Намаляване на шума от контролни клапани: инженерни решения за производствени предприятия

Проблемата с аеродинамичния шум

Шумът от управляващите клапани надвишава 85 dB(A) в много производствени съоръжения. Работниците се нуждаят от защита на слуха в близост до клапанните станции. Шумът показва загуба на енергия. Той също така сигнализира за потенциални механични повреди на вътрешните компоненти на клапана.

Аеродинамичният шум произхожда от високоскоростното движение на флуид през вътрешностите на клапана. Налягането спада през клапана, създавайки звукови условия. Задушен поток се развива, когато налягането след клапана падне под 58% от налягането пред клапана при въздушни и газови услуги. Нивото на шума се увеличава с приблизително 18 dB при всяко удвояване на налягането.

• Първо, изчислете абсолютните входящи и изходящи налягания. Използвайте формулата: критично съотношение на налягане = P2/P1 = 0.528 за въздух при 25°C.
• Второ, определете температурата на входящия поток към клапана. По-високите температури намаляват критичното съотношение.
• Трето, измерете реалния дебит спрямо проектните условия.
• Четвърто, проверете размерите на клапана спрямо Fisher Sizing Handbook. Прекалено големите клапани създават прекомерна скорост и шум дори при намалено отваряне.

Honeywell PKS Experion HMI показва позицията на клапана и каскадните променливи. Навигирайте до графиките в Control Studio. Кликнете върху символа на клапана. Прочетете стойностите за Output, Setpoint и Position. Клапан, заседнал под 20% отваряне, предполага прекалено голям размер. Клапан над 90% предполага недостатъчен размер.

Повреди от кавитация при течни услуги

Кавитацията причинява сериозни механични повреди на вътрешностите на клапана. Шумът прилича на чакъл, преминаващ през тялото на клапана. Вибрациите, предавани през тръбопровода, повреждат опорите и връзките на инструментите.

Кавитацията възниква, когато налягането на течността падне под налягането на парата в най-тясната част (vena contracta). Парата се срутва насилствено, когато налягането се възстанови след клапана. Срутването генерира локализирани налягания, надвишаващи 1000 MPa. Това ерозира седлото и щепсела на клапана в рамките на часове.

• Първо, проверете дали входящото налягане остава над налягането на парата плюс минимум 1.7 MPa.
• Второ, изчислете необходимия спад на налягането за работа без кавитация. Използвайте емпиричната формула: DP_cav = 0.9 × (P1 − Pv).
• Трето, инсталирайте многостепенна cage вътрешност за приложения с голям спад на налягането. Fisher DVC6200 с шумопотискаща вътрешност съдържа няколко етапа на намаляване на налягането.
• Четвърто, използвайте антикавитационни пръстени за съществуващи клапани. Пръстените създават контролирани зони за срутване на мехурчетата далеч от критичните повърхности.

Foxboro I/A Series позиционерите на клапани поддържат мониторинг на кавитацията. Конфигурирайте диагностичния пакет Positioner Insight. Софтуерът следи промените в подписа на клапана с времето. Увеличаващото се отклонение на подписа показва ерозия на вътрешностите.

Интеграция и диагностика на клапани Allen-Bradley ControlLogix

Модерните производствени съоръжения интегрират интелигентни позиционери на клапани с PLC системата. Контролерите Allen-Bradley ControlLogix 1756-L75 четат HART данни от позиционерите Fisher DVC6200. Данните позволяват стратегии за предиктивна поддръжка.

• Първо, свържете 4–20mA сигнала към аналогов входен канал. Използвайте 1756-IF16IH HART аналогов входен модул. Прекарайте HART сигнала през отделен резистор от 250 ома.
• Второ, конфигурирайте HART таг в RSLogix 5000. Задайте типа вход на HART-4AI.
• Трето, свържете HART променливите с таговете на контролера. DVC6200 предоставя данни за Пътуване, Налягане и Диагностика.
• Четвърто, създайте алармени изрази за критични параметри. Задайте високо отклонение на пътуването при 5% от зададената стойност. Задайте висока стойност на управляващия сигнал при 95% от максималния изход.

Алармата за управляващия сигнал показва предстояща механична повреда. Висок управляващ сигнал с ниско пътуване на клапана означава, че задвижващият механизъм няма достатъчна сила. Причините включват износени лагери, повредени мембрани или прекомерно процесно налягане. Модулът 1756-IF16H осигурява 16-канален HART капацитет за големи клапанни инсталации.

Механична вибрация и напрежение в тръбопровода

Вибрациите на клапана се предават през структурата на тръбопровода. Резонансът усилва вибрациите на определени честоти. Напрежението в тръбопровода причинява деформация на тялото на клапана. Изтичане през уплътненията се дължи на изместване на фланците.

• Първо, извършете вибрационен преглед на тялото на клапана. Използвайте преносим FFT анализатор. Запишете амплитудата на вибрациите при честоти 0–500 Hz. Допустимите нива са под 0.5 mm/s RMS.
• Второ, проверете местоположението на опорите на тръбопровода. Опорите трябва да са в рамките на 1 метър от всеки клапан.
• Трето, проверете затягането на болтовете на фланците. Неравномерното затягане натоварва тялото на клапана ексцентрично.
• Четвърто, инспектирайте уплътнението на стеблото за износване. Подменете уплътнението, ако изтичането на стеблото надвишава визуалния капков поток.

PLC системите Phoenix Contact ILC 350 поддържат мониторинг на вибрациите чрез IO-Link сензори. Конфигурирайте IO-Link мастъра за SSI изходен формат. Контролерът извършва опитване на вибрационните данни на интервали от 100 ms. Аларми се задействат при превишаване на праговите стойности.

Калибриране на позиционера и време за реакция

Лошото калибриране на позиционера причинява колебания и превишаване. Клапанът осцилира около зададената стойност. Производителността на контролната верига се влошава. Симптомът прилича на неправилно настройване на контролера.

• Първо, извършете стъпков тест на клапана. Задайте стъпка на позицията от 10%. Измерете времето за нарастване и превишаването. Времето за нарастване трябва да съответства на конфигурираното време на мъртва зона. Превишаването не трябва да надвишава 5%.
• Второ, проверете налягането на подавания въздух. Позиционерите изискват 3.5–5.5 бара чист инструментален въздух.
• Трето, проверете подравняването на връзката за обратна връзка. Връзката трябва да се движи свободно без блокиране.
• Четвърто, настройте усилването според изискванията за реакция. По-високото усилване осигурява по-бърза реакция. По-ниското усилване намалява колебанията.

Yokogawa CENTUM VP поддържа тестване на подписа на клапана чрез пакета за управление на активи Exaquantum. Софтуерът записва кривите на реакция на клапана по време на нормална работа. Отклонението от базовата линия показва развиващи се проблеми. Използвайте 1756-IF16I изолиран аналогов входен модул за обработка на сигнали от позиционери, чувствителни към шум, в среди с високи електромагнитни смущения.

Заключение и препоръки за действие

Шумът и вибрациите на управляващите клапани показват неефективност на системата и механични проблеми. Три действия предотвратяват катастрофални повреди на клапаните.

Първо, извършвайте редовен акустичен мониторинг на критичните клапани. Установете базови нива на шум при пускане в експлоатация. Сравнявайте тримесечните измервания с базовите стойности. Увеличете честотата на инспекциите, когато нивата се повишат с 3 dB. Второ, прилагайте предиктивна поддръжка за интелигентните позиционери. Четете HART диагностичните данни седмично. Планирайте поддръжка, когато управляващият сигнал се приближи до границите. Трето, проверявайте напрежението в тръбопровода при стартиране на съоръжението. Горещите работни условия променят подравняването на фланците. Презатегнете фланците след термично стабилизиране.

Интеграцията на Fisher DVC6200 и Allen-Bradley ControlLogix позволява непрекъснат мониторинг на състоянието на клапаните. Конфигурирайте запис на исторически данни за всички диагностични променливи. Използвайте данните за анализ на първопричините при възникване на проблеми. Превантивните действия струват значително по-малко от ремонти при аварийно спиране.