Экспертное руководство по настройке обратных редукторов для инженеров пробоотбора

Настройка обратного редуктора: советы для инженеров систем пробоотбора

Джон Кестнер, менеджер продукта

Обратные редукторы давления играют важную роль в поддержании давления вверх по течению и защите чувствительного оборудования в системах пробоотбора, используемых во многих промышленных объектах. Чтобы сделать правильное использование обратного редуктора, однако, инженерам систем пробоотбора должны остерегаться нескольких распространенных ошибок дизайна систем пробоотбора. Эти включают:

• Упущение важности вверх по течению потока-ограничивающего устройства
• Позволение слишком большого потока через анализатор
• Размещение редуктора снижения давления в серии с обратным редуктором без сопротивления потока между двумя устройствами

В этом посте блога мы обсудим лучшие практики для проектирования и строительства системы пробоотбора с использованием обратного редуктора и как избежать этих распространенных ошибок дизайна.

Настройка обратного редуктора

В отличие от редукторов снижения давления, обратный редуктор контролирует входное давление (давление вверх по течению) и обычно устанавливается в конце линии. С другой стороны, редуктор снижения давления контролирует выходное давление (давление вниз по течению) и обычно устанавливается в начале линии. Оба типа редукторов работают для балансировки сил, возникающих от системного давления, с нагрузочной силой в пружине, создаваемой при установке заданного давления.

Если этот баланс нарушается из-за внешнего повышения или снижения давления, клапан или клапан редуктора двинется либо ближе к, либо дальше от седла. В зависимости от природы движения клапана, это позволит потоку двигаться через отверстие редуктора легче или труднее до тех пор, пока редуктор не восстановит баланс.

Рисунок 1 показывает типичную настройку обратного редуктора для аналитической системы пробоотбора. Когда есть поток, который не используется анализатором (см. А на рисунке 1), работа редуктора — отвести этот поток в байпас. По мере изменения давления источника, редуктор также меняет количество отводимого потока, чтобы обеспечить, что постоянное давление поддерживается на входе редуктора и, следовательно, постоянный поток достигает анализатора.

Обратный редуктор требует некоторое ограничение потока (обычно игольчатый клапан) вверх по течению, чтобы помочь управлять входным давлением (см. R1 на рисунке 1). Если нет ограничения между обратным редуктором и системой (даже длинная длина трубопровода может иметь минимальное падение давления в газообразных системах), обратный редуктор откроется широко в попытке переместить достаточно газа, чтобы снизить давление вверх по течению. Это не будет эффективно. С ограничением на месте, однако, увеличенный расход приведет к увеличенному падению давления через это ограничение, помогая снизить давление вниз по течению.

Одна ошибка, которую проектировщики систем пробоотбора часто совершают — опускание ограничителей потока, думая, что обратный редуктор может контролировать давление вверх по течению напрямую. Но без ограничителя, когда системный поток меняется, было бы мало или никакого изменения давления. Редуктор продолжал бы тратить процессную жидкость в попытке увеличить поток, так как входное давление, которое он пытается контролировать, не показывало бы никаких изменений. Это может привести к тому, что редуктор будет полностью открыт.

Позволение большого потока через ограничитель анализатора (см. R2 на рисунке 1) — другая ошибка дизайна, потому что это может вызвать падение входного давления редуктора ниже его заданного давления. Это может привести к полному закрытию редуктора, ограничивая вент-поток. Для лучшего контроля вверх по течению ограничитель потока (R1) должен быть размерен, чтобы позволить некоторый поток идти через редуктор даже при максимальном расходе анализатора.

Чтобы настроить функциональную систему, как показано на рисунке 1, системные проектировщики должны начать с закрытия R2, настройки R1 для достаточного допуска байпас-потока для желаемого времени отклика анализа, а затем тонкой настройки R2 для желаемого расхода анализатора. Байпас-поток должен автоматически снизиться на ту же величину. Если нужно, медленно откройте R1, пока байпас-поток не будет по крайней мере таким же быстрым, как вент-поток анализатора. Это позволит редуктору контролировать свое входное давление, когда давление источника меняется. Если вы ожидаете, что давление источника будет меняться широко, настройте R1 для генерации небольшого количества байпас-потока при низшем ожидаемом давлении источника.

С давлением, контролируемым обратным редуктором в комбинации с ограничителями потока R1 и R2, мы можем контролировать поток к анализатору и к вент-линии.

Поскольку эти три компонента контролируют поток к анализатору и байпас-поток, игольчатый клапан или другое ограничивающее устройство в байпас-вент-линии не нужно. Однако байпас-потокомер без игольчатого клапана полезен для подтверждения, что редуктор пропускает некоторый поток и контролирует свое входное давление.

Использование редукторов снижения и обратных редукторов в серии

Как показано на рисунке 2, другая ошибка дизайна происходит, когда обратный редуктор размещается непосредственно после редуктора снижения давления. Поскольку два редуктора не могут контролировать одно и то же давление — один из них должен проиграть.

Чтобы продемонстрировать это проигрыш, рассмотрим две ситуации. Во-первых, если заданная точка обратного редуктора выше давления, приходящего в него от вверх по течению редуктора, он останется закрытым, так как нет достаточной силы для поднятия клапана обратного редуктора с седла и позволить поток через обратный редуктор. В этом сценарии не будет байпас-потока, так как обратный редуктор останется закрытым.

Во второй ситуации, заданная точка обратного редуктора ниже. Поскольку поток теперь увеличивается, давление выдачи от редуктора снижения давления снизится по скорости кривой дропа вверх по течению редуктора. Скорость потока резко возрастает, толкая обратный редуктор вверх по его кривой накопления и повышая его входное давление.

Результат этого повышения зависит от настроек двух редукторов:

• Если две настройки близки, скорость потока поднимется до тех пор, пока давление дропа от первого редуктора не совпадет с давлением накопления во втором. Но это приведет к очень высокой скорости потока.
• Если две настройки дальше разделены, скорость потока поднимется до тех пор, пока тот редуктор не перестанет быть в контроле. Один редуктор будет контролировать давление, а другой станет ограничителем потока.

Байпас-скорость потока зависит от разницы между двумя заданными точками. Она увеличивается до тех пор, пока редукторы не «объявят перемирие». Когда вверх по течению давление меняется или поток к анализатору варьируется, два редуктора пытаются удерживать промежуточное давление между их заданными точками, но с неопределенными результатами. Это иллюстрировано на рисунке 3.

Это не означает, что два редуктора не могут функционировать в серии, но единственный способ для этого успешно — иметь ограничитель потока между ними. Рисунок 4 показывает этот сценарий, при котором при правильных настройках оба редуктора работают так, как должны, и давление постоянно на каждом конце двух ограничителей. Последовательность этого давления позволяет потоку быть стабильным и защищает анализатор от вариаций источника и вент-давления.

Правильно функционирующая система

Чтобы гарантировать правильное функционирование обратного редуктора, система пробоотбора должна быть тщательно спроектирована, чтобы убедиться, что редуктор делает свою работу по контролю давления. Слишком высокое или слишком низкое давление может вызвать повреждение или задержки в системе.

Если у вас есть вопросы при настройке редукторов в ваших системах пробоотбора, мы можем помочь. Полевые инженеры Swagelok могут посетить ваши объекты для оценки вашей системы пробоотбора, консультировать по дизайну или устранять неисправности. Альтернативно, вы можете узнать все о дизайне и использовании системы пробоотбора через наши курсы обучения Process Analyzer Sampling System (PASS) или Sampling System Problem Solving and Maintenance (SSM).