Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение поворотной арматуры в металлургии»

Вариации хода штока (Гистерезис). При каждом значении управляющего давления находят разность между действительными значениями прямого и обратного ходов штока. Вариацию определяют как отношение, выраженное в процентах, наибольшей разности между значениями прямого и обратного ходов штока при одном и том же значении управляющего давления к номинальному ходу.

Наибольшее распространение среди регулирующих клапанов с линейным движением штока занимают регулирующие двухседельные вентили с мембранным исполнительным механизмом. Допустимый порог чувствительности таких клапанов с МИМ составляет не более 3Па. Пропускная характеристика может быть, как линейная, так и равнопроцентная. Таблица заменяемости двухседельных клапанов на поворотные шаровые регулирующие клапаны приведена ниже.

Табл. 2.3. Заменяемость двухседельных вентилей на поворотные шаровые краны

– Окончательная возможность замены определяется расчетом.

– Возможность замены угловых клапанов зависит от расчетного перепада давлений.

ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ

Чтобы обеспечить точность выполнения командного сигнала с минимальной погрешностью клапан должен быть спозиционирован. Основной проблемой без применения позиционеров было значительное рассогласование хода штока по отношению к управляющему сигналу.

Позиционер представляет собой устройство, предназначенное для управления перемещением штока строго пропорционально командному давлению путем использования обратной связи по положению штока. Общим принципом работы позиционеров является компенсация усилия в чувствительном элементе позиционера. При этом исключается влияние сил трения, неуравновешенности штока и плунжера и сводится к минимуму рассогласование между командным давлением и действительным ходом плунжера. Если этого не проводить, то рассогласование может достичь 30%, что характерно для мембранных регулирующих вентилей. Пневматические позиционеры позволяют уменьшить рассогласование до 1,5 -2%, снижают запаздывание регулирующих клапанов, поскольку их объем во много раз меньше мембранной камеры МИМ. Основная система управления при этом была пневматическая. Каналы пневмосетей также оставались в значительной степени инерционными. Для повышения качества связи между позиционером и системой автоматического управления, начиная с 60-х годов, широко использовались системы управления, основанные на передаче электрического командного сигнала. В электропневматических позиционерах, работающих на аналоговом принципе электрическое реле переводит пневматический сигнал в электрический. Этим значительно повышаются точность позиционирования. Следующей ступенью стали позиционеры, работающие по протоколу HART, переводящие аналоговый сигнал в цифровой. При этом качество сигнала и помехоустойчивость сетей в значительной степени повысилась. После освоения протоколов HART позиционеры в последнее время появились цифровые позиционеры, например серии ND9000, основанные на преобразовании сигналов от сенсоров в цифровой.

Сам позиционер стал насыщаться сенсорами, поскольку цифровой канал связи обеспечил большие возможности для реализации, как алгоритмов регулирования, так и собственной диагностики.

Интересно отметить, что промежуточной формой внедрения позиционеров и большего перехода к цифровым системам стали цифровые позиционеры, устанавливаемые на регулирующих вентилях с линейным ходом штока и мембранным исполнительным механизмом. В дальнейшем после освоения цифрового позиционера оптимальным является замена регулирующих вентилей с линейным перемещением штока на поворотные регулирующие клапаны. Для вентилей и задвижек с диам. более 100мм требуются специальные рычажные передачи с большим количеством механических звеньев, обязательна ступенчатая регулировка передаточного отношения, поскольку только благодаря этому выходное звено арматуры с линейным ходом штока получает увеличенный ход. Из-за значительного нарастания погрешностей в связи с множеством механических передаточных звеньев, длинного хода штока переход на регулирующие поворотные клапаны с позиционерами оптимально производить с указанного диаметра.

РЕГУЛИРУЮЩИЕ ПОВОРОТНЫЕ ЗАСЛОНКИ

Заслонки регулирующие находят применение вплоть до давлений 6,4МПа, Dу 400мм и предназначаются для регулирования расхода пара при температуре не более 425^оС. Их работоспособность ограничивается перепадом давлений на рабочем органе и ранее составлял не более 0,025МПа. В настоящее время при использовании заслонок с эксцентриковым смещением удается значительно повышать допустимый перепад давлений.

ЗАМЕНА РЕГУЛЯТОРОВ ДАВЛЕНИЯ

Регуляторы давления – это автоматическая арматура с линейным движением штока, с чувствительным элементом, которым выступает резиновая мембрана. Формирование силового воздействия осуществляется нагружением грузом или пружиной. Действие регулятора происходит за счет использования энергии рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. При изменении давления на участке трубопровода, настроенная пружина отрабатывает степень открытия регулирующего органа регулятора до тех пор, пока не восстановится исходная величина давления.

Для регуляторов используются в основном только тарельчатые двухседельные клапаны с мембранным рычажно-грузовым приводом. Этим обусловливается то, что ход штока будет незначителен. Расчетная длина хода составляет не более 0.15 диаметра отверстия в седле клапана.

Проблемой использования мембранных приводов является то, что они одновременно являются и приводом и чувствительным элементом. Поэтому их применение возможно только для малых диаметров арматуры, где погрешность движения привода близка к погрешности чувствительного элемента. Применение формованной мембраны большого диаметра нецелесообразно, поскольку такая мембрана является элементом повышенной чувствительности, и при малых изменениях давления будет приводить к резким перемещениям штока с большой амплитудой и ударам плунжера о седло. Для решения проблемы применяют малую плоскую мембрану. Однако она создает менее чувствительную систему за счет повышения жесткости. Достигаемая характеристика в большей степени может быть приближена только к пропорциональной. Однако это происходит за счет повышения неравномерности величины отрегулированного давления. Таким образом, применение регуляторов для трубопроводов крупного диаметра ограничено.

Точность работы регулятора давления характеризуется степенью неравномерности, определяемая отклонением действительной величины отрегулированного давления в процентах от номинальной настроенной. Несовпадение этих величин вызывается том, что с повышением расхода повышается отрегулированное давление в зависимости от жесткости мембраны и пружины привода. На точность работы регулирующего клапана и регулятора давления оказывает влияние и порог чувствительности, определяемый минимальной величиной изменения давления, необходимой для того, чтобы плунжер изменил свое направление на обратное. Замена регуляторов на регулирующие клапаны для целей повышения точности и управляемости режимом работы контура регулирования является актуальной задачей.

Задачами, которыми могут решить регулирующие клапаны при установке взамен регуляторов может быть уменьшение степени неравномерности действий (для регуляторов они составляют до 20% даже для диам. 50-80мм) при пороге чувствительности 0,03-0,05МПа.

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ АРМАТУРА

В энергетике и металлургии существует ряд контуров, где при нарушении нормального хода технологического процесса требуется быстро отключить подачу среды. Основной проблемой является необходимость выполнения жестких требований, как правило, нормируемых надзорными организациями по скорости закрытия – открытия затвора. В частности, для многих узлов быстрой и аварийной отсечки нормируются значения времени открытия-закрытия от 0,5 до 1-2 сек. К ним относятся, например, клапаны быстрой отсечки турбин, байпаса, антипомпажа, защиты в горелочном оборудовании, участки аварийной отсечки и вентилирования. В состав защитной арматуры могут входить поворотные отсечные клапаны. Ими являются, как правило, поворотные заслонки с пневмо и электроприводом. Они успешно заменяют собой отсечные клапаны с линейным движением штока с мембранным исполнительным механизмом. Основной причиной является значительно меньший ход штока при повороте по сравнению со значительной длиной хода штока при закрытии, например, при помощи задвижки или вентиля.

2.2. Критические контуры регулирования на примере ТЭС металлургического производства

Понимание, того, что не все контуры одинаковы, является важным для понимания важности замены одних клапанов более совершенными в первую очередь. Критическими контурами регулирования назовем контуры, где соотношение параметров на входе к параметру на выходе превышает критическое отношение. Небольшая погрешность регулирования на входе приводит к недопустимому превышению допусков по параметру на выходе. Рассмотрим основные контуры регулирования на примере ТЭС.

Цель работы ТЭС – отпуск теплового агента в виде пара или горячей воды с определенным параметрами расхода, температуры и обеспечение тепловодяного баланса. Дополнительными требованиями являются само качество воды, степень ее жесткости и насыщенность неконденсирующимися газами.

В работе ТЭС возникает множество возмущающих воздействий, от изменения погодных условий при работе на обогрев, до особенностей изменения работы теплопотребляющих агрегатов. Основными показателями, характеризующими технологический режим ТЭС, являются температура Т, напор Н и расход Q теплового агента. Основным оборудованием с точки зрения регулирования являются: