Hoe pilootgestuurde zelfwerkende drukregelaars werken

Wat is een pilot-gestuurde zelfwerkende drukregelaar?

Een pilot-gestuurde zelfwerkende drukregelaar gebruikt de druk van het procesmedium als zijn energiebron. In tegenstelling tot een extern aangedreven regelklep, heeft deze geen elektrisch signaal of een apart pneumatisch regelsysteem nodig.

Dit type regelaar wordt vaak gebruikt voor drukregeling in toepassingen met lage druk, zoals stikstofafdekking (nitrogen blanketing) systemen. De pilot meet de downstream druk en regelt de opening van de hoofdklep om de tank- of leidingdruk dicht bij de ingestelde waarde te houden.

De basis regelkring is eenvoudig:

Downstream druk → Pilotmeting → Hoofdregelklepbesturing → Drukcorrectie

Voor stikstofafdekking toepassingen kan deze opstelling automatische drukregeling bieden en tegelijkertijd het systeem relatief eenvoudig houden.

Hoe werkt de regelaar?

De regelaar bestaat over het algemeen uit een hoofdregelklep, een pilotklep, een meetleiding, een veerinstelmechanisme en componenten voor de druktoevoer.

1. Drukinstelling

De veer in de pilot bepaalt de doeldruk.

Door de veervoorspanning aan te passen, kan de ingestelde druk worden gewijzigd. Nadat de vereiste druk is bereikt, moet de instelling worden vastgezet met de borgmoeren om onbedoelde veranderingen tijdens bedrijf te voorkomen.

2. Druksensor

De downstream druk wordt via de meetleiding in de membraankamer van de pilot geleid.

De gemeten druk werkt op het membraan of het meetelement en wordt vergeleken met de kracht die door de ingestelde veer wordt gegenereerd.

Het verschil tussen deze krachten bepaalt de positie van de pilotklep.

3. Besturing van de hoofdregelklep

Wanneer de downstream druk hoger is dan de ingestelde waarde, neemt de meetkracht toe. De pilot beweegt naar de gesloten positie en vermindert de druk die op de actuator kamer van de hoofdregelklep werkt. De hoofdregelklep beweegt vervolgens naar de gesloten positie, waardoor de stikstofstroom wordt verminderd.

Wanneer de downstream druk lager is dan de ingestelde waarde, wordt de veerkracht dominant. De pilot opent en laat de upstream druk in de actuator kamer van de hoofdregelklep stromen. De hoofdregelklep opent verder, waardoor de stikstofstroom toeneemt en de downstream druk helpt te herstellen.

Dit continue feedbackproces stelt de regelaar in staat om automatisch te reageren op veranderingen in de tankdruk.

Waarom wordt dit type klep gebruikt voor stikstofafdekking?

Stikstofafdekking systemen worden vaak gebruikt om een gecontroleerde druk in opslagtanks te handhaven en het risico op luchttoetreding in de tank te verminderen.

Een pilot-gestuurde zelfwerkende regelaar kan nuttig zijn in deze systemen omdat het drukregelmechanisme niet afhankelijk is van een externe stroombron.

Typische overwegingen zijn:

• Regeling van lage tankdruk
• Regeling van stikstofinlaat
• Bescherming van opslagtankdruk
• Drukstabilisatie
• Eenvoudige zelfwerkende regeling
• Continue reactie op downstream drukveranderingen

De werkelijke configuratie van de regelaar en het drukbereik moeten worden geselecteerd op basis van het tankontwerp, de stikstof toevoerdruk, de vereiste instelpunt, de doorstromingssnelheid en de bedrijfsomstandigheden.

Belangrijke instelpunten tijdens ingebruikname

Correcte instelling is belangrijk voor stabiele drukregeling. Drie gebieden verdienen bijzondere aandacht.

1. Instelpunt aanpassing

De pilotveer wordt gebruikt om de doeldruk in te stellen.

Voor de configuratie die in deze toepassing wordt beschreven:

• Draai met de klok mee om de gasinlaatinstelling te verhogen.
• Draai tegen de klok in om de instelling te verlagen.
• Na de aanpassing, draai de twee borgmoeren vast.

De exacte instelrichting moet altijd worden bevestigd aan de huidige bedieningsinstructies van de fabrikant, omdat pilotontwerpen kunnen verschillen.

2. Druk filterregelaar

De pilot-gestuurde klep gebruikt de upstream druk als aandrijfkracht en de downstream druk als regelsignaal.

De filterregelaar is daarom een belangrijk onderdeel van het systeem.

Voor de hier beschreven configuratie is de druk van de filterregelaar normaal gesproken rond 0,23–0,25 MPa.

Als de druk te laag is, reageert de hoofdregelklep mogelijk niet correct, zelfs niet wanneer de downstream druk verandert.

3. Instelling pilot gasverdeler

De zwarte dop wordt gebruikt als interne gasstroomverdeler.

De fabrieksinstelling voor deze klep is:

Draai met de klok mee vast, draai dan ongeveer 1/4 slag terug.

Normaal gesproken hoeft deze instelling niet te worden gewijzigd.

Als de pilotstroom te laag is, kan een kleine aanpassing met de klok mee de stroom verhogen. Als de stroom te hoog is, kan een kleine aanpassing tegen de klok in deze verminderen.

Vergeet na de aanpassing niet de borgmoer vast te zetten.

Veelvoorkomend probleem: Tankdruk is laag, maar de klep opent niet

Een veelvoorkomend probleem in het veld is dat de tankdruk onder het ingestelde punt daalt, maar de zelfwerkende klep weinig tot geen reactie vertoont.

Een praktische inspectiesequentie is:

1. Controleer de druk van de filterregelaar.
2. Controleer of de pilot voldoende aandrukdruk heeft.
3. Controleer de meetleiding op verstopping of abnormale druk.
4. Observeer of er een abnormale continue gasstroom is.
5. Inspecteer de zitting en de kern van de hoofdregelklep op interne lekkage.

Als de druk van de filterregelaar laag is terwijl een licht continu gasstroomgeluid hoorbaar is, moet interne lekkage van de klep worden overwogen.

Waarom treedt interne lekkage op?

Voor de Wuxi Intelligent V1 zelfwerkende klep die in deze toepassing wordt beschreven, gebruikt de klepkern een PTFE-materiaal.

Als vaste deeltjes of andere verontreinigingen aanwezig zijn in het medium, kunnen deze zich hechten aan de klepkern of het afdichtingsoppervlak.

Tijdens het sluiten van de klep kunnen deze deeltjes het PTFE-afdichtingsoppervlak krassen of beschadigen. Zodra het afdichtingsoppervlak beschadigd is, kan de klep niet meer volledig afsluiten.

Dit kan resulteren in continue stikstofstroom, zelfs wanneer de klep gesloten zou moeten zijn.

Het probleem is met name belangrijk in stikstofafdekking systemen, omdat continue lekkage de downstream druk geleidelijk kan verhogen.

Wat gebeurt er na interne lekkage?

Wanneer interne lekkage optreedt, kan stikstof blijven stromen naar de downstream zijde.

Naarmate de downstream druk toeneemt, kan de tank of het geregelde systeem uiteindelijk de beoogde drukbereik naderen of overschrijden.

Een ander probleem is dat drukregelingssystemen een reactietijd hebben. Zelfs wanneer de downstream druk een conditie bereikt die de reactie van de klep zou moeten activeren, reageert de klep mogelijk niet onmiddellijk.

Daarom is het simpelweg verhogen of opnieuw instellen van het ingestelde punt mogelijk niet de onderliggende oorzaak oplossen.

Als interne lekkage is bevestigd, is de meer geschikte aanpak om de klepkern en de afdichtingscomponenten te inspecteren en de beschadigde klepkern te vervangen indien nodig.

Hoe het risico op interne lekkage te verminderen

Voor pilot-gestuurde zelfwerkende regelaars die in stikstofsystemen worden gebruikt, kunnen verschillende onderhoudspraktijken helpen problemen te verminderen:

• Houd het upstream medium zo schoon mogelijk.
• Controleer de filterregelaar regelmatig.
• Inspecteer de meetleiding op verstopping of abnormale druk.
• Vermijd onnodige aanpassing van de pilotverdeler.
• Controleer de klepzitting en klepkern bij vermoeden van lekkage.
• Verifieer de werkelijke downstream druk ten opzichte van het ingestelde punt.
• Vervang beschadigde afdichtingscomponenten in plaats van herhaaldelijk de pilot aan te passen.
• Bevestig de werking van de regelaar na onderhoud.

Voor systemen met gevoelige drukvereisten is regelmatige inspectie bijzonder belangrijk, omdat een relatief kleine interne lekkage de downstream druk in de loop van de tijd kan blijven beïnvloeden.

Praktische checklist voor probleemoplossing

Onderhoudsaanbevelingen voor stikstofafdekking systemen

Het belangrijkste punt is om te onderscheiden tussen een probleem met de regelinstelling en een mechanisch afdichtingsprobleem.

Als het ingestelde punt onjuist is, kan het aanpassen van de pilotveer het probleem oplossen. Echter, als de klepkern of het afdichtingsoppervlak al beschadigd is, zal voortdurende aanpassing de juiste afsluiting niet herstellen.

Om deze reden, wanneer een tank abnormaal drukgedrag vertoont, moeten onderhoudspersoneel eerst de pilot toevoerdruk en het meet signaal controleren, en vervolgens de hoofdregelklep inspecteren op interne lekkage.

Voor de V1 klep configuratie die in dit artikel wordt besproken, is het vervangen van een beschadigde klepkern een belangrijke corrigerende maatregel wanneer PTFE-afdichtingsschade is bevestigd.

Conclusie

Pilot-gestuurde zelfwerkende drukregelaars bieden een relatief eenvoudige manier om druk te regelen zonder externe stroombron. In stikstofafdekking systemen gebruikt de pilot de downstream druk als feedbacksignaal en regelt de hoofdregelklep om de stikstofstroom te reguleren.

Echter, stabiele werking hangt af van meer dan alleen het druk ingestelde punt. Pilot toevoerdruk, meetleidingen, interne gasstroominstelling, klep reinheid en afdichtingsconditie beïnvloeden allemaal de prestaties van de regelaar.

Als een klep niet correct reageert of de downstream druk blijft stijgen, moet interne lekkage worden overwogen voordat herhaaldelijk de drukinstelling wordt aangepast.

Voor vervanging of projectvereisten, geef het klepmodellen, inlaatdruk, uitlaatdruk, vereiste doorstromingssnelheid, medium, temperatuur en aansluitinformatie zodat de geschikte zelfwerkende drukregelaar en vervangingsonderdelen kunnen worden gecontroleerd.