Клапаны аварийно-открытого, аварийно-закрытого и аварийно-закрытого регулирующих клапанов

Что должно произойти с регулирующим клапаном, когда он теряет управляющий сигнал, импульсный воздух или электропитание? Ответ зависит от процесса и последствий потери управления.

Клапан может потребоваться открыть для поддержания потока охлаждения, закрыть для изоляции опасной подачи или остаться в своем последнем положении, чтобы минимизировать нарушение процесса. Такое поведение обычно описывается как "безопасное открытие", "безопасное закрытие" и "безопасное удержание положения".

Выбор правильного действия при отказе является инженерным решением, связанным с требованиями безопасности процесса, а не просто предпочтением одного типа привода.

Регулирующий клапан с функцией "безопасное открытие" спроектирован так, чтобы перейти в открытое положение при наступлении определенного условия отказа.

Такое действие может быть целесообразным, когда поддержание потока необходимо для снижения риска. Например, клапан охлаждающей воды может быть спроектирован так, чтобы открываться при потере управляющего воздуха, если продолжение охлаждения является требуемой безопасной реакцией.

Распространенная схема использует пневматический привод с пружинным возвратом. Во время нормальной работы давление воздуха перемещает привод против пружины. При потере соответствующего источника воздуха пружина перемещает клапан в заданное положение отказа.

Однако поведение "безопасного открытия" никогда не следует предполагать только по приводу. Необходимо проверить ориентацию клапана, конфигурацию привода, вспомогательные устройства и указанный сценарий отказа.

Клапан с функцией "безопасное закрытие" перемещается в закрытое положение при наступлении указанного условия отказа.

Это может потребоваться для изоляции подачи топлива, химикатов или другого технологического потока, когда продолжение потока может создать опасную ситуацию.

Пружинные приводы могут выполнять эту функцию при настройке на закрытие клапана при потере давления воздуха. При необходимости по конструкции системы может использоваться подходящий соленоидный клапан или другое управляющее вспомогательное устройство.

Важно то, что "безопасное закрытие" не означает, что каждый клапан в процессе должен закрываться при возникновении неисправности. Закрытие клапана само по себе может создать риск, например, прервать необходимое охлаждение или привести к повышению давления. Безопасное действие должно быть установлено посредством анализа опасностей процесса и применимых требований безопасности.

"Безопасное удержание положения" обычно описывает схему, предназначенную для удержания клапана вблизи его текущего положения после определенного отказа, вместо того чтобы намеренно полностью открывать или закрывать его.

Это может помочь уменьшить резкие изменения процесса, когда внезапное движение нежелательно. Однако для удержания положения после потери воздуха или питания требуется схема, способная поддерживать требуемое усилие привода или положение.

Двусторонний пневматический привод сам по себе не гарантирует поведение "безопасного удержания положения". Если обе стороны привода теряют эффективное давление, клапан может переместиться из-за технологических сил, трения, утечек или других внешних воздействий.

В некоторых конструкциях могут использоваться запорные клапаны, подходящие пневматические вспомогательные устройства или специализированные устройства удержания положения. Фактическое поведение зависит от того, как реагирует вся сборка на конкретный отказ.

"Безопасное удержание положения" не следует автоматически считать самым безопасным вариантом. Если положение клапана непригодно для процесса после отказа, его удержание там может продлить опасность.

Привод является основной частью конструкции действия при отказе.

Пружинные пневматические приводы используют пружину для перемещения клапана в предопределенное положение при потере соответствующего давления воздуха. Они обычно используются там, где требуется определенная реакция "безопасного открытия" или "безопасного закрытия".

Двусторонние пневматические приводы используют давление воздуха для движения в обоих направлениях. Они могут обеспечивать значительное рабочее усилие, но для определенной реакции при отказе требуется дополнительное рассмотрение того, как поддерживается, сбрасывается или перенаправляется давление воздуха.

Электрические приводы могут иметь различные реакции в зависимости от их поведения при потере питания, накопленной энергии, резервного питания и конфигурации привода. Некоторые системы могут перемещаться в предопределенное положение, в то время как другие могут останавливаться там, где они находятся. Необходимо проверить конкретную конструкцию.

Для любого типа привода необходимо совместно учитывать требуемый крутящий момент или усилие, технологические силы, ход и условия работы клапана.

Пневматические запорные клапаны используются в некоторых системах для удержания давления воздуха со стороны привода, когда давление подачи падает ниже определенного уровня. Они могут помочь предотвратить непреднамеренное движение клапана при отказе источника воздуха.

Примеры связанных продуктов включают трехходовой клапан Fisher 377 и решения для блокировки от SMC или других поставщиков пневматических систем управления. Эти продукты выполняют разные функции, и их нельзя считать взаимозаменяемыми.

Запорный клапан не обеспечивает автоматическое "безопасное удержание положения" регулирующего клапана при всех условиях отказа. Утечки, целостность привода, силы клапана, схема трубопроводов и конфигурация конкретного вспомогательного устройства влияют на результат.

Если потеря электропитания также является частью сценария проектирования, необходимо отдельно оценить реакцию позиционера, соленоидного клапана и других электрических вспомогательных устройств.

Перед заказом регулирующего клапана ответьте на следующие вопросы:

1. Что произойдет, если клапан останется открытым во время отказа?

2. Что произойдет, если клапан внезапно закроется?

3. Требуется ли непрерывное охлаждение, вентиляция или минимальный поток?

4. Может ли технологическая среда создать пожар, токсичный выброс, избыточное давление или экологическую опасность?

5. На какой отказ коммунальных услуг должен реагировать клапан: импульсный воздух, электропитание, управляющий сигнал или более одного?

6. Требуется ли определенное движение, или допустимо сохранение существующего положения?

7. Как будет протестировано и проверено фактическое действие клапана при отказе?

Ответы должны быть задокументированы в спецификации регулирующего клапана и согласованы с конструкцией системы управления процессом и безопасности.

Одна из распространенных ошибок — предположение, что отказ сигнала 4–20 мА и отказ импульсного воздуха приводят к одинаковому результату. Они могут вызывать разные действия в зависимости от конфигурации.

Другая ошибка — выбор пружинного привода без проверки того, достаточно ли его выходного усилия при фактических условиях процесса.

Также важно не полагаться только на настройку позиционера. Команда, запрашивающая определенное положение клапана, не обязательно совпадает с механически гарантированной реакцией после потери всех коммунальных услуг.

Наконец, указанное действие при отказе должно быть подтверждено во время ввода в эксплуатацию с использованием утвержденной процедуры испытаний и соответствующих мер безопасности процесса.

Схемы "безопасное открытие", "безопасное закрытие" и "безопасное удержание положения" служат различным технологическим потребностям. Правильный выбор зависит от последствий продолжения потока, прерывания потока или внезапного движения клапана при указанных условиях отказа.

Пружинные приводы, двусторонние приводы, позиционеры и запорные вспомогательные устройства могут играть свою роль, но вся сборка должна оцениваться как система.

Для закупок по проекту четкое указание требуемого действия при отказе и точного сценария отказа помогает избежать несоответствия комплектов приводов и неожиданного поведения во время ввода в эксплуатацию.