Секрет вибрации клапана управления

В химической промышленности широко используются регулирующие клапаны, и некоторые друзья не очень хорошо понимают вибрацию регулирующего клапана.

Вибрация регулирующего клапана относится к явлению быстрого закрытия и открытия клапана во время работы, указывающему на то, что регулирующий клапан не может оставаться стабильным в соответствующем положении для поддержания предполагаемых технологических условий.

Это состояние приводит к колебаниям технологической переменной в системе с обратной связью вокруг ее заданной точки.

• Проблемы с контроллером:Неправильно настроенный контроллер или сбой его внутренних компонентов могут привести к нестабильному управляющему сигналу, что, в свою очередь, может вызвать вибрацию клапана.
• Отказ компонентов регулирующего клапана:Износ или повреждение определенных компонентов клапана (например, золотников, седел или приводов) также может привести к явлениям вибрации.
• Влияние метода работы:Иногда, даже если само оборудование не имеет дефектов, неподходящий метод работы или конструкция процесса могут вызвать вибрацию.

Постоянная вибрация клапана не только ухудшает характеристики уплотнения сальника, но и может привести к значительным отклонениям от желаемой заданной точки, влияя на производительность и качество продукции. Поэтому крайне важно точно определить основную причину вибрации, чтобы принять необходимые корректирующие меры для устранения проблемы вибрации и улучшения общей производительности контура регулирования.

В этой статье будут рассмотрены различные потенциальные факторы, вызывающие вибрацию клапана, и способы их диагностики, с целью помочь читателям лучше понять и справиться с этой распространенной, но сложной задачей промышленного управления. Понимая эту информацию, инженеры и техники могут более эффективно обслуживать и оптимизировать свои системы управления, чтобы обеспечить бесперебойную работу производственных процессов.

1. Проблема с контуром регулирования

   Переключите режим контроллера с автоматического на ручной и оцените реакцию обычным способом, чтобы определить, находится ли проблема внутри контура.

   Если колебания прекращаются, контур неисправен. Эти проблемы обычно возникают в нелинейных процессах. Из-за эффектов гистерезиса также может возникать «охота». Результатом является то, что технологический контур ведет себя вяло.

   Контроллер не настроен для решения этой механической проблемы. Залипание регулирующих клапанов, вызванное проблемами с контуром, можно устранить, правильно настроив контроллер. Если это не указано в руководстве, это может быть связано с другими причинами, такими как фактические различия в технологических переменных, размере клапана и т. д.

2. Размер регулирующего клапана

   На управляемость клапана сильно влияет размер регулирующего клапана. Коэффициент расхода (сокращенно Cv) — это количество воды, которое может пройти через полностью открытый клапан при температуре 600°F и перепаде давления 1 фунт на квадратный дюйм.

   Cv определяется конструкцией клапана и остается постоянным. Даже регулирующие клапаны одного размера могут иметь разные значения Cv, если стиль корпуса или внутренние части клапана различаются. Проблема с размером регулирующего клапана становится очевидной, когда общий коэффициент усиления процесса низкий или очень высокий. Размеры регулирующих клапанов часто выбираются исходя из необходимости увеличения расхода в будущем, что может привести к тому, что выбранный размер клапана будет немного больше, чем текущие требования применения, что может повлиять на точность управления.

   Слишком большие клапаны могут приводить к чрезмерному открытию и закрытию, вызывая заедание, повреждение уплотнения и неточное управление. И наоборот, клапаны, которые слишком малы, требуют большого перепада давления для поддержания надлежащего расхода и могут не иметь необходимой пропускной способности, увеличивая давление насоса и повышая риск кавитации. Кавитация и вспышка являются основными проблемами, вызывающими повреждение внутренних частей регулирующего клапана, что, в свою очередь, приводит к колебаниям в управлении процессом.

3. Позиционер регулирующего клапана

   Чтобы удерживать привод регулирующего клапана в равновесном положении, необходимом для управления технологическими переменными, позиционер клапана реализуется путем регулирования давления воздуха.

   Он имеет золотник для управления потоком воздуха, но длительное использование или частицы пыли в воздухе могут привести к износу золотника, в результате чего он застревает в определенном положении, что приводит к аномально высокому давлению воздуха. Как только давление воздуха повышается, золотник освобождается из застрявшего положения, вызывая перерегулирование, что приводит к нестабильному положению клапана, потере эффективного управления клапаном и отклонению.

   Позиционер клапана может подвергаться воздействию высоких температур из-за лучистого тепла от окружающих технологических резервуаров, что также может быть фактором, вызывающим остановку регулирующего клапана позиционером, что потенциально может привести к повреждению уплотнений и трубопроводов позиционера. Позиционер использует обратную связь для определения фактического положения клапана для регулировки выходного сигнала.

   Если обратная связь выходит из строя, например, из-за сил жидкости или трения, клапан может работать неправильно. Современные интеллектуальные позиционеры обладают уникальной способностью распознавать такие отклонения.

4. Статическое трение во время перемещения клапана

   Когда клапан сталкивается со статическим трением (т. е. заклиниванием), он перестает двигаться в определенном положении и требует дополнительной силы для перезапуска. Причиной этого явления может быть затвердевшее уплотнение сальника или вязкий поток внутри золотника.

   Когда приложенной силы достаточно, чтобы преодолеть точку заклинивания, клапан перемещается в положение перерегулирования, в результате чего технологическая переменная превышает заданное значение. Это заклинивание можно наблюдать, отслеживая взаимосвязь между выходным сигналом контроллера и технологической переменной.

   Привод клапана должен быть надлежащим образом подобран, а крутящий момент на уплотнении сальника должен находиться в допустимых пределах, чтобы избежать заклинивания.

5. Дефекты оборудования

   Кроме того, износ внутри золотника может привести к заклиниванию клапана, препятствуя полному закрытию клапана. Повреждение золотника может привести к тому, что регулирующий клапан потеряет управление в высоком рабочем диапазоне.

   В регулирующих клапанах уплотнение сальника используется для предотвращения утечки технологической среды из корпуса клапана. При повреждении это может привести к утечке в крышке, угрожая безопасности рабочей среды. Утечки в приводе клапана являются еще одним фактором, который может привести к «охоте» клапана.

   Шток клапана изначально точно позиционируется позиционером клапана, но из-за утечки шток будет продолжать двигаться, заставляя позиционер многократно регулировать выходной сигнал, что приводит к бесконечному поиску положения штока. Это одно из распространенных явлений хвоста для регулирующих клапанов при сигналах управления в установившемся режиме.

Проблемы с контуром или другие воздействия могут вызывать колебания регулирующих клапанов. Определите источник проблемы, переключив контроллер в ручной режим и наблюдая, прекратятся ли колебания. Если колебания прекращаются, это указывает на то, что проблема связана с проблемой в самом контуре, которую можно решить с помощью соответствующих настроек.

Внутренние колебания могут быть вызваны неправильной регулировкой или неисправностью машины. Если клапан по-прежнему ведет себя непредсказуемо в ручном режиме, проблема может исходить от поврежденной сборки клапана или изменения технологических параметров.

Залипание и перерегулирование позиционера являются наиболее распространенными причинами залипания регулирующего клапана. Реакция клапана на выходной сигнал в присутствии явления залипания может быть четко продемонстрирована с помощью графика.

Чтобы определить, связано ли залипание регулирующего клапана с неправильной регулировкой контроллера или механической неисправностью самого регулирующего клапана, рекомендуется временно обойти выходной сигнал контроллера, подать постоянное давление на привод регулирующего клапана и наблюдать реакцию на выходной сигнал.

Линейные потенциометры (датчики положения) используются для обнаружения перемещения штока, а датчики давления (интеллектуальные позиционеры) используются для измерения выходного давления позиционера. Подключив эти датчики к системе сбора данных и визуализировав эти данные с помощью программного обеспечения мониторинга (например, Labview), можно построить график перемещения штока в зависимости от выходного сигнала контроллера.

Микроконтроллер получает входные сигналы от заданной точки контроллера и датчиков давления. Когда отмечается отклонение давления от заданной точки, это считается «охотой», если это отклонение происходит более пяти раз. В этом случае выходной сигнал контроллера изолируется, и преобразователь ток-давление (I-P преобразователь) автоматически генерирует давление, соответствующее заданной точке, и подает его в качестве входного сигнала на позиционер регулирующего клапана. Проверьте отклонение еще раз через несколько секунд.

Если обнаружено, что отклонение уменьшилось, регулирующий клапан и его принадлежности неисправны.

Поэтому требуется специальная регулировка схемы контроллера. Однако, если клапан все еще неисправен, внутренние части могут быть повреждены или застрять из-за уплотнения сальника. С помощью графика с мертвыми зонами можно легко найти точное место заклинивания.

В случае постоянного биения, но при отсутствии признаков мертвой зоны, вибрация, скорее всего, возникает из-за повреждения такого компонента, как золотник. Этот метод также может помочь определить, присутствует ли явление захвата во всем диапазоне управления или ограничено определенными рабочими интервалами.