کاهش نویز شیر کنترل: راهکارهای مهندسی برای کارخانههای فرآیندی
مشکل نویز آیرودینامیکی
نویز شیر کنترل در بسیاری از کارخانههای فرآیندی بیش از ۸۵ دسیبل (A) است. کارگران در نزدیکی ایستگاههای شیر به محافظ شنوایی نیاز دارند. این نویز نشاندهنده هدررفت انرژی است و همچنین هشداردهنده احتمال آسیب مکانیکی به قطعات داخلی شیر است.
نویز آیرودینامیکی از جریان سیال با سرعت بالا از داخل شیر ناشی میشود. افت فشار در شیر شرایط صوتی ایجاد میکند. جریان خفهشده زمانی رخ میدهد که فشار پاییندست کمتر از ۵۸٪ فشار بالادست برای خدمات هوا و گاز باشد. سطح نویز با هر دو برابر شدن افت فشار تقریباً ۱۸ دسیبل افزایش مییابد.
- اول، فشار مطلق ورودی و خروجی را محاسبه کنید. از فرمول نسبت فشار بحرانی = P2/P1 = 0.528 برای هوا در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد استفاده کنید.
- دوم، دمای ورودی شیر را تعیین کنید. دماهای بالاتر نسبت بحرانی را کاهش میدهند.
- سوم، نرخ جریان واقعی را در مقابل شرایط طراحی اندازهگیری کنید.
- چهارم، اندازه شیر را با کتابچه راهنمای اندازهگیری فیشر بررسی کنید. شیرهای بزرگتر از حد باعث افزایش سرعت و نویز حتی در بازشدگیهای کم میشوند.
نمایشگر HMI هانیول PKS Experion موقعیت شیر و متغیرهای کاسکاد را نشان میدهد. به گرافیکهای Control Studio بروید. روی نماد شیر کلیک کنید. مقادیر خروجی، نقطه تنظیم و موقعیت را بخوانید. گیر کردن شیر در بازشدگی کمتر از ۲۰٪ نشاندهنده بزرگ بودن بیش از حد است. بازشدگی بیش از ۹۰٪ نشاندهنده کوچک بودن شیر است.
آسیب کاویتاسیون در خدمات مایع
کاویتاسیون باعث آسیب مکانیکی شدید به قطعات داخلی شیر میشود. صدای آن شبیه عبور شن و ماسه از بدنه شیر است. ارتعاش منتقل شده از طریق لوله باعث آسیب به تکیهگاههای لوله و اتصالات ابزار دقیق میشود.
کاویتاسیون زمانی رخ میدهد که فشار مایع در ونا کانترکتا کمتر از فشار بخار شود. حبابهای بخار هنگام بازیابی فشار در پاییندست به شدت فرو میریزند. این فروپاشی فشارهای موضعی بیش از ۱۰۰۰ مگاپاسکال ایجاد میکند که در عرض چند ساعت باعث فرسایش نشیمنگاه و پلاگ شیر میشود.
- اول، اطمینان حاصل کنید که فشار ورودی بالاتر از فشار بخار به علاوه حداقل ۱.۷ مگاپاسکال باقی بماند.
- دوم، افت فشار لازم برای عملکرد بدون کاویتاسیون را محاسبه کنید. از فرمول تجربی استفاده کنید: DP_cav = 0.9 × (P1 − Pv).
- سوم، برای کاربردهای با افت فشار بالا، قطعات داخلی چندمرحلهای نصب کنید. فیشر DVC6200 با قطعات کاهش نویز شامل چندین مرحله کاهش فشار است.
- چهارم، برای شیرهای موجود از حلقههای ضد کاویتاسیون استفاده کنید. این حلقهها مناطق کنترل شده فروپاشی حباب را دور از سطوح حساس ایجاد میکنند.
موقعیتیابهای سری Foxboro I/A از پایش کاویتاسیون پشتیبانی میکنند. بسته تشخیص Positioner Insight را پیکربندی کنید. نرمافزار تغییرات امضای شیر را در طول زمان پیگیری میکند. افزایش انحراف امضا نشاندهنده فرسایش قطعات داخلی است.
یکپارچهسازی و تشخیص شیرهای Allen-Bradley ControlLogix
کارخانههای فرآیندی مدرن موقعیتیابهای هوشمند شیر را با سیستم PLC یکپارچه میکنند. کنترلرهای Allen-Bradley ControlLogix 1756-L75 دادههای HART را از موقعیتیابهای Fisher DVC6200 میخوانند. این دادهها امکان استراتژیهای نگهداری پیشبینی را فراهم میکنند.
- اول، سیگنال ۴–۲۰ میلیآمپر را به کانال ورودی آنالوگ متصل کنید. از ماژول ورودی آنالوگ HART 1756-IF16IH استفاده کنید. سیگنال HART را از طریق مقاومت ۲۵۰ اهم جداگانه عبور دهید.
- دوم، برچسب HART را در RSLogix 5000 پیکربندی کنید. نوع ورودی را روی HART-4AI تنظیم کنید.
- سوم، متغیرهای HART را به برچسبهای کنترلر نگاشت کنید. DVC6200 دادههای حرکت، فشار و تشخیص را فراهم میکند.
- چهارم، عبارات هشدار برای پارامترهای حیاتی ایجاد کنید. انحراف حرکت بالا را در ۵٪ از نقطه تنظیم قرار دهید. سیگنال محرک بالا را در ۹۵٪ حداکثر خروجی تنظیم کنید.
هشدار سیگنال محرک نشاندهنده خرابی مکانیکی قریبالوقوع است. سیگنال محرک بالا با حرکت کم شیر به معنای نیروی ناکافی محرک است. علل شامل بلبرینگهای فرسوده، دیافراگمهای آسیبدیده یا فشار فرآیند بیش از حد است. ماژول 1756-IF16H قابلیت HART ۱۶ کاناله را برای نصبهای بزرگ شیر فراهم میکند.
ارتعاش مکانیکی و تنش لولهکشی
ارتعاش شیر از طریق ساختار لوله منتقل میشود. رزونانس ارتعاش را در فرکانسهای خاص تقویت میکند. تنش لوله باعث تغییر شکل بدنه شیر میشود. نشت از گلندها ناشی از نامنظمی فلنجها است.
- اول، بررسی ارتعاش بدنه شیر را انجام دهید. از آنالایزر FFT قابل حمل استفاده کنید. دامنه ارتعاش را در فرکانسهای ۰–۵۰۰ هرتز ثبت کنید. سطوح قابل قبول کمتر از ۰.۵ میلیمتر بر ثانیه RMS است.
- دوم، محلهای تکیهگاه لوله را بررسی کنید. تکیهگاهها باید در فاصله کمتر از ۱ متر از هر شیر وجود داشته باشند.
- سوم، گشتاور پیچهای فلنج را بررسی کنید. گشتاور نامتوازن باعث بارگذاری غیرمرکزی بدنه شیر میشود.
- چهارم، بستهبندی ساقه را برای فرسودگی بازرسی کنید. اگر نشت ساقه بیشتر از نرخ چکه قابل مشاهده باشد، بستهبندی را تعویض کنید.
PLCهای Phoenix Contact ILC 350 از پایش ارتعاش از طریق حسگرهای IO-Link پشتیبانی میکنند. IO-Link مستر را برای فرمت خروجی SSI پیکربندی کنید. کنترلر دادههای ارتعاش را هر ۱۰۰ میلیثانیه پرسوجو میکند. هشدارها زمانی فعال میشوند که ارتعاش از حد آستانه فراتر رود.
کالیبراسیون موقعیتیاب و زمان پاسخ
کالیبراسیون ضعیف موقعیتیاب باعث نوسان و بیشازحد رفتن میشود. شیر حول نقطه تنظیم نوسان میکند. عملکرد حلقه کنترل کاهش مییابد. این نشانه شبیه تنظیم نامناسب کنترلر است.
- اول، تست پلهای روی شیر انجام دهید. فرمان یک پله موقعیت ۱۰٪ بدهید. زمان صعود و بیشازحد رفتن را اندازهگیری کنید. زمان صعود باید برابر با زمان مرده تنظیم شده باشد. بیشازحد رفتن نباید بیش از ۵٪ باشد.
- دوم، فشار هوای تأمین را بررسی کنید. موقعیتیابها به هوای ابزار تمیز با فشار ۳.۵–۵.۵ بار نیاز دارند.
- سوم، تراز اتصال بازخورد را تأیید کنید. اتصال باید بدون گیرکردن آزادانه حرکت کند.
- چهارم، تنظیم بهره را برای نیازهای پاسخ خود تنظیم کنید. بهره بالاتر پاسخ سریعتر و بهره کمتر نوسان کمتر ایجاد میکند.
سیستم Yokogawa CENTUM VP از آزمایش امضای شیر از طریق بسته مدیریت دارایی Exaquantum پشتیبانی میکند. نرمافزار منحنیهای پاسخ شیر را در عملیات عادی ثبت میکند. انحراف از خط پایه نشاندهنده مشکلات در حال توسعه است. از ماژول ورودی آنالوگ ایزوله 1756-IF16I برای شرایط سیگنال موقعیتیاب حساس به نویز در محیطهای با تداخل الکترومغناطیسی بالا استفاده کنید.
نتیجهگیری و توصیههای عملی
نویز و ارتعاش شیر کنترل نشاندهنده ناکارآمدی سیستم و مشکلات مکانیکی است. سه اقدام از خرابیهای فاجعهبار شیر جلوگیری میکند.
اول، پایش صوتی منظم روی شیرهای حیاتی انجام دهید. سطوح نویز پایه را در زمان راهاندازی تعیین کنید. اندازهگیریهای فصلی را با پایه مقایسه کنید. وقتی سطح نویز ۳ دسیبل افزایش یافت، دفعات بازرسی را بیشتر کنید. دوم، نگهداری پیشبینی برای موقعیتیابهای هوشمند اجرا کنید. دادههای تشخیص HART را هفتگی بخوانید. زمانی که سیگنال محرک به حد نزدیک شد، نگهداری را برنامهریزی کنید. سوم، تنش لولهکشی را در زمان راهاندازی کارخانه بررسی کنید. شرایط دمایی باعث تغییر تراز فلنجها میشود. پس از تثبیت حرارتی، فلنجها را دوباره سفت کنید.
یکپارچهسازی Fisher DVC6200 و Allen-Bradley ControlLogix امکان پایش مداوم سلامت شیر را فراهم میکند. ثبت دادههای تاریخی برای همه متغیرهای تشخیصی را پیکربندی کنید. از دادهها برای تحلیل ریشهای مشکلات استفاده کنید. اقدامات پیشگیرانه هزینه بسیار کمتری نسبت به تعمیرات اضطراری دارند.
