Регулятор давления обычно представляет собой автономное устройство регулирования давления, которое использует технологическое давление и внутреннюю пружину, диафрагму, поршень или пилотную систему для поддержания давления на входе или выходе без отдельного контроллера. Регулирующий клапан обычно является последним элементом управления во внешнем контуре, использующем преобразователь, контроллер, привод и часто позиционер. Выбирайте регулятор для определенных местных задач по регулированию давления, когда важны простота и независимость от внешних сетей. Выбирайте регулирующий клапан, когда процесс требует удаленного изменения заданных значений, нескольких переменных управления, более широкой интеграции автоматизации, диагностики, инженерных действий при отказе или скоординированного управления предприятием.
Регулятор давления и регулирующий клапан могут как дросселировать жидкость, так и изменять давление. Со стороны может даже показаться, что они выполняют одну и ту же работу. Это вызывает общий вопрос о закупках:
Должен ли в проекте использоваться регулятор давления или регулирующий клапан?
Правильный ответ зависит не столько от корпуса клапана, сколько от архитектуры управления. Регулятор обычно измеряет давление механически или с помощью пилота и настраивается без отдельного контроллера. Регулирующий клапан получает команду от внешней системы управления и может реагировать на давление, расход, температуру, уровень или другую измеряемую переменную.
В этом руководстве сравниваются регулирующий клапан против регулятора давления по принципу работы, точности, реакции на нагрузку, утилитам, автоматизации, действиям при сбоях, техническому обслуживанию и рискам применения.
Разница в одной таблице
| Элемент сравнения | Регулятор давления | Регулирующий клапан |
|---|---|---|
| Основная функция | Поддерживает определенное давление на входе или выходе. | Модулирует поток для управления давлением, расходом, температурой, уровнем или другой переменной процесса. |
| Сигнал управления | Обычно измеряет технологическое давление непосредственно через диафрагму, поршень, сильфон или пилот. | Получает внешнюю пневматическую, аналоговую, цифровую или коммуникационную команду. |
| Внешняя мощность | Регуляторы прямого и пилотного управления обычно работают без отдельного электрического или воздушного источника питания. | Обычно требуется приборный воздух, электричество, гидравлическая мощность или другое приводное устройство. |
| Настройка заданного значения | Часто местная механическая регулировка; Для некоторых конструкций возможна удаленная загрузка. | Может быть изменено удаленно через ПЛК, РСУ, контроллер или управляющую логику. |
| Объем контроля | Обычно предназначен для одной функции контроля давления. | Может участвовать в стратегиях каскадного, пропорционального, переопределенного, разделенного диапазона и многопараметрического управления. |
| Типичная сложность | Компактный и автономный. | Включает клапан, привод, позиционер, преобразователь, контроллер и аксессуары. |
| Основные проблемы с производительностью | Спад, блокировка, влияние давления подачи, ползучесть, устойчивость пилота и пределы кривой расхода. | Выбор размера, установленный коэффициент усиления, зона нечувствительности, усилие привода, настройка, кавитация, шум и целостность сигнала. |
Как работает регулятор давления
Регулятор давления уравновешивает силы, приводящие в движение внутренний элемент клапана. В зависимости от конструкции давление пружины или нагрузки действует против давления, воспринимаемого диафрагмой, поршнем или сильфоном.
Регулятор открывается или закрывается автоматически при изменении спроса и давления. Обычно он не ожидает, пока отдельный контроллер вычислит выходной сигнал.
Регулятор давления
Регулятор снижения давления контролирует давление на выходе. Когда спрос на переработку увеличивается и давление начинает падать, регулятор открывается дальше. Когда спрос на выходе снижается и давление растет, регулятор перемещается в закрытое положение.
Типичное использование включает в себя:
- Распределение природного газа
- Приборно-газовые системы
- Снижение давления пара
- Контроль давления воды и инженерных сетей
- Газобаллонные и анализаторные системы
- Контроль давления на входе оборудования
Регулятор противодавления
Регулятор противодавления контролирует давление перед регулятором. Он открывается, когда давление на входе превышает заданное значение, и дросселирует для поддержания требуемого давления на входе.
Это отличается от клапана сброса давления. Регулятор противодавления – это устройство управления технологическим процессом, предназначенное для непрерывного или модулирующего регулирования давления. Предохранительный или предохранительный клапан — это защитное устройство, предназначенное для сброса избыточного давления в определенных условиях избыточного давления.
Основы защиты от избыточного давления см. Руководство по предохранительным клапанам.
Регулятор прямого действия
Регулятор прямого действия подключает чувствительный элемент непосредственно к внутреннему клапанному механизму. Он сравнительно прост, компактен и экономичен.
Его пригодность зависит от допустимого изменения давления в требуемом диапазоне расхода. Большие изменения спроса могут привести к более широкой пропорциональной реакции или падению, чем позволяет процесс.
Пилотный регулятор
Регулятор с пилотным управлением использует пилотную систему меньшего размера для управления главным клапаном. Пилот измеряет давление и использует технологическую жидкость или давление нагрузки для позиционирования главного клапана.
Конструкции с пилотным управлением могут обеспечить более высокую производительность, более узкую зону пропорциональности или лучший контроль давления в зависимости от меняющегося спроса, чем базовый регулятор прямого действия. Они по-прежнему обычно считаются автономными, когда рабочее давление обеспечивает рабочую энергию и не требуется отдельная установка.
Как работает регулирующий клапан
Регулирующий клапан обычно является частью полной системы обратной связи или управления.
Типичный контур регулирования давления включает в себя:
- Датчик давления измеряет технологическое давление.
- Контроллер сравнивает измеренное значение с требуемым заданным значением.
- Контроллер отправляет команду позиционеру клапана или приводу.
- Привод перемещает трим клапана.
- Измененный поток изменяет технологическое давление.
Контролируемой переменной не обязательно должно быть давление. Один и тот же комплект клапанов можно выбрать для расхода, температуры, уровня, состава или других требований процесса при использовании правильного датчика и логики управления.
Полный комплект регулирующего клапана может включать в себя:
- Корпус шарового, углового, поворотного, дроссельного или эксцентрикового клапана.
- Пневматический, электрический или гидравлический привод
- Цифровой или электропневматический позиционер
- Регулятор воздушного фильтра
- Электромагнитный клапан
- Концевые выключатели или датчик положения
- Аксессуары для увеличения объема или контроля скорости
- ПЛК, РСУ или автономный интерфейс контроллера
Для полного пути принятия решения по корпусу клапана и триму используйте команду Руководство по выбору регулирующего клапана.
Почему давление регулятора не является совершенно постоянным
Уставку регулятора не следует интерпретировать как одно идеально фиксированное давление на выходе при каждом расходе и условиях на входе.
Свисать
Спад – это изменение контролируемого давления при изменении расхода. В редукционном регуляторе давление на выходе обычно снижается по мере увеличения потребности в расходе.
Поэтому при выборе регулятора следует использовать кривую расхода производителя при ожидаемом давлении на входе, давлении на выходе, среде и диапазоне расхода. Полезная рабочая область важнее, чем одно каталожное значение заданного давления.
Блокировка
Блокировка — это повышение давления, необходимое для перехода регулятора из текучего состояния в полностью закрытое состояние. Поэтому давление отсутствия потока может быть выше, чем давление, наблюдаемое во время течения жидкости.
Эффект давления предложения
Эффект давления подачи описывает, как изменение давления на входе влияет на контролируемое давление на выходе. Направление и величина зависят от конструкции регулятора.
Сбалансированные клапанные элементы, пилотные системы или многоступенчатые устройства могут снизить эффект, но покупатель все равно должен подтвердить заявленные производителем характеристики.
Ползучесть
Ползучесть – это постепенное увеличение давления на выходе после закрытия регулятора. Это может указывать на загрязнение, повреждение седла, неправильную сборку или другую проблему с уплотнением.
Не допускайте одобрения регулятора давления только на основании давления на входе, заданного значения на выходе и размера соединения. Просмотрите кривую расхода, падение, блокировку, изменение входного давления, свойства среды и требуемый максимальный расход.
Когда регулятор давления обычно является лучшим выбором
Регулятор давления может оказаться более практичным выбором при соблюдении следующих условий.
Обязанность носит местный характер и основана на давлении
Устройству необходимо поддерживать давление выше или ниже по потоку только в одном месте. Этот процесс не требует температуры, расхода, уровня или скоординированного многопараметрического управления.
Внешние утилиты недоступны или нежелательны
Регулятор с автономным управлением может продолжать работать без приборного воздуха, электроэнергии, выхода контроллера или инфраструктуры связи.
Простота важнее продвинутой автоматизации
Регулятор может сократить количество инструментов, кабелей, трубок, панелей управления и функций программного обеспечения, необходимых для простой станции контроля давления.
Требуемый диапазон расхода и давления соответствует кривой регулятора
Выбранный регулятор должен поддерживать давление в пределах допустимого диапазона во всем ожидаемом диапазоне входного давления и расхода. Его не следует выбирать только для нормальной рабочей точки.
Быстрая местная механическая реакция полезна
Поскольку регулятор измеряет давление локально, он может реагировать, не дожидаясь удаленного передатчика, расчетов контроллера и пути команд. Фактические динамические характеристики по-прежнему зависят от размера регулятора, расположения датчиков, объема и стабильности системы.
Когда регулирующий клапан обычно является лучшим выбором
Уставка должна изменяться удаленно
Регулирующий клапан может получать изменяющиеся заданные значения от РСУ, ПЛК или системы управления. Это полезно для периодических процессов, систем отслеживания нагрузки, изменения рецептов и оптимизации в масштабе всего предприятия.
Контролируемая переменная — это не только давление
Регулирующий клапан может регулировать:
- Поток
- Температура
- Уровень
- Дифференциальное давление
- Соотношение смешивания
- Состояние пара
- Несколько скоординированных переменных процесса
Процесс требует расширенной логики управления
Регулирующие клапаны могут участвовать в:
- Каскадное управление
- Контроль соотношения
- Управление разделенным диапазоном
- Отмена контроля
- Упреждающее управление
- Логика удаленного отключения или блокировки
Требуется диагностика и обратная связь по положению
Цифровой позиционер может сообщать о ходе, отклонении команды, состоянии подачи воздуха, индикаторах трения и другой диагностической информации в зависимости от выбранного устройства и системы связи.
Действия при сбое должны разрабатываться независимо
Пакет регулирующих клапанов может быть спроектирован таким образом, чтобы он открывался, закрывался или оставался на месте из-за действия пружины, накопленной энергии, систем блокировки или архитектуры управления, зависящей от проекта.
Клапан должен выдерживать серьезные перепады давления
Регулирующий клапан может поставляться с уменьшенным тримом, малошумными клетками, антикавитационным тримом, многоступенчатым понижением давления, закаленными компонентами или специальным корпусом.
Если возможны кавитация, мигание или сильный аэродинамический шум, проверьте Варианты трима регулирующего клапана для снижения кавитации и шума.
Матрица решений по требованиям проекта
| Требование проекта | Вероятная отправная точка | Инженерная проверка |
|---|---|---|
| Простое локальное снижение давления на выходе | Регулятор давления | Кривая расхода, падение, блокировка, изменение входного отверстия и совместимость седла. |
| Поддержание давления на входе в технологическую или обратную линию | Регулятор противодавления | Накопление, диапазон расхода, пункт назначения сброса и отличие от вспомогательной пошлины. |
| Давление распределения пара без приборного воздуха | Регулятор пара прямого или пилотного действия | Качество пара, сетчатый фильтр, сепаратор, расположение конденсата, изменение нагрузки и диапазон давления. |
| Дистанционная уставка давления от РСУ | Регулирующий клапан | Диапазон преобразователя, настройка, привод, позиционер, действие при отказе и связь. |
| Регулирование давления в зависимости от расхода или температуры | Регулирующий клапан | Стратегия управления, взаимодействие между контурами и усилением установленного клапана. |
| Очень широкий диапазон нагрузок и требовательная стабильность давления | Пилотный регулятор или регулирующий клапан после сравнения | Требуемый диапазон регулирования, диапазон регулирования расхода, изменение входного отверстия, коммунальные услуги и поддержка жизненного цикла. |
| Безопасная защита от избыточного давления | Предохранительный или предохранительный клапан | Применимый код, установочное давление, пропускная способность и система разгрузки. Не заменяйте регулятор или обычный регулирующий клапан. |
Точность управления: избегайте одного универсального утверждения
Технически неверно утверждать, что каждый регулирующий клапан более точен, чем каждый регулятор.
Регулятор с пилотным управлением может обеспечить точный и повторяемый контроль давления в правильно выбранном режиме. Регулирующий клапан неправильного размера с чрезмерной зоной нечувствительности, неправильной настройкой или неподходящим датчиком может работать хуже.
При сравнении следует использовать фактические критерии проекта:
- Допустимое изменение давления
- Минимальный, нормальный и максимальный расход
- Минимальное и максимальное давление на входе
- Требуемое время ответа
- Частота изменения заданного значения
- Динамика технологического объема и трубопроводов
- Точность измерения
- Требуемый диапазон понижения температуры
- Доступность коммунальных услуг и технического обслуживания
Регулятор оценивается в основном по опубликованным характеристикам давления-расхода и эксплуатационным ограничениям. Регулирующий клапан оценивается по размеру клапана, прогнозируемому ходу, установленным характеристикам, реакции привода, качеству измерений и настройке контура.
Информацию о требованиях к Cv, Kv и прогнозируемым поездкам см. Как подобрать размер регулирующего клапана.
Виды отказов и безопасное поведение
Соображения по поводу неисправности регулятора
Возможные проблемы регулятора включают в себя:
- Загрязнение седла и повышение давления на выходе
- Повреждение мембраны, сильфона или пилота
- Заблокированная чувствительная линия
- Неправильный диапазон пружины
- Нестабильность, вызванная превышением размера или неправильным расположением трубопроводов.
- Замерзание, конденсация или охлаждение Джоуля-Томсона при работе с газом
- Эффект падения или давления питания выходит за пределы допустимого диапазона процесса.
Результат отказа диафрагмы или пилота зависит от конструкции регулятора. Покупателям следует запросить задокументированное поведение при отказе, а не предполагать, что регулятор всегда будет закрываться из-за сбоя.
Факторы неисправности регулирующего клапана
Возможные проблемы с регулирующим клапаном включают в себя:
- Потеря приборного воздуха или электроэнергии.
- Позиционер или сбой сигнала
- Привод занижен
- Неправильные аксессуары для срабатывания при сбое
- Трение штока или вала
- Эрозия обрезки, кавитация или закупорка
- Потеря сигнала передатчика или выхода контроллера
Полная реакция открытия, закрытия или отказа на месте должна быть протестирована в виде собранного пакета.
Для выбора привода используйте Руководство по выбору привода клапана.
Сравнение технического обслуживания и жизненного цикла
| Зона обслуживания | Регулятор давления | Регулирующий клапан |
|---|---|---|
| Первичные механические части | Седло, плунжер или тарельчатый клапан, пружина, диафрагма, поршень, сильфон и детали пилота. | Корпус, трим, шток или вал, набивка, привод, монтаж и аксессуары. |
| Калибровка | Проверка давления и производительности; пилотная регулировка, где это применимо. | Обнуление/диапазон позиционера, ход, обратная связь, контур контроллера и тестирование на отказ. |
| Диагностические возможности | Обычно ограничено, если не установлено отдельное оборудование. | Может включать цифровую диагностику клапана и дистанционную обратную связь по положению. |
| Требование поддержки | Ремкомплекты регуляторов, пружины, диафрагмы, пилоты и данные о расходе. | Детали обрезки, набивка, уплотнения привода, поддержка позиционера, инструменты для калибровки и знание систем управления. |
Информация, необходимая перед предложением
Для регулятора давления
- Режим понижения давления или противодавления
- Среда и химический состав
- Минимальное и максимальное давление на входе
- Требуемое контролируемое давление и допустимые отклонения
- Минимальный, нормальный и максимальный расход
- Рабочая и расчетная температура
- Размер и стандарт подключения
- Требования к материалам корпуса, трима, диафрагмы и седла
- Предпочтение с прямым, пилотным или дистанционным управлением.
- Ожидаемое состояние отсутствия потока и требование блокировки
- Риск шума, замерзания, конденсации или загрязнения
- Необходимые манометры, сетчатый фильтр, предохранительная защита и документация.
Для регулирующего клапана
- Управляемая переменная и философия управления
- Минимальный, нормальный и максимальный случаи процесса
- Давление на входе и выходе для каждого случая
- Свойства и температура жидкости
- Требуемый Cv или Kv и прогнозируемое путешествие
- Корпус клапана и предпочтения трима, если указано
- Стандарт и класс утечки
- Тип привода и минимальное электропитание
- Требование к отказоустойчивому открытию, отказоустойчивому закрытию или отказоустойчивости
- Управляющий сигнал, обратная связь и протокол связи
- Опасные зоны, корпус и условия окружающей среды
- Требования к проверке, калибровке и документации
Контрольный список принятия решения о закупках
- Определите переменную: Устройство контролирует только местное давление или другую переменную процесса?
- Определите архитектуру: Должен ли он работать самостоятельно или управляться ПЛК/РСУ?
- Определите рабочий диапазон: Каковы минимальный, нормальный и максимальный расход и давление на входе?
- Определите диапазон давления: Насколько допустимо изменение давления при изменении спроса?
- Проверьте утилиты: Доступны ли приборный воздух, электричество и сигналы управления?
- Проверьте требования к заданным значениям: Достаточно ли локальной настройки или операторы должны изменять ее удаленно?
- Проверьте поведение при сбое: Что должно произойти после потери сигнала, мощности, диафрагмы или пилотной функции?
- Проверьте серьезное обслуживание: Возможны ли шум, кавитация, вспышка, эрозия, замерзание или загрязнение среды?
- Проверьте техническое обслуживание: Доступны ли ремонтные комплекты, калибровочные инструменты, специалисты и запасные части?
- Сохраняйте безопасность независимой: Подтвердите, требуется ли отдельная разгрузка или защитная защита.
Отправьте задание по контролю давления перед выбором устройства
Укажите среду, диапазон входного давления, необходимое контролируемое давление, диапазон расхода, температуру, философию управления, доступные утилиты, требования к отказам и объем документации. Vcore Valve может рассмотреть, следует ли в проекте использовать регулятор с автономным управлением, регулятор с пилотным управлением или комплект регулирующих клапанов с приводом.
Сопутствующие технические ресурсы
- Руководство по выбору регулирующего клапана
- Как подобрать размер регулирующего клапана
- Равнопроцентный и линейный регулирующий клапан
- Классы утечки регулирующего клапана
- Руководство по выбору привода клапана
- Варианты трима регулирующего клапана для снижения кавитации и шума
- Руководство по предохранительным клапанам
- Продукция промышленных регулирующих клапанов
Технические ссылки
- Emerson — Редукторы давления
- Spirax Sarco — Применение контроля давления
- Swagelok — Управление влиянием давления питания в регуляторах
- Справочник по регулирующим клапанам Emerson
Часто задаваемые вопросы
В чем основное отличие регулирующего клапана от регулятора давления?
Регулятор давления обычно измеряет и контролирует давление через внутреннюю механическую или пилотную систему. Регулирующий клапан обычно получает внешнюю команду от контроллера и может регулировать давление, расход, температуру, уровень или другую переменную.
Требуется ли для регулятора давления электричество или приборный воздух?
Регуляторы прямого действия и многие регуляторы пилотного управления используют технологическое давление и не требуют отдельного электричества или приборного воздуха. Системы регуляторов с дистанционной загрузкой или электронным управлением могут использовать дополнительные утилиты.
Является ли регулятор давления более точным, чем регулирующий клапан?
Не повсеместно. Производительность зависит от кривых расхода регулятора, наклона, изменения входного отверстия и конструкции пилотного клапана или от размера регулирующего клапана, точности преобразователя, реакции привода и настройки контура. Сравните фактический допустимый диапазон давления и рабочий диапазон.
Что такое провал регулятора давления?
Спад – это изменение контролируемого давления при изменении расхода. В регуляторе, снижающем давление, давление на выходе обычно падает по мере увеличения потребности в потоке ниже по потоку.
Можно ли управлять регулятором давления дистанционно?
Некоторые регуляторы с пилотным управлением, куполообразной нагрузкой или регуляторами давления поддерживают дистанционную загрузку или регулировку уставки. Обычный подпружиненный регулятор прямого действия обычно регулируется по месту.
Может ли регулятор давления заменить предохранительный клапан?
Нет. Регулятор используется для обычного регулирования технологического давления. Предохранительные и предохранительные клапаны выбираются для независимой защиты от избыточного давления в соответствии с применимыми нормами и требуемой способностью сброса давления.
Когда следует использовать регулирующий клапан вместо регулятора?
Используйте регулирующий клапан, когда проект требует дистанционного изменения уставки, управления переменными, отличными от давления, интеграции с РСУ или логикой ПЛК, диагностики, инженерных действий при отказе или настройки для тяжелых условий эксплуатации.
Какие данные необходимы для сравнения регулятора и регулирующего клапана?
Укажите среднее давление, диапазон входного давления, необходимое контролируемое давление, допустимое изменение давления, минимальный и максимальный расход, температуру, доступные инженерные сети, философию управления, требования к отказам и объем проверки.
