Lựa chọn van điều khiển quá trình
Lựa chọn van điều khiển quá trình
quá trình hôm nayVan điều khiểncung cấp một loạt các tính năng và lợi ích ngày càng mở rộng cho các ngành yêu cầu kiểm soát chính xác chất lỏng, hơi và các loại khí khác. Với rất nhiều van điều khiển để lựa chọn, điều quan trọng là phải xác định các tính năng mang lại thiết kế hiệu quả nhất về chi phí cho một ứng dụng cụ thể.
Van điều khiển được sử dụng để kiểm soát dòng chảy của chất lỏng hoặc khí, và lần lượt kiểm soát nhiệt độ, áp suất hoặc mức chất lỏng trong một quy trình. Vì vậy, chúng được xác định theo cách chúng kiểm soát dòng chảy và bao gồm bóng, ghế góc, màng ngăn, vòng quay một phần tư, dao và van kim, v.v. Thân van hầu hết được làm bằng kim loại; Đồng thau, thép rèn hoặc trong các ứng dụng vệ sinh Thép không gỉ 316.
Các bộ truyền động sử dụng một hệ thống tích hợp để đo vị trí van với các mức độ chính xác khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng. Bộ mã hóa kỹ thuật số không tiếp xúc có thể di chuyển van đến một trong hàng nghìn vị trí, làm cho nó rất chính xác, trong khi các phép đo thô sơ hơn có thể được áp dụng cho các thiết kế ít nhạy cảm hơn.
Một trong những lĩnh vực chính của cuộc thảo luận khi nói đến đặc điểm kỹ thuậtvan kiểm tra bóngkích thước của van cần thiết phải được xác định. Các kỹ sư quy trình thường biết đường kính của ống được sử dụng trong một ứng dụng và rất dễ coi đây là đặc điểm xác định của van điều khiển. Điều quan trọng hơn là các điều kiện dòng chảy trong hệ thống khi chúng quyết định kích thước của lỗ trong van điều khiển. Áp suất ở cả hai bên van và lưu lượng dự kiến là những thông tin cần thiết khi quyết định thiết kế van.
Trong thân van, cơ cấu truyền động thường là cơ cấu pít-tông hoặc cơ hoành. Các thiết kế pít-tông thường cung cấp một van nhỏ hơn, gọn hơn, cũng nhẹ hơn và dễ sử dụng hơn các thiết kế màng ngăn. Thiết bị truyền động thường được làm bằng thép không gỉ hoặc polyphenol sulfide (PPS), một loại nhựa kháng hóa chất. Bộ truyền động được hoàn thành với đầu điều khiển hoặc bộ định vị.
Các bộ định vị vận hành bằng khí nén cũ hơn có bố trí mái chèo/lỗ và hoạt động ở mức 3-15psi, do đó, van ở trạng thái nào, mở, đóng hay ở bất kỳ đâu không quan trọng, hệ thống luôn tạo ra một số áp suất. khí nén vào khí quyển.
Khí nén là một sản phẩm đắt tiền, cần nhiều năng lượng để sản xuất và khi một dây chuyền sản xuất được trang bị nhiều van điều khiển quy trình, tất cả đều được thông ra ngoài khí quyển, thì có thể xảy ra sự thất thoát năng lượng đáng kể. Điều quan trọng không chỉ là tìm ra thiết kế van phù hợp nhất mà còn phải tìm ra giải pháp kinh tế có tính đến chi phí vận hành hàng năm.
Van điện khí nén kỹ thuật số hiện đại, sử dụng van điện từ siêu nhỏ để điều khiển đầu vào và đầu ra không khí của bộ truyền động, đã mang lại những cải tiến đáng kể cho người vận hành. Thiết kế này có nghĩa là van không tiêu thụ không khí trong khi mở hoàn toàn, đóng hoàn toàn hoặc ở trạng thái ổn định. Những cải tiến này và nhiều cải tiến kỹ thuật khác đã dẫn đến những tiến bộ đáng kể về cả tính kinh tế và độ chính xác.
dự án linh hoạt
Ghế van có thể hoán đổi cho nhau trong thân van tiêu chuẩn, cho phép van vừa với đường ống hiện có và cho phép ghế van có kích thước chính xác hơn cho ứng dụng. Trong một số trường hợp, điều này có thể được thực hiện sau khi van được lắp đặt, cho phép bạn thực hiện thay đổi quy trình mà không cần thay thế toàn bộ cụm van.
Chọn vật liệu niêm phong phù hợp nhất cũng là một bước quan trọng để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy; Các quy trình hơi nước thường sử dụng các vòng đệm kim loại với kim loại, trong khi một quy trình bao gồm bước khử trùng có thể yêu cầu các vòng đệm kháng hóa chất.
Việc thiết lập và lắp đặt một van mới giờ đây tương đối dễ dàng và tốn ít thời gian hơn nhiều. Các quy trình hiệu chuẩn tích hợp sẽ có thể tự động thực hiện các quy trình thiết lập ban đầu và đo lượng không khí cần thiết để mở và đóng van, điện trở của các vòng đệm pít-tông trên thân van và thời gian phản hồi của chính van.
cải thiện an ninh
Van điều khiển phải được chỉ định để hoạt động trong phạm vi 40 đến 85%; Vì vậy, khi van được yêu cầu ổn định ở mức 10%, bạn có thể biết rằng có thể có điều gì đó không ổn với hệ thống điều khiển và cách hành động tốt nhất là đóng van. van hoàn chỉnh. Điều khiển van đến vị trí 10% hoặc thấp hơn có thể gây ra vận tốc chất lỏng hoặc khí rất cao sẽ ảnh hưởng xấu đến hệ thống và gây ra tiếng ồn đáng kể cũng như hư hỏng chính van.
Khả năng kiểm soát hiện đại có thể cung cấp một giải pháp hoạt động như một thiết bị an toàn để ngăn ngừa hư hỏng cho đường ống và các bộ phận của quy trình. Bằng cách kết hợp một cơ chế không an toàn, bất kỳ điều chỉnh nào ở vị trí van dưới ngưỡng đặt trước sẽ khiến van đóng hoàn toàn, ngăn ngừa hư hỏng cho hệ thống xung quanh.
Đầu vào điều khiển cũng có thể chứa các mạch an toàn để đảm bảo các điều kiện vận hành an toàn trong thiết bị xử lý. Ví dụ, khi mở bảng điều khiển truy cập vào bình chứa hơi nước, công tắc khóa liên động sẽ mở ra và van điều khiển việc cung cấp hơi nước cho bình chứa có thể tự động đóng lại, giúp giảm nguy cơ.
nâng cao độ tin cậy
Nhiều môi trường kiểm soát quy trình cung cấp các điều kiện dưới mức tối ưu cho độ tin cậy lâu dài. Bầu không khí đầy hơi ẩm, hóa chất ăn mòn và làm sạch thường xuyên có thể rút ngắn tuổi thọ của quy trình pmười một con chim hét. Một trong những điểm yếu tiềm ẩn của bộ truyền động là buồng lò xo, hút không khí trong khí quyển vào mỗi khi van được kích hoạt.
Một giải pháp là sử dụng không khí sạch của dụng cụ để lấp đầy buồng lò xo để ngăn các chất gây ô nhiễm xâm nhập. Điều này cung cấp khả năng bảo vệ chống lại sự xâm nhập của các chất gây ô nhiễm trong không khí bằng cách chuyển một lượng nhỏ không khí thí điểm sạch vào bộ truyền động trong khi vẫn duy trì áp suất dương nhẹ, đạt được một giải pháp đơn giản và sáng tạo. Điều này ngăn chặn sự ăn mòn của các bộ phận bên trong và có thể cải thiện đáng kể độ tin cậy và tuổi thọ trong các điều kiện vận hành nhất định.
Mặc dù việc lựa chọn van điều khiển quy trình thích hợp nhất có thể là một nhiệm vụ phức tạp, nhưng nó thường được hoàn thành tốt nhất khi sử dụng kiến thức chuyên môn. Bằng cách làm việc trực tiếp với các nhà sản xuất hoặc đại lý có kinh nghiệm, các hệ thống kiểm soát quy trình có thể được tối ưu hóa để đạt được độ tin cậy, độ chính xác và hiệu quả lâu dài.
Damien Moran là Giám đốc Bộ phận Lĩnh vực Vệ sinh – Dược phẩm tại Bürkert. Bài viết này ban đầu xuất hiện trên trang web Control Engineering Europe. Được chỉnh sửa bởi Chris Vavra, Phó tổng biên tập, Kỹ thuật điều khiển, CFE Media & Technology, cvavra@cfemedia.com.
Van điều khiển thường có mặt khi cần điều chỉnh lưu lượng chất lỏng. HOẶCVan điều khiển góc ba chiềuĐộ tin cậy là rất quan trọng để kiểm soát chất lượng và an toàn nhà máy. Cải thiện hành vi động và tĩnh của van sẽ có tác động lớn đến kết quả của quá trình. Để đánh giá hiệu suất động của van điều khiển, một mô hình tính toán của van điều khiển điện thủy lực được phát triển. Và các đặc tính của van điều khiển được nghiên cứu bằng cách sử dụng các mô phỏng toán học về hiệu suất động của van điều khiển. Kết quả cho thấy van điều khiển điện-thủy lực, được thiết kế để điều chỉnh áp suất khí hỗn hợp trong nhà máy điện chu trình hỗn hợp, có thể đáp ứng thách thức của tuabin khí.
Van điều khiển đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát áp suất của khí hỗn hợp trong các nhà máy điện chu trình hỗn hợp. Để làm rõ ảnh hưởng của sự ghép nối giữa cơ cấu và hệ thống chất lỏng trong van điều khiển, cơ cấu ghép nối đã được trình bày và các khảo sát số đã được thực hiện. Trong cùng một điều kiện hoạt động, nơi biên độ xung áp suất lớn hơn khi xem xét khớp nối, tần số tự nhiên bậc thấp của tổ hợp poppet rõ ràng giảm khi xem xét ảnh hưởng của khớp nối cấu trúc chất lỏng. Các tần số tự nhiên bậc thấp ở mức mở van 25%, mở van 50% và mở van 75% lần lượt giảm 11,1%, 7,0% và 3,8%. Kết quả giúp hiểu được các quá trình xảy ra trong đường dòng chảy của van dẫn đến sự mất ổn định điều khiển áp suất được quan sát thấy trong van điều khiển trong nhà máy điện chu trình hỗn hợp.
1. Giới thiệu
Các nhà máy thép sản xuất một lượng lớn Khí lò cao (BFG) và Khí lò than cốc (COG) trong quá trình sản xuất. Để giảm ô nhiễm, một số nhà máy thép đang kết hợp BFG với COG và xây dựng Nhà máy điện chu trình hỗn hợp (CCPP) để khai thác khí [1]. Đối với hoạt động bình thường của CCPP, áp suất của khí hỗn hợp cung cấp cho tuabin khí phải được giữ trong một phạm vi không đổi.
Trong nhà máy điện chu trình hỗn hợp, van điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển áp suất của khí hỗn hợp. Tín hiệu áp suất của hỗn hợp khí đo được bằng áp kế được so sánh với tín hiệu áp suất do bộ điều khiển yêu cầu. Đầu ra của bộ điều khiển điều chỉnh đúng cơ cấu chấp hành để mở/đóng van điều khiển nhằm giữ cho áp suất thực tế gần với áp suất mong muốn. Việc mở van điều khiển phụ thuộc vào lực dòng chảy và lực truyền động của bộ truyền động van điều khiển, trong khi lực dòng chảy và lực truyền động bị ảnh hưởng bởi việc mở van. Do đó, có một sự tương tác khớp nối mạnh mẽ giữa chất lỏng và cấu trúc van điều khiển.
Theo Morita et al. (2007) và Yonezawa et al. (2008), mô hình dòng chảy điển hình xung quanhthanh trượt daolà siêu âm [2, 3]. Trong trường hợp áp suất dao động, các lực tĩnh và động lực chất lỏng lớn tác động lên các van. Do đó, có thể xảy ra các hiện tượng gây rối như rung van và tiếng ồn lớn, và trong trường hợp xấu nhất, gây hư hỏng hình nón và vòng đệm của van [4]. Để hiểu vật lý cơ bản của các rung động do dòng chảy gây ra trong phần đầu của van điều khiển hơi, Yonezawa et al. (2012) được thực hiện. Misra và cộng sự. (2002) đã báo cáo rằng các rung động tự kích thích của hệ thống đường ống phát sinh từ sự kết hợp của búa nước, phản hồi âm thanh trong các đường ống nước ở hạ lưu, khả năng chống âm thanh cao ở van điều khiển và độ cứng thủy lực âm trong đường ống. van một chiều [5]. Araki et al. (1981) báo cáo rằng cơ chế dao động của đầu van điều khiển hơi là dao động cưỡng bức trong khi không quan sát thấy dao động tự kích thích [6].
Những nghiên cứu được trích dẫn trước đây này có mục tiêu chính là mô hình hóa rung động tự kích thích, phân tích tính ổn định của các tham số rung động, v.v. [7-11]. Trong khi các nghiên cứu về ảnh hưởng của khớp nối cấu trúc chất lỏng-phi tuyến của van điều khiển đến đặc tính điều khiển của van, v.d. B. chức năng kiểm soát áp suất vẫn còn rất hạn chế [12-17]. Trong CCPP, các đặc tính điều khiển van bị ảnh hưởng bởi khớp nối cấu trúc chất lỏng đặc biệt quan trọng đối với sự ổn định của điều khiển áp suất khí hỗn hợp. Không có gì lạ khi sự mất ổn định áp suất khí hỗn hợp gây ra sự cố nghiêm trọng hoặc thậm chí ngừng hoạt động khẩn cấp toàn bộ nhà máy và việc quản lý trường hợp khẩn cấp như vậy thường trở thành nguồn gốc của các vấn đề và nhầm lẫn khác. Trong công việc này, các nghiên cứu số được thực hiện để làm rõ ảnh hưởng của khớp nối cấu trúc chất lỏng của van điều khiển không chỉ đối với trường dòng chảy mà còn đối với việc điều chỉnh áp suất khí và thay đổi tần số tự nhiên của bộ điều khiển. van. Điều khiển. Nghiên cứu này giúp tìm hiểu các quá trình xảy ra trong đường lưu lượng của van và dẫn đến dao động áp suất khí hỗn hợp, có giá trị để theo dõi sự ổn định áp suất khí hỗn hợp trong nhà máy điện chu trình hỗn hợp.