Настройка регулятора обратного давления:советы для инженеров по системам отбора проб

Настройка регулятора обратного давления:советы инженерам систем отбора проб

Джон Кестнер, менеджер по продукту

Регуляторы обратного давления играют важную роль в поддержании давления на входе и защите чувствительного оборудования в системах отбора проб, используемых на многих промышленных предприятиях. Однако, чтобы правильно использовать регулятор обратного давления, инженеры системы отбора проб должны опасаться нескольких распространенных ошибок при проектировании системы отбора проб. К ним относятся:

• Упуская из виду важность устройства ограничения потока выше по течению
• Пропускание слишком большого потока через анализатор
• Последовательное размещение редукционного регулятора давления с регулятором обратного давления без сопротивления потоку между двумя устройствами.

В этом сообщении блога мы обсудим передовой опыт проектирования и изготовления системы отбора проб с использованием регулятора обратного давления и способы избежать этих распространенных ошибок при проектировании.

Настройка регулятора обратного давления

В отличие от редукционных регуляторов, регулятор обратного давления регулирует давление на входе (давление на входе) и обычно устанавливается в конце линии. С другой стороны, редукционный регулятор давления регулирует выходное давление (давление на выходе) и обычно устанавливается в начале линии. Оба типа регуляторов работают, чтобы уравновесить силы, возникающие из-за давления в системе, с нагрузочной силой в пружине, создаваемой при установлении заданного давления.

Если этот баланс нарушается из-за увеличения или уменьшения внешнего давления, клапан или тарелка регулятора перемещаются либо ближе к седлу, либо дальше от него. В зависимости от характера движения клапана это позволит потоку проходить через отверстие регулятора более легко или менее легко, пока регулятор не восстановит баланс.

На рис. 1 показана типичная установка регулятора обратного давления для аналитической системы отбора проб. При наличии потока, который не используется анализатором (см. A на рис. 1), задача регулятора состоит в том, чтобы направить этот поток в байпас. По мере изменения исходного давления регулятор также изменяет количество отводимого потока, чтобы обеспечить постоянное давление на входе регулятора и, следовательно, постоянный поток, поступающий в анализатор.

Регулятор обратного давления требует некоторого ограничения потока (обычно игольчатого клапана) на входе, чтобы помочь управлять давлением на входе (см. R1 на рис. 1). Если нет ограничения между регулятором обратного давления и системой (даже длинная длина трубопровода может иметь минимальное падение давления в газовых системах), регулятор обратного давления широко откроется в попытке переместить достаточное количество газа, чтобы сбросить давление вверх по потоку. давление. Это не будет эффективным. Однако при установленном ограничении повышенный расход приведет к увеличению перепада давления по сравнению с этим ограничением, что поможет снизить давление ниже по потоку.

Одна из ошибок, которую часто допускают разработчики систем отбора проб, заключается в том, что они не используют ограничители потока, полагая, что регулятор обратного давления может напрямую контролировать давление на входе. Но без ограничителя при изменении расхода в системе давление практически не изменится. Регулятор будет продолжать тратить технологическую жидкость в попытке увеличить расход, поскольку давление на входе, которое он пытается контролировать, не покажет никаких изменений. Это может привести к тому, что регулятор будет широко открыт.

Пропуск большого потока через ограничитель анализатора (см. R2 на рис. 1) является еще одной ошибкой проектирования, поскольку это может привести к падению входного давления регулятора ниже заданного давления. Это может привести к полному закрытию регулятора и ограничению вентиляционного потока. Для лучшего управления размер ограничителя потока выше по потоку (R1) должен быть таким, чтобы часть потока проходила через регулятор даже при максимальном расходе анализатора.

Чтобы настроить функциональную систему, подобную той, что показана на рис. 1, разработчики системы должны начать с закрытия резистора R2, отрегулировать резистор R1, чтобы обеспечить достаточное количество байпасного потока для требуемого времени отклика анализа, а затем точно настроить резистор R2 для желаемого потока анализатора. Байпасный поток должен автоматически упасть на ту же величину. При необходимости медленно открывайте R1 до тех пор, пока байпасный поток не станет как минимум таким же быстрым, как вентиляционный поток анализатора. Это позволит регулятору управлять входным давлением при изменении исходного давления. Если вы ожидаете, что давление в источнике будет сильно изменяться, отрегулируйте R1, чтобы создать небольшой объем байпасного потока при самом низком ожидаемом давлении в источнике.

Давление, контролируемое регулятором противодавления в сочетании с ограничителями потока R1 и R2, позволяет контролировать поток в анализатор и в вентиляционную линию.

Поскольку эти три компонента контролируют поток в анализатор и байпасный поток, игольчатый клапан или другое ограничительное устройство в байпасной вентиляционной линии не требуется. Однако байпасный расходомер без игольчатого клапана полезен для подтверждения того, что регулятор пропускает некоторый поток и контролирует давление на входе.

Последовательное использование регуляторов давления и обратного давления

Как показано на рис. 2, возникает еще одна ошибка проектирования, когда регулятор обратного давления размещается сразу после регулятора, снижающего давление. Так как два регулятора не могут контролировать одно и то же давление - один из них должен проигрывать.

Чтобы продемонстрировать эту потерю, рассмотрим две ситуации. Во-первых, если уставка регулятора обратного давления выше, чем давление, поступающее в него от регулятора, расположенного выше по потоку, он останется закрытым, так как недостаточно силы, чтобы поднять тарелку противодавления с седла и пропустить поток через клапан. регулятор обратного давления. В этом сценарии байпасного потока не будет, так как регулятор обратного давления останется закрытым.

Во втором случае уставка регулятора обратного давления ниже. Поскольку поток теперь увеличивается, давление нагнетания от редукционного регулятора будет уменьшаться со скоростью кривой падения регулятора выше по потоку. Скорость потока резко возрастает, толкая регулятор обратного давления вверх по кривой накопления и повышая давление на входе.

Результат этого увеличения зависит от настроек двух регуляторов:

• Если две настройки близки, скорость потока будет увеличиваться до тех пор, пока падение давления на выходе из первого регулятора не совпадет с давлением накопления во втором регуляторе. Но это приводит к очень высокой скорости потока.
• Если две настройки находятся дальше друг от друга, скорость потока будет увеличиваться до тех пор, пока этот регулятор не перестанет контролироваться. Один регулятор будет контролировать давление, а другой станет ограничителем потока.

Скорость байпасного потока зависит от разницы между двумя заданными значениями. Он увеличивается до тех пор, пока регуляторы не «объявят перемирие». Когда давление на входе изменяется или расход к анализатору меняется, два регулятора пытаются удерживать промежуточное давление между их уставками, но с неопределенными результатами. Это показано на рисунке 3.

Это не означает, что два регулятора не могут работать последовательно, но единственный способ добиться успеха — установить между ними ограничитель потока. На рис. 4 показан этот сценарий, при котором при правильных настройках оба регулятора работают должным образом, а давление постоянно на каждом конце двух дросселей. Постоянство этого давления обеспечивает стабильный поток и защищает анализатор от колебаний давления источника и сброса.

Правильно работающая система

Чтобы гарантировать надлежащее функционирование регулятора обратного давления, необходимо тщательно спроектировать систему отбора проб, чтобы убедиться, что регулятор выполняет свою работу по контролю давления. Слишком высокое или слишком низкое давление может привести к повреждению или задержкам в системе.

Если у вас есть вопросы по настройке регуляторов в ваших системах отбора проб, мы можем помочь. Выездные инженеры Swagelok могут посетить ваши предприятия, чтобы оценить вашу систему отбора проб, дать рекомендации по проектированию или устранить неполадки. Кроме того, вы можете узнать все о проектировании и использовании системы отбора проб на наших учебных курсах по системе отбора проб Process Analyzer (PASS) или по решению проблем и обслуживанию системы отбора проб (SSM).