Курс «Современный ТРИЗ». Модуль «Алгоритм решения инжиниринговых задач АРИнЗ»

Таким образом, небольшой конфликт уже налицо. Современные распределенные системы автоматизации требуют и цифровых исполнительных устройств, а не достаточно устаревшего HART протокола…

Изменения в связи с ростом степени автоматизации

Благодаря появлению в системах автоматизации дополнительных функций, насыщенность технологических схем исполнительными и регулирующими органами значительно возросла. Количество регулирующих клапанов и функционально связанной с ними запорной арматуры также резко возросло, в связи, с чем актуальным становится вопрос использования клапанов и арматуры, имеющих значительно большую способность к интеграции в системы АСУ ТП, но и желательно, обладающих одновременно и регулирующей и отсечной способностью. Такие решения уже есть, например, у компании Jamesbury.

Рис. 2. Клапаны с конструктивными элементами, предназначенный для интеграции в системы автоматизации.

Изменения в арматурном хозяйстве предприятий

За последние 10–15 лет произошли существенные изменения в арматурном хозяйстве предприятий химической отрасли. Наблюдается устойчивая постоянная тенденция к замене клапанов возвратно-поступательного действия поворотной арматурой. Это особенно выражено в регулирующей арматуре. Возросла роль автоматизации в диагностировании массы однотипного оборудования в т.ч. и (арматуры), постоянно осуществляется перевод систем на цифровую обработку сигналов.

Наверное, можно сказать, что вторая по приоритетности задача будет – уменьшение затрат на обслуживание через полное применение автоматизации диагностики клапанов.

Широкое применение поворотной арматуры и замена седельных клапанов и задвижек

Если в старых решениях в основном применялись вентили, шиберные и клиновые задвижки и только мембранные и поршневые приводы и аналоговые позиционеры, в независимости от типа контура, то в настоящее время выделяются критические контуры регулирования, где необходимость снижения колебательности процесса наиболее высока. Это особенно связано с ростом использования в схемах автоматических анализаторов, а также увеличением числа измерительных контуров в целом. Для таких контуров регулирования все больше применяются специализированные мембранные приводы (для четвертьоборотных клапанов) и интеллектуальные цифровые позиционеры с применением системы диагностики.

Наиболее серьезным преимуществом поворотной арматуры в кристаллизующихся и загрязненных средах содового производства может быть малая площадь износа, концентрирующаяся только в месте трения и не являющаяся лифтом абразивных частиц к сальнику как в случае с клапанами возвратно-поступательного типа.

Будем использовать эти преимущества специальной арматуры Метсо, см. рис.3.

Рис. 3. Преимущества работы поворотной арматуры в тяжелых средах.

Эффективное применение поворотной арматуры должно привести к стабилизации области износа, росту количества циклов срабатывания, меньшим простоям, снижению затрат на техническое обслуживание и увеличению непрерывной работы. Ниже показываем иллюстрацию, рис.4.

Рис. 4. Сравнение поворотной и линейной арматуры. Большее число циклов при непрерывной работе – меньше простоев.

Специализация клапанов и специальные клапаны для сложных сред

Для сложных сред (перекись, щелочи, хлор, хлорсодержащие среды) созданы клапаны, имеющие высокий уровень защищенности, начиная от качества арматурного литья и до систем диагностики, сертифицированных по международным нормам безопасности, включая хлорбезопасность. Важность этого вопроса, где 95% сред имеют ионы хлора, наверное, не вызывает сомнений, рис.5.

Рис. 5. Клапан Jamesbury, сертифицированный для работы в щелочных производствах

Изменения в расчетах клапанов

Значительно усовершенствовались системы расчета регулирующих клапанов для сложных сред в т.ч. и химических производств. Только за последние несколько лет количество протестированных и теперь успешно рассчитываемых сред программой Nelprof выросло до 500, как и возможности коррозионного расчета материала относительно конкретных параметров среды и ее протекания через клапаны, рис.6.

Рис.6. Современные системы расчета клапанов на основе моделирования

Рис. 7. Характеристики разных типов клапанов

Все это без сомнения даст определенные преимущества для подготавливаемого предложения, особенно в качестве регулирования и повышения точности, рис.8

Рис. 8. Уменьшение вариабельности процесса при замене седловых клапанов на высокоточный клапан Neles ACE

Повышение интеллектуальности арматуры

Увеличение интеллектуальности и сложности клапанов, повышение требований к надежности и высокой скорости обработки информации привели к необходимости развития диагностики и сервиса. Для этих целей все больше привлекаются квалифицированные и сертифицированные производителем специалисты сервисных центров. Для поддержки клапанов в эффективном рабочем состоянии и с ростом использования цифровой технологии практически обязательным становится использование встроенных систем диагностики.

Происходит постоянное совершенствование самих клапанов и их инструментария. Наибольшему изменению подверглись приводы и позиционеры, в которых все большую роль начинают играть цифровые позиционеры и приводы с минимальным трением и повышенной точностью выполнения задания. Системы пневматики и преобразования сигнала уже стали единым целым и все больше сочетаются с приводом, также полностью интегрируясь в единый преобразовательный блок. Для опасных производств разработаны специальные позиционеры и устройства интеллектуальной отсечки во взрывозащищенном исполнении, рис. 9,10.

Рис. 9. Система диагностики отсечных клапанов для опасных производств

Рис. 10. Позиционер ND во взрывобезопасном исполнении для опасных производств

Хотя для любого западного инвестора важность этого вопроса не вызывает сомнений, однако для предприятия, желающего шагнуть из 60-х годов 20-го века сразу в 21-й век, наверное, этот переход будет слишком тяжел. Ведь чтобы так широко шагнуть, нужно иметь и образованный по цифровым технологиям персонал, и вытекающую из его желаний зарплату, культуру производства и пр. Правда и ответ напрашивается сам собой – сделать проект вместе с внешним сервисным обслуживанием, когда бы цифровая арматура обслуживалась бы специалистами, имеющими знание и опыт. Но посмотрим…

Изменение требований к КИП и А

Учитывая более высокие требования цифровых устройств к воздуху, предприятия одновременно с модернизацией контуров регулирования проводят и дополнительные мероприятия по подготовке воздуха, одновременно модернизируя системы подготовки инструментального воздуха, или устанавливая фильтры-регуляторы, как на сами клапаны, так и на системы пневмораспределения в целом.

Объем вспомогательных работ может существенно увеличиться и бюджет слишком вырасти. Хотя это, по сути, и не наш вопрос, однако, он может повлиять на решение предприятия.