Как спрогнозировать надежность механических клапанов?

Регулярный контроль за работой клапанов поможет избежать проблем.

Исполнительные элементы играют важную роль в основной системе управления технологическими процессами.

 

Контур управления для основной системы управления технологическими процессами, состоящий из передатчика, контроллера и регулирующего клапана, действует в динамических условиях, выходы постоянно регулируются для управления процессом.

 

Четкое понимание механизмов отказа электронных компонентов и механических деталей поможет конечным пользователям более оптимально и точно проектировать устройства, связанные с основной системой управления технологическими процессами. Это способствует устранению преждевременных отказов и нежелательных отключений установок в ходе нормальной работы. А также помогает конечным пользователям определить, какие системы больше подходят для их целей, что приводит к экономии денежных средств.

 

Механические клапаны, используемые для исполнительных элементов основной системы управления технологическими процессами, лежат в основе управления процессами. Оптимальные характеристики установки зависят от надлежащего функционирования исполнительных элементов. Хотя исполнительные элементы играют ведущую роль в управлении процессами, представителей промышленности заботит доступность установок, эффективность контуров и долговечность оборудования.

 

На работу клапанов могут влиять изменения условий технологического процесса. В отличие от электронных устройств, снижение работоспособности механических элементов имеет конкретные проявления, в зависимости от области применения, технологической среды, физических свойств среды, перепадов давления, температуры, событий в ходе эксплуатации, подхода к техническому обслуживанию и условий окружающей среды. В механические клапаны с пневматическим компонентами изначально заложены ограничения функциональности. Их калибровка, конфигурирование, регулировка нуля и шкалы выполняются вручную, что зачастую достаточно сложно и требует высокого уровня знаний. Эти трудности также замедляют процесс установки и ввода в эксплуатацию.

 

К тому же, механические клапаны могут испытывать проблемы с надежностью. К примеру, внешние факторы (качество воздуха, температура, влажность и т.д.) могут вызвать ускоренный износ мягких деталей и точечную коррозию в распределительной коробке, а другие условия окружающей среды могут привести к коррозии деталей и утечкам.

 

Вибрация может привести к отклонению от калибровки, потере обратной связи по перемещению и механических связей. Общий износ может привести к нестабильности и некорректному функционированию клапана.

 

Механические клапаны могут быть подвержены снижению эффективности, что влечет за собой такие проблемы, как изменчивость процесса и перебои связи клапана и контроллера. Для усовершенствованного управления технологическим процессом необходимы более жесткие средства контроля, поскольку требования к производительности повышены.

 

Графики технического обслуживания и нормативные требования предписывают в обязательном порядке проводить регулярное обслуживание, чтобы избежать механических повреждений, однако в условиях постоянного экономического давления и конкурентной борьбы многие отрасли продолжают работать без остановок слишком долго. Поэтому важно спрогнозировать состояние механических клапанов заранее, до возникновения непредвиденных проблем.

 

Однако из-за отсутствия методов диагностики механических клапанов их состояние предугадать достаточно сложно. Проводить проверку вручную долго и кропотливо, при этом требуются частые остановки оборудования. Также нет возможностей для удаленного сбора данных и анализа.

 

Использование цифровых контроллеров клапанов

 

Благодаря цифровым технологиям стало возможно использовать цифровой контроллер клапана в рамках прогностического технического обслуживания, поскольку он позволяет анализировать снижение функциональности клапана, что особенно необходимо для критически важных элементов в системах управления. Это может способствовать сокращению объема планового технического обслуживания.

 

Можно заменить аналоговые исполнительные элементы на цифровые. Все, что для этого нужно, - перейти с уже установленного оборудования на "умное", на базе микропроцессоров.

 

Микропроцессорные цифровые контроллеры клапанов уже какое-то время применяются в промышленности. Эти интеллектуальные устройства позиционирования выполняют традиционную функцию преобразования сигнала тока в сигнал давления для управления клапаном. В них также может использоваться цифровой протокол передачи данных, обеспечивающий простой доступ к информации, важной для функционирования процесса, и возможность интеграции этой информации в систему управления.

 

Таким образом, контроллер может оказаться полезным для прогностического технического обслуживания, поскольку позволяет анализировать снижение функциональности клапана и сокращает объем планового обслуживания.

 

Используя различные промышленные протоколы связи, контроллер устанавливает связь с цифровой экосистемой промышленного интернета вещей для объединения всех данных системы. Расширенная диагностика, доступная для цифровых устройств, предоставляет подробную информацию о состоянии регулирующих клапанов, позволяя спрогнозировать потенциальные условия отказов до их возникновения.

 

Цифровое решение для клапанов функционально с самого начала, предполагает автоматическую калибровку, простую для пользователя конфигурацию и мастер настройки. Оно обеспечивает точный контроль за состоянием клапанов и выдает ряд важный уведомлений относительно оборудования.

 

Прогностическое техническое обслуживание

 

Средства коммуникации передают важные данные о состоянии устройств, которые помогают спрогнозировать показатели функциональности клапана в будущем. Это позволяет перейти с профилактического обслуживания на прогностическое.

 

Это повышает надежность и предоставляет более открытый доступ для специалистов по клапанам, находящимся как на предприятии, так и за его пределами, которые могут использовать данные для улучшения работы клапанов и снижения нестабильности контура.

 

Цифровые контроллеры клапанов могут помочь выявить следующие потенциальные проблемы:

 

  • ухудшение состояния седла клапана;
  • внутреннее истирание;
  • ограничение нисходящего потока;
  • необходимость настройки переключения клапана;
  • сбой обратной связи/соединений;
  • утечки привода и трубопровода;
  • отказ датчика перемещения;
  • трение;
  • неисправность датчика давления;
  • сбой настроек;
  • проблемы с преобразователем ток-давление и реле;
  • смещение рычага;
  • недостаточная подача давления.

 

Прогностический подход делает техническое обслуживание более эффективным, упрощая приобретение необходимых запасных частей без необходимости их продолжительного хранения. Планирование отключений, ремонта и возвращения в эксплуатацию также важно, поскольку участки, которым срочно требуется уделить внимание, можно определить по цифровой сигнатуре клапана, пока клапаны еще работают, что сэкономит затраты на демонтаж клапана и его отправку на ремонт.

 

Сигнатура клапана - это отличное средств обнаружения проблемных областей (зона седла, крышка клапана, протечка сальника; проблемы, связанные с приводом, например, утечка на линии под давлением, избыточный ход, поврежденная мембрана и т.д.). Это помогает сэкономить время, что крайне важно для работы предприятия, и снижает затраты благодаря тому, что работать нужно лишь с определенной частью клапанной системы.

 

К тому же, постоянно поддерживая низкую степень изменчивости технологического процесса, удерживая характеристики клапана на заданных значениях, можно повысить эффективность производства и предотвратить внеплановые отключения оборудования. Регулярное наблюдение за клапанами помогает обнаружить ухудшение их характеристик и исправить ситуацию, предотвращая потенциальный отказ, который может привести к отключению оборудования, угрозе для окружающей среды и безопасности персонала.

 

Мониторинг в режиме реального времени помогает выявить проблему и определить возможную причину, решение и рекомендованные меры исправления. К примеру, на одной электростанции для контроля за исполнительными элементами использовалось цифровое решение. Программа диагностики выявила проблему в определенной области клапанной сборки и выдала предупреждение желтого цвета, сопровождаемое списком вероятных причин в журнале регистрации событий. Дополнительный контроль показал, что характеристики пневматических компонентов продолжили ухудшаться, что привело к выдаче предупреждения красного цвета.  Данные подтвердили изначальное подозрение, что причина неисправности заключалась в указанном компоненте. После принятия рекомендованных мер (повышения давления для устранения препятствий в пневматической линии) нормальная работа была восстановлена. Это помогло избежать дорогостоящего простоя.

 

Цифровые технологии также позволяют получать данные удаленно, вместо того, чтобы отправлять работников в опасные и труднодоступные зоны. Технические специалисты также калибруют и конфигурируют регулирующие клапаны непосредственно из аппаратной.

 

Объединив цифровые технологии и прогностическое техническое обслуживание, можно запланировать ремонт регулирующих клапанов, чтобы избежать внеплановых отключений и повысить безопасность технологического процесса. Это обеспечивает экономию затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание, при этом гарантируя безопасную и оптимальную работу предприятия.

 

Рийаз Али - старший управляющий по приборостроению в компании Emerson. Дополнительная информация представлена на сайте www.emerson.com.