Fail-Open versus Fail-Closed versus Fail-in-Place regelkleppen

Wat moet een regelklep doen als het regelsignaal, de instrumentlucht of de elektrische voeding wegvalt? Het antwoord hangt af van het proces en de gevolgen van het verlies van controle.

Een klep moet mogelijk openen om de koelstroom te handhaven, sluiten om een gevaarlijke toevoer af te sluiten, of dicht bij de laatste positie blijven om procesverstoringen te minimaliseren. Deze gedragingen worden gewoonlijk beschreven als fail-open, fail-closed en fail-in-place.

Het selecteren van de juiste storingsactie is een technische beslissing die gebonden is aan de procesveiligheidseisen, en niet simpelweg een voorkeur voor een bepaald type actuator.

Een fail-open regelklep is ontworpen om naar de open positie te bewegen na een gedefinieerde storingsconditie.

Deze actie kan passend zijn wanneer het handhaven van de stroom noodzakelijk is om risico's te verminderen. Bijvoorbeeld, een koelwaterklep kan ontworpen zijn om te openen bij verlies van de regelsturing, als voortdurende koeling de vereiste veilige reactie is.

Een veelvoorkomende opstelling maakt gebruik van een pneumatische actuator met een veerretourmechanisme. Tijdens normale werking beweegt de luchtdruk de actuator tegen de veer in. Wanneer de relevante luchttoevoer wegvalt, drijft de veer de klep naar de aangewezen storingspositie.

Fail-open gedrag mag echter nooit alleen uit de actuator worden aangenomen. Kleporiëntatie, actuatorconfiguratie, accessoires en het gespecificeerde storingsscenario moeten allemaal worden geverifieerd.

Een fail-closed klep beweegt naar de gesloten positie onder de gespecificeerde storingsconditie.

Dit kan vereist zijn om brandstof, chemische toevoer of een andere processtroom af te sluiten wanneer voortdurende stroom een gevaarlijke situatie kan creëren.

Veerretouractuators kunnen deze functie bieden wanneer ze zo zijn geconfigureerd dat ze de klep sluiten bij wegvallen van de luchtdruk. Een geschikte magneetklep of ander regelaccessoire kan worden gebruikt waar vereist door het systeemontwerp.

Het belangrijke punt is dat fail-closed niet betekent dat elke klep in een proces moet sluiten als er iets misgaat. Het sluiten van een klep kan zelf risico's met zich meebrengen, zoals het onderbreken van essentiële koeling of het vasthouden van druk. De veilige actie moet worden vastgesteld door middel van procesrisicoanalyse en de toepasselijke veiligheidseisen.

Fail-in-place beschrijft over het algemeen een opstelling die bedoeld is om de klep dicht bij de bestaande positie te houden na een gespecificeerde storing, in plaats van deze opzettelijk volledig open of gesloten te drijven.

Dit kan helpen om abrupte procesveranderingen te verminderen wanneer een plotselinge beweging ongewenst zou zijn. Het handhaven van de positie na verlies van lucht of stroom vereist echter een opstelling die in staat is om de vereiste actuator kracht of positie te behouden.

Een dubbelwerkende pneumatische actuator alleen garandeert geen fail-in-place gedrag. Als beide zijden van de actuator hun effectieve druk verliezen, kan de klep bewegen door proceskrachten, wrijving, lekkage of andere externe invloeden.

Een vergrendelklep, geschikte pneumatische accessoires of een speciale positiehoudende opstelling kunnen in sommige ontwerpen worden gebruikt. Het werkelijke gedrag hangt af van hoe de complete assemblage reageert op de specifieke storing.

Fail-in-place mag niet automatisch als de veiligste optie worden beschouwd. Als de kleppositie na een storing ongeschikt is voor het proces, kan het vasthouden ervan het gevaar verlengen.

De actuator is een belangrijk onderdeel van het ontwerp van de storingsactie.

Veerretour pneumatische actuatoren gebruiken een veer om de klep naar een vooraf bepaalde positie te bewegen wanneer de relevante luchtdruk wegvalt. Ze worden vaak gebruikt waar een gedefinieerde fail-open of fail-closed reactie vereist is.

Dubbelwerkende pneumatische actuatoren gebruiken luchtdruk om beweging in beide richtingen aan te drijven. Ze kunnen aanzienlijke bedrijfskrachten leveren, maar een gedefinieerde storingsreactie vereist aanvullende overweging van hoe de luchtdruk wordt gehandhaafd, vrijgegeven of omgeleid.

Elektrische actuatoren kunnen verschillende reacties hebben, afhankelijk van hun gedrag bij stroomverlies, opgeslagen energie, back-upstroom en actuatorconfiguratie. Sommige systemen kunnen naar een vooraf bepaalde positie bewegen, terwijl andere kunnen stoppen waar ze zijn. Het specifieke ontwerp moet worden geverifieerd.

Voor elk type actuator moeten het vereiste koppel of de stuwkracht, proceskrachten, slag en klepbedrijfsvoorwaarden samen worden overwogen.

Pneumatische vergrendelkleppen worden in bepaalde systemen gebruikt om de luchtdruk aan de actuatorzijde te behouden wanneer de toevoerdruk onder een bepaald niveau daalt. Ze kunnen onbedoelde klepbewegingen voorkomen tijdens een storing in de luchttoevoer.

Voorbeelden van gerelateerde producten zijn de Fisher 377 trip valve en vergrendeloplossingen van SMC of andere leveranciers van pneumatische besturingen. Deze producten dienen verschillende functies en mogen niet als onderling uitwisselbaar worden beschouwd.

Een vergrendelklep zorgt er niet automatisch voor dat een regelklep fail-in-place is onder elke storingsconditie. Lekkage, actuatorintegriteit, klefkrachten, leidingconfiguratie en de specifieke accessoireconfiguratie beïnvloeden allemaal het resultaat.

Als stroomverlies ook deel uitmaakt van het ontwerpscenario, moet de reactie van de positioner, magneetklep en andere elektrische accessoires afzonderlijk worden geëvalueerd.

Beantwoord deze vragen voordat u een regelklep specificeert:

1. Wat gebeurt er als de klep open blijft tijdens een storing?

2. Wat gebeurt er als de klep plotseling sluit?

3. Is voortdurende koeling, ventilatie of minimale stroom vereist?

4. Kan het procesmedium een brand, giftige uitstoot, overdruk of milieu gevaar veroorzaken?

5. Op welke nutsvoorziening storing moet de klep reageren: instrumentlucht, elektrische voeding, regelsignaal, of meer dan één?

6. Is een gedefinieerde beweging vereist, of is het handhaven van de bestaande positie acceptabel?

7. Hoe wordt de werkelijke storingsactie van de klep getest en geverifieerd?

De antwoorden moeten worden gedocumenteerd in de specificatie van de regelklep en gecoördineerd met het procesbesturings- en veiligheidssysteemontwerp.

Een veelvoorkomende fout is de aanname dat een 4–20 mA signaalstoring en een instrumentluchtstoring hetzelfde resultaat opleveren. Ze kunnen verschillende acties triggeren, afhankelijk van de configuratie.

Een andere is het selecteren van een veerretour actuator zonder te controleren of de beschikbare output voldoende is onder de werkelijke procesomstandigheden.

Het is ook belangrijk om niet alleen te vertrouwen op de positioner instelling. Een commando dat een bepaalde kleppositie aanvraagt, is niet noodzakelijkerwijs hetzelfde als een mechanisch gegarandeerde reactie nadat alle nutsvoorzieningen zijn weggevallen.

Ten slotte moet de gespecificeerde storingsactie worden bevestigd tijdens de ingebruikname met behulp van een goedgekeurde testprocedure en passende procesbeveiligingen.

Fail-open, fail-closed en fail-in-place opstellingen dienen verschillende procesbehoeften. De juiste keuze hangt af van de gevolgen van voortdurende stroom, onderbroken stroom, of plotselinge klepbeweging onder de gespecificeerde storingscondities.

Veerretour actuatoren, dubbelwerkende actuatoren, positioners en vergrendel accessoires kunnen allemaal een rol spelen, maar de complete assemblage moet als een systeem worden geëvalueerd.

Voor projectaankopen helpt het duidelijk specificeren van de vereiste storingsactie en het exacte storingsscenario om verkeerd passende actuatorpakketten en onverwacht gedrag tijdens de ingebruikname te voorkomen.