкости (регулирующий клапан открывался шире).
Поскольку мы знаем, что остальная часть системы спроектирована таким образом, что минимальный сигнал в любом месте имеет тенденцию переводить клапан в безопасный режим (полностью открытое), мы должны выбрать излучатель, который действует в обратном направлении, чтобы более горячий двигатель вызывает уменьшение миллиамперного сигнала от эмиттера.
Если в преобразователе имеется переключатель режима «приработки» датчика, мы должны переключить этот переключатель в положение приработки низкой шкалы, чтобы сгоревший датчик давал выходной ток 4 мА (нижний предел 4-амперного диапазона). 20 мА), что приводит клапан в самое безопасное (полностью открытое) положение.
Такая конфигурация – управляющий клапан «воздух закрывает» и датчик обратного действия – может показаться странной и нелогичной, но это самая безопасная конструкция для этой системы охлаждения двигателя.
Мы пришли к этой «странной» конфигурации контрольно-измерительных приборов, сначала выбрав наиболее безопасный режим отказа регулирующего клапана, а затем выбрав действие контрольно-измерительных приборов таким образом, чтобы наиболее вероятный сбой на пути прохождения сигнала в любой точке системы приводил к одинаковому и последовательному реагированию клапана.
Само собой разумеется, что обеспечение точной документации в виде кольцевой схемы с четким указанием действий приборов является абсолютно необходимой частью всей системы.
Если безопасность системы управления зависит от использования каких-либо «нестандартных» конфигураций приборов, то эти конфигурации лучше документировать, чтобы те, кто будет обслуживать систему в будущем, знали, что делать!
Еще одной важной деталью этой системы является настройка контроллера таким образом, чтобы выходной сигнал оператора по-прежнему записывался интуитивно понятным образом: 0 % соответствует закрытому регулирующему клапану, а 100 % — полностью открытому клапану.
Поскольку клапан закрывается по воздуху (сигнал закрытия с точки зрения контроллера), это означает, что контроллер должен быть настроен на индикацию реверса на выходном дисплее, чтобы выходной сигнал 4 мА (полностью открытый клапан) выглядел как Открыто на 100 %, а выходной сигнал 20 мА (полностью закрытый клапан) отображается как 0 %.
Хотя это может сбить с толку техника, обслуживающего контроллер, но, что более важно, это интуитивно понятно, что оператор, использующий контроллер, делает каждый день.
В итоге
Проектирование систем управления промышленными процессами постоянно совершенствуется, а регулирующие клапаны и системы контрольно-измерительных приборов необходимо модернизировать, чтобы соответствовать уровню автоматизации. THINKTANKЯвляясь надежным тайваньским производителем регулирующих клапанов, мы надеемся поделиться с нашими клиентами большим опытом. Если у вас есть какие-либо сомнения, просто свяжитесь с нами.
