Un regolatore di pressione è solitamente un dispositivo di controllo della pressione autonomo che utilizza la pressione di processo e una molla interna, una membrana, un pistone o un sistema pilota per mantenere la pressione a monte o a valle senza un controller separato. Una valvola di controllo è normalmente l'elemento di controllo finale in un circuito esterno che utilizza un trasmettitore, un controller, un attuatore e spesso un posizionatore. Scegli un regolatore per un servizio di controllo della pressione locale definito quando la semplicità e l'indipendenza dalle utenze esterne sono importanti. Scegli una valvola di controllo quando il processo richiede modifiche del setpoint remoto, più variabili di controllo, una più ampia integrazione dell'automazione, diagnostica, azioni di guasto ingegnerizzate o controllo coordinato dell'impianto.
Un regolatore di pressione e una valvola di controllo possono sia regolare il fluido che modificare la pressione. Dall’esterno potrebbe addirittura sembrare che svolgano lo stesso lavoro. Ciò provoca una domanda comune sugli appalti:
Il progetto dovrebbe utilizzare un regolatore di pressione o una valvola di controllo?
La risposta corretta dipende meno dal corpo della valvola e più dall'architettura di controllo. Un regolatore solitamente rileva la pressione meccanicamente o tramite un pilota e si regola senza un controller separato. Una valvola di controllo riceve un comando da un sistema di controllo esterno e può rispondere a pressione, flusso, temperatura, livello o ad un'altra variabile misurata.
Questa guida mette a confronto valvola di controllo vs regolatore di pressione per principio di funzionamento, precisione, risposta al carico, servizi, automazione, azione in caso di guasto, manutenzione e rischio applicativo.
La differenza in una tabella
| Elemento di confronto | Regolatore di pressione | Valvola di controllo |
|---|---|---|
| Funzione primaria | Mantiene una pressione definita a monte o a valle. | Modula il flusso per controllare la pressione, il flusso, la temperatura, il livello o un'altra variabile di processo. |
| Segnale di controllo | Solitamente rileva la pressione di processo direttamente attraverso una membrana, un pistone, un soffietto o un pilota. | Riceve un comando esterno pneumatico, analogico, digitale o di comunicazione. |
| Potenza esterna | I regolatori ad azionamento diretto e pilotato funzionano comunemente senza alimentazione elettrica o pneumatica separata. | Normalmente richiede aria strumentale, elettricità, potenza idraulica o un altro attuatore. |
| Regolazione del setpoint | Spesso aggiustamento meccanico locale; il caricamento remoto è possibile su design selezionati. | Modificabile da remoto tramite PLC, DCS, controllore o logica di supervisione. |
| Ambito di controllo | Solitamente dedicato a una funzione di controllo della pressione. | Può partecipare a strategie di controllo a cascata, rapporto, override, split-range e multivariabile. |
| Complessità tipica | Compatto e autonomo. | Include valvola, attuatore, posizionatore, trasmettitore, controller e accessori. |
| Principali preoccupazioni relative alle prestazioni | Droop, lockup, effetto della pressione di alimentazione, creep, stabilità del pilota e limiti della curva di flusso. | Dimensionamento, guadagno installato, banda morta, forza dell'attuatore, messa a punto, cavitazione, rumore e integrità del segnale. |
Come funziona un regolatore di pressione
Un regolatore di pressione bilancia le forze necessarie per spostare un elemento interno della valvola. A seconda del modello, una molla o una pressione di carico agisce contro la pressione rilevata da una membrana, un pistone o un soffietto.
Il regolatore si apre o si chiude automaticamente al variare della domanda e della pressione. Normalmente non attende che un controller separato calcoli un segnale di uscita.
Regolatore di riduzione della pressione
Un regolatore di riduzione della pressione controlla la pressione a valle. Quando la domanda a valle aumenta e la pressione inizia a diminuire, il regolatore si apre ulteriormente. Quando la domanda a valle diminuisce e la pressione aumenta, il regolatore si sposta verso la posizione chiusa.
Gli usi tipici includono:
- Distribuzione del gas naturale
- Sistemi strumento-gas
- Riduzione della pressione del vapore
- Controllo della pressione dell'acqua e delle utenze
- Sistemi di bombole di gas e analizzatori
- Controllo della pressione in ingresso dell'apparecchiatura
Regolatore di contropressione
Un regolatore di contropressione controlla la pressione a monte del regolatore. Si apre quando la pressione a monte supera la condizione impostata e strozza per mantenere la pressione a monte richiesta.
Questo è diverso da una valvola limitatrice di pressione. Un regolatore di contropressione è un dispositivo di controllo del processo destinato al controllo continuo o modulante della pressione. Una valvola di sicurezza o di sicurezza è un dispositivo di protezione selezionato per scaricare la pressione in eccesso in condizioni di sovrapressione definite.
Per i fondamenti sulla protezione dalla sovrapressione, rivedere il Guida alle valvole limitatrici di pressione.
Regolatore ad azionamento diretto
Un regolatore ad azionamento diretto collega l'elemento sensibile direttamente al meccanismo interno della valvola. È relativamente semplice, compatto ed economico.
La sua idoneità dipende dalla variazione di pressione accettabile nell'intervallo di portata richiesto. Grandi cambiamenti nella domanda possono produrre una risposta proporzionale più ampia o un calo rispetto a quanto consentito dal processo.
Regolatore pilotato
Un regolatore pilotato utilizza un sistema pilota più piccolo per controllare la valvola principale. Il pilota rileva la pressione e utilizza il fluido di processo o la pressione di carico per posizionare la valvola principale.
I progetti ad azionamento pilotato possono fornire una capacità maggiore, una banda proporzionale più stretta o un migliore controllo della pressione in caso di variazione della domanda rispetto a un regolatore ad azionamento diretto di base. Sono ancora normalmente considerati autogestiti quando la pressione di processo fornisce l'energia operativa e non è richiesta alcuna utilità di impianto separata.
Come funziona una valvola di controllo
Una valvola di controllo è normalmente una parte di un sistema completo di feedback o comando.
Un tipico circuito di controllo della pressione include:
- Un trasmettitore di pressione misura la pressione di processo.
- Un controller confronta la misurazione con il setpoint richiesto.
- Il controller invia un comando al posizionatore o all'attuatore della valvola.
- L'attuatore sposta il trim della valvola.
- Il flusso modificato modifica la pressione di processo.
Non è necessario che la variabile controllata sia la pressione. È possibile selezionare lo stesso pacchetto di valvole per flusso, temperatura, livello, composizione o altri requisiti di processo quando vengono utilizzati il sensore e la logica di controllo corretti.
Un pacchetto completo di valvole di controllo può includere:
- Corpo valvola a globo, ad angolo, rotativa, a farfalla o eccentrica
- Attuatore pneumatico, elettrico o idraulico
- Posizionatore digitale o elettropneumatico
- Regolatore del filtro dell'aria
- Elettrovalvola
- Finecorsa o trasmettitore di posizione
- Accessori per l'aumento del volume o il controllo della velocità
- Interfaccia PLC, DCS o controller autonomo
Per il percorso decisionale completo sul corpo valvola e sul trim, utilizzare il file Guida alla scelta della valvola di controllo.
Perché la pressione di un regolatore non è perfettamente costante
Un setpoint del regolatore non deve essere interpretato come una pressione di uscita perfettamente fissa in ogni condizione di flusso e ingresso.
Abbassarsi
Il droop è la variazione della pressione controllata al variare del flusso. In un regolatore di riduzione della pressione, la pressione a valle normalmente diminuisce all'aumentare della richiesta di flusso.
La selezione del regolatore dovrebbe quindi utilizzare la curva di flusso del produttore alla pressione di ingresso, alla pressione di uscita, al fluido e all'intervallo di flusso previsti. La regione operativa utile è più importante di un valore di pressione impostato nel catalogo.
Blocco
Il bloccaggio è l'aumento di pressione necessario affinché il regolatore possa passare da una condizione di flusso a una condizione completamente chiusa. La pressione di assenza di flusso potrebbe quindi essere superiore alla pressione osservata mentre il fluido scorre.
Effetto della pressione di alimentazione
L'effetto della pressione di alimentazione descrive il modo in cui una variazione della pressione in ingresso influisce sulla pressione in uscita controllata. La direzione e la grandezza dipendono dal design del regolatore.
Elementi valvolari bilanciati, sistemi pilota o soluzioni multistadio possono ridurre l’effetto, ma l’acquirente deve comunque confermare le prestazioni pubblicate dal produttore.
Crepuscolare
Il creep è un aumento graduale della pressione a valle dopo che il regolatore avrebbe dovuto chiudersi. Può indicare contaminazione, danni alla sede, assemblaggio improprio o un altro problema di tenuta.
Non approvare un regolatore di pressione basandosi solo sulla pressione in ingresso, sul setpoint di uscita e sulle dimensioni della connessione. Esaminare la curva di flusso, la caduta, il blocco, la variazione della pressione in ingresso, le proprietà del mezzo e il flusso massimo richiesto.
Quando un regolatore di pressione è solitamente la scelta migliore
Un regolatore di pressione può essere la scelta più pratica quando si applicano le seguenti condizioni.
Il dovere è locale e basato sulla pressione
Il dispositivo deve solo mantenere la pressione a monte o a valle in una posizione. Il processo non richiede controllo multivariabile di temperatura, flusso, livello o coordinamento.
Le utilità esterne non sono disponibili o sono indesiderate
Un regolatore autoazionato può continuare a funzionare senza aria strumentale, alimentazione elettrica, uscita del controller o infrastruttura di comunicazione.
La semplicità è più importante dell'automazione avanzata
Un regolatore può ridurre il numero di strumenti, cavi, tubazioni, pannelli di controllo e funzioni software richiesti per una semplice stazione di controllo della pressione.
L'intervallo di portata e pressione richiesto si adatta alla curva del regolatore
Il regolatore selezionato deve mantenere la pressione entro la banda consentita per tutto l'intervallo di pressione di ingresso e flusso previsto. Non dovrebbe essere selezionato solo per il punto di funzionamento normale.
La risposta meccanica locale rapida è vantaggiosa
Poiché il regolatore rileva la pressione localmente, può rispondere senza attendere un trasmettitore remoto, un calcolo del controller e un percorso di comando. Le prestazioni dinamiche effettive dipendono ancora dalle dimensioni del regolatore, dalla disposizione dei sensori, dal volume e dalla stabilità del sistema.
Quando una valvola di controllo è solitamente la scelta migliore
Il setpoint deve essere modificato da remoto
Una valvola di controllo può ricevere setpoint variabili da un DCS, PLC o sistema di supervisione. Ciò è utile per processi batch, sistemi che seguono il carico, modifiche alle ricette e ottimizzazione a livello di impianto.
La variabile controllata non è solo la pressione
Una valvola di controllo può regolare:
- Flusso
- Temperatura
- Livello
- Pressione differenziale
- Rapporto di miscelazione
- Condizione di vapore
- Molteplici variabili di processo coordinate
Il processo richiede una logica di controllo avanzata
Le valvole di controllo possono partecipare a:
- Controllo in cascata
- Controllo del rapporto
- Controllo a gamma divisa
- Ignorare il controllo
- Controllo anticipato
- Spegnimento remoto o logica di interblocco
Sono necessari la diagnostica e il feedback della posizione
Un posizionatore digitale può segnalare la corsa, la deviazione del comando, le condizioni dell'alimentazione dell'aria, gli indicatori di attrito e altre informazioni diagnostiche a seconda del dispositivo e del sistema di comunicazione selezionati.
L'azione in caso di guasto deve essere progettata in modo indipendente
Un pacchetto di valvole di controllo può essere progettato per fallire in apertura, chiusura o guasto in posizione attraverso l'azione della molla, energia immagazzinata, sistemi di blocco o architettura di controllo specifica del progetto.
La valvola deve gestire gravi condizioni di caduta di pressione
Una valvola di controllo può essere fornita con trim ridotto, gabbie silenziose, trim anticavitazione, riduzione della pressione a più stadi, componenti temprati o stili di corpo specializzati.
Quando è possibile cavitazione, lampeggiamento o rumore aerodinamico elevato, rivedere Opzioni di trim della valvola di controllo per cavitazione e riduzione del rumore.
Matrice decisionale in base ai requisiti del progetto
| Requisiti del progetto | Probabile punto di partenza | Controllo di ingegneria |
|---|---|---|
| Semplice riduzione locale della pressione a valle | Regolatore di riduzione della pressione | Curva di flusso, caduta, bloccaggio, variazione dell'ingresso e compatibilità del sedile. |
| Mantenere la pressione a monte in una linea di processo o di ritorno | Regolatore di contropressione | Accumulo, range di portata, destinazione dello scarico e distinzione dall'imposta agevolata. |
| Pressione di distribuzione del vapore senza aria strumentale | Regolatore di vapore ad azionamento diretto o pilotato | Qualità del vapore, filtro, separatore, disposizione della condensa, variazione di carico e fascia di pressione. |
| Setpoint di pressione remoto da DCS | Valvola di controllo | Portata del trasmettitore, regolazione, attuatore, posizionatore, azione in caso di guasto e comunicazione. |
| Controllo della pressione coordinato con il flusso o la temperatura | Valvola di controllo | Strategia di controllo, interazione tra i loop e guadagno installato della valvola. |
| Gamma di carico molto ampia e stabilità di pressione impegnativa | Regolatore pilota o valvola di controllo dopo il confronto | Banda di controllo richiesta, riduzione del flusso, variazione dell'ingresso, servizi di pubblica utilità e supporto del ciclo di vita. |
| Protezione di sicurezza da sovrapressione | Valvola di sicurezza o di sfiato | Codice applicabile, pressione impostata, capacità di scarico e sistema di scarico. Non sostituire un regolatore o una normale valvola di controllo. |
Precisione del controllo: evitare un'affermazione universale
Non è tecnicamente corretto affermare che ogni valvola di controllo è più precisa di ogni regolatore.
Un regolatore pilotato può fornire un controllo della pressione stretto e ripetibile in un servizio opportunamente selezionato. Una valvola di controllo di dimensioni insufficienti, con una zona morta eccessiva, una regolazione errata o un trasmettitore non adatto possono avere prestazioni peggiori.
Il confronto dovrebbe utilizzare criteri di progetto reali:
- Variazione di pressione ammissibile
- Flusso minimo, normale e massimo
- Pressione minima e massima in ingresso
- Tempo di risposta richiesto
- Frequenza di modifica del setpoint
- Dinamica del volume di processo e delle tubazioni
- Precisione della misurazione
- Couverture obbligatoria
- Disponibilità di utilità e manutenzione
Un regolatore viene valutato in gran parte attraverso le prestazioni di pressione-flusso e i limiti operativi pubblicati. Una valvola di controllo viene valutata attraverso il dimensionamento della valvola, la corsa prevista, le caratteristiche installate, la risposta dell'attuatore, la qualità della misurazione e la regolazione del circuito.
Per Cv, Kv e requisiti di viaggio previsti leggere Come dimensionare una valvola di controllo.
Modalità di guasto e comportamento di sicurezza
Considerazioni sui guasti del regolatore
I possibili problemi del regolatore includono:
- Contaminazione della sede e scorrimento della pressione a valle
- Danni alla membrana, al soffietto o al pilota
- Linea di rilevamento bloccata
- Gamma molle errata
- Instabilità causata dal sovradimensionamento o dalla cattiva disposizione delle tubazioni
- Congelamento, condensazione o raffreddamento Joule-Thomson nel servizio gas
- Caduta o effetto della pressione di alimentazione al di fuori della banda di processo consentita
Il risultato di un guasto della membrana o del pilota dipende dal design del regolatore. Gli acquirenti dovrebbero richiedere il comportamento di errore documentato piuttosto che dare per scontato che il regolatore fallirà sempre in chiusura.
Considerazioni sui guasti della valvola di controllo
I possibili problemi della valvola di controllo includono:
- Perdita di aria strumentale o di alimentazione elettrica
- Posizionatore o guasto del segnale
- Sottodimensionamento dell'attuatore
- Accessori di intervento in caso di guasto errati
- Attrito dello stelo o dell'albero
- Erosione del rivestimento, cavitazione o ostruzione
- Perdita del segnale del trasmettitore o dell'uscita del controller
La risposta completa di apertura, chiusura o fail-in-place deve essere testata come un pacchetto assemblato.
Per la selezione dell'attuatore, utilizzare il Guida alla selezione dell'attuatore della valvola.
Manutenzione e confronto del ciclo di vita
| Area Manutenzione | Regolatore di pressione | Valvola di controllo |
|---|---|---|
| Parti meccaniche primarie | Sede, otturatore o otturatore, molla, membrana, pistone, soffietto e parti pilota. | Corpo, trim, stelo o albero, baderna, attuatore, montaggio e accessori. |
| Calibrazione | Verifiche della pressione di taratura e delle prestazioni; adeguamento pilota ove applicabile. | Zero/span del posizionatore, corsa, feedback, loop del controller e test di guasto. |
| Capacità diagnostica | Solitamente limitato a meno che non sia installata una strumentazione separata. | Può includere la diagnostica digitale della valvola e il feedback della posizione remota. |
| Requisito di supporto | Kit di riparazione del regolatore, molle, diaframmi, piloti e dati sulle prestazioni di flusso. | Parti di rivestimento, guarnizioni, guarnizioni dell'attuatore, supporto del posizionatore, strumenti di calibrazione e conoscenza del sistema di controllo. |
Informazioni richieste prima del preventivo
Per un regolatore di pressione
- Servizio di riduzione o contropressione della pressione
- Mezzo e composizione chimica
- Pressione minima e massima in ingresso
- Pressione controllata richiesta e variazione consentita
- Flusso minimo, normale e massimo
- Temperatura operativa e di progetto
- Dimensioni e standard della connessione
- Requisiti dei materiali del corpo, del rivestimento, della membrana e della sede
- Preferenza a comando diretto, pilotato o con caricamento remoto
- Condizione prevista di assenza di flusso e requisito di blocco
- Rischio di rumore, gelo, condensa o contaminazione
- Manometri, filtro, protezione di scarico e documentazione richiesti
Per una valvola di controllo
- Variabile controllata e filosofia del controllo
- Casi di processo minimo, normale e massimo
- Pressione in ingresso e in uscita per ogni caso
- Proprietà dei fluidi e temperatura
- Cv o Kv richiesti e corsa prevista
- Preferenza corpo valvola e trim se specificato
- Standard e classe di perdita
- Tipo di attuatore e fornitura minima di rete
- Requisito di fail-open, fail-close o fail-in-place
- Segnale di controllo, feedback e protocollo di comunicazione
- Aree pericolose, custodia e condizioni ambientali
- Requisiti di ispezione, calibrazione e documentazione
Lista di controllo delle decisioni in materia di appalti
- Definire la variabile: Il dispositivo controlla solo la pressione locale o un'altra variabile di processo?
- Definire l'architettura: Dovrebbe essere autonomo o controllato da PLC/DCS?
- Definire il raggio d'azione: Cosa sono il flusso minimo, normale e massimo e la pressione in ingresso?
- Definire la banda di pressione: Quanta variazione di pressione è accettabile in base al cambiamento della domanda?
- Controlla le utilità: Sono disponibili l'aria strumentale, l'elettricità e i segnali di controllo?
- Verificare i requisiti del setpoint: L’adeguamento locale è sufficiente o gli operatori devono modificarlo da remoto?
- Controlla il comportamento in caso di errore: Cosa dovrebbe accadere dopo la perdita del segnale, della potenza, del diaframma o della funzione pilota?
- Controllare il servizio severo: Sono possibili rumori, cavitazione, bagliori, erosione, congelamento o mezzi sporchi?
- Controllare la manutenzione: Sono disponibili kit di riparazione, strumenti di calibrazione, tecnici e pezzi di ricambio?
- Mantieni la sicurezza indipendente: Confermare se è necessaria una protezione separata o una protezione di sicurezza.
Inviare il Servizio di Controllo della Pressione prima di Scegliere il Dispositivo
Fornire il mezzo, l'intervallo di pressione in ingresso, la pressione controllata richiesta, l'intervallo di flusso, la temperatura, la filosofia di controllo, le utenze disponibili, i requisiti di guasto e l'ambito della documentazione. Vcore Valve può verificare se il progetto debba utilizzare un regolatore autoazionato, un regolatore pilotato o un pacchetto di valvole di controllo attuate.
Risorse tecniche correlate
- Guida alla scelta della valvola di controllo
- Come dimensionare una valvola di controllo
- Uguale percentuale rispetto alla valvola di controllo lineare
- Classi di perdita delle valvole di controllo
- Guida alla selezione dell'attuatore della valvola
- Opzioni di trim della valvola di controllo per cavitazione e riduzione del rumore
- Guida alle valvole limitatrici di pressione
- Prodotti per valvole di controllo industriali
Riferimenti tecnici
- Emerson — Regolatori di riduzione della pressione
- Spirax Sarco — Applicazioni di controllo della pressione
- Swagelok: gestione dell'effetto della pressione di alimentazione nei regolatori
- Manuale della valvola di controllo Emerson
Domande frequenti
Qual è la differenza principale tra una valvola di controllo e un regolatore di pressione?
Un regolatore di pressione normalmente rileva e controlla la pressione attraverso un sistema meccanico o pilota interno. Una valvola di controllo normalmente riceve un comando esterno da un controller e può regolare pressione, flusso, temperatura, livello o un'altra variabile.
Un regolatore di pressione richiede elettricità o aria strumentale?
I regolatori a comando diretto e molti regolatori pilotati utilizzano la pressione di processo e non richiedono elettricità separata o aria strumentale. I sistemi di regolazione caricati a distanza o controllati elettronicamente possono utilizzare utilità aggiuntive.
Un regolatore di pressione è più preciso di una valvola di controllo?
Non universalmente. Le prestazioni dipendono dalle curve di flusso del regolatore, dallo statismo, dalla variazione dell'ingresso e dal design del pilota, oppure dal dimensionamento della valvola di controllo, dalla precisione del trasmettitore, dalla risposta dell'attuatore e dalla regolazione del circuito. Confrontare la banda di pressione effettiva consentita e il campo operativo.
Che cos'è l'abbassamento del regolatore di pressione?
Il droop è la variazione della pressione controllata al variare del flusso. In un regolatore di riduzione della pressione, la pressione di uscita generalmente diminuisce all'aumentare della richiesta di flusso a valle.
È possibile controllare a distanza un regolatore di pressione?
Alcuni regolatori pilotati, caricati a cupola o caricati a pressione supportano il caricamento remoto o la regolazione del setpoint. Un regolatore a comando diretto caricato a molla convenzionale viene solitamente regolato localmente.
Un regolatore di pressione può sostituire una valvola di sicurezza?
No. Per il normale controllo della pressione di processo viene utilizzato un regolatore. Le valvole di sicurezza e di scarico sono selezionate per la protezione indipendente dalla sovrapressione in base alla normativa applicabile e alla capacità di scarico richiesta.
Quando dovrei usare una valvola di controllo invece di un regolatore?
Utilizzare una valvola di controllo quando il progetto richiede modifiche del setpoint remoto, controllo di variabili diverse dalla pressione, integrazione con logica DCS o PLC, diagnostica, azione di guasto ingegnerizzata o assetto per servizi gravosi.
Quali dati sono necessari per confrontare un regolatore e una valvola di controllo?
Fornire il mezzo, l'intervallo di pressione in ingresso, la pressione controllata richiesta, la variazione di pressione consentita, il flusso minimo e massimo, la temperatura, i servizi disponibili, la filosofia di controllo, i requisiti di guasto e l'ambito di ispezione.
