Описание приводов клапанов: Типы, принцип их работы и как выбрать один из них

Привод клапана - это устройство, которое открывает, закрывает или частично закрывает клапан без участия человека, который мог бы сделать это вручную. Неправильно подобранный тип привода для вашего применения может привести к тому, что клапан будет работать слишком медленно, слишком слабо, слишком дорого обходиться в обслуживании или просто не подойдет для той области, в которой он установлен, поэтому стоит ознакомиться с основными типами, прежде чем выбирать подходящий.

Что такое привод клапана и почему он важен для промышленного управления клапанами

Привод клапана преобразует внешний источник энергии — сжатый воздух, электричество, гидравлическое давление, запасенный заряд пружины или ручное усилие — в механическое движение, которое открывает, закрывает или регулирует клапан. На современном технологическом предприятии клапаны с приводом в действие - это то, что позволяет системе управления автоматически реагировать на изменяющиеся условия, отключать линию в аварийной ситуации или позволяет оператору дистанционно открывать клапан, не выходя в опасную зону. Привод, а не корпус клапана, обычно определяет, насколько быстро, надежно и безопасно происходит это перемещение.

Основные типы приводов клапанов

Приводы обычно выбираются по двум параметрам: источник питания и то, требуется ли клапану линейное перемещение (вверх-вниз для шаровых, шиберных и мембранных клапанов) или вращательное движение на четверть оборота (для шаровых, поворотных и штекерных клапанов).

Пневматические приводы

Пневматические приводы используют сжатый воздух, воздействующий на мембрану или поршень, что делает их идеальным выбором для нефтехимических и нефтегазовых предприятий: они быстро реагируют, стоят дешевле, чем электрические аналоги, работают со 100%—ным рабочим циклом без перегрева и, поскольку в месте приведения в действие отсутствует электрическая цепь, переносят отсутствие риска возникновения искр в зонах повышенной опасности. Недостатком является то, что они нуждаются в надежной подаче сжатого воздуха, а точность несколько ограничена сжимаемостью воздуха. 

Электрические приводы

Электроприводы оснащены двигателем и коробкой передач, их легко устанавливать в любом месте, где есть стабильное электроснабжение, они поддерживают дистанционное управление и регистрацию данных, а также обеспечивают точное позиционирование. Недостатки: они, как правило, работают медленнее, чем пневматические приводы, большинство конструкций не рассчитаны на непрерывную работу (100%-ный рабочий цикл), их сложнее ремонтировать в полевых условиях, а их использование во взрывоопасных зонах означает получение дополнительной сертификации взрывозащищенности, в которой пневматические приводы изначально не нуждаются.

Гидравлические, электрогидравлические, ручные и пружинные приводы

Для работы в более тяжелых условиях, гидравлические приводы обеспечивают гораздо более высокую выходную мощность и могут длительное время удерживать заданное положение без постоянного питания за счет более высокой цены и некоторого риска утечки, что характерно для больших клапанов, используемых в морских и энергетических установках. Электрогидравлические приводы (EHA) сочетание электродвигателя с автономным гидравлическим блоком обеспечивает 100%-ный рабочий цикл и настраиваемое безотказное положение (при отказе в открытом состоянии, при отказе в закрытом состоянии или при отказе в последний раз), поэтому они используются в морском буровом оборудовании и клапанах аварийного отключения (ESD). самый дорогой и сложный в ремонте вариант. Ручные приводы (маховики, рычаги, коробки передач) - это самый дешевый и простой вариант для клапанов, которые работают редко и не нуждаются в автоматизации. Пружинные приводы храните предварительно сжатый заряд исключительно для обеспечения одноразового аварийного действия в случае отключения питания или подачи воздуха, после чего его необходимо будет сбросить вручную.

Связанное с этим различие, которое имеет такое же значение, как и источник питания: возвратная пружина (одинарного действия) приводы используют энергию для перемещения в одном направлении и пружину для возврата в другое, что обеспечивает определенное безотказное положение при отключении питания или воздуха - стандартный вариант для аварийного отключения. Двойного действия приводы используют внешнее питание в обоих направлениях и не имеют встроенного аварийного положения, поэтому для перехода в безопасное состояние при отключении питания им требуется дополнительное устройство (объемный бак или электромагнитный сливной клапан).

Как правильно выбрать привод для Вашего клапана и области применения

Условия эксплуатации, среда и требования к автоматизации

Начните с того, что на самом деле должен делать клапан: как быстро он должен открываться или закрываться, нужно ли точно регулировать давление или просто включать / выключать, какова температура окружающей среды и классификация зон, а также доступны ли в месте установки сжатый воздух или надежное электроснабжение? Пневматический привод используется по умолчанию на большинстве нефтехимических и энергетических установок, в частности, потому, что инфраструктура сжатого воздуха, как правило, уже имеется, а сертификацию в опасных зонах выполнить проще.

Сертификаты и отраслевые стандарты

Технические характеристики приводов соответствуют определенному набору стандартов, и стоит знать их достаточно хорошо, чтобы свериться с техническим описанием, а не принимать утверждение о "сертифицированности" за чистую монету: ISA96.01-96.05 ознакомьтесь с терминологией приводов и техническими требованиями к электрическим и пневматическим приводам; Стандарт ISO 22153:2020 рассматриваются классификация, конструкция и защита от коррозии электроприводов клапанов; EN ISO 5210/5211 и DIN 3358 определите размеры монтажного фланца, который соединяет привод с клапаном; защита корпуса рассчитана на IP67/IP68 (защита от проникновения) или НЕМА 4/4X; а защита взрывоопасных зон подпадает под действие НЕМА 7 (для районов класса I, дивизиона 1 в США) или региональных эквивалентов — АТЕКС в ЕС, NEC-FM в США, ЦИК-CSA в Канаде. Пневматические приводы, как правило, легче проходят сертификацию на взрывозащищенность просто потому, что в них нет электрической цепи, которую нужно сертифицировать в первую очередь.

Контрольный список для оценки поставщиков

Подобрать правильный тип привода на бумаге — это только половина дела: производитель, отвечающий за это, определяет, будет ли этот привод по-прежнему работать должным образом в течение пятого года. Прежде чем обращаться к поставщику, стоит проверить:

• Надежность цепочки поставок и сроки выполнения заказа — запросите в письменном виде фиксированную дату поставки и то, что произойдет, если заказ компонента будет отложен, а не просто общую оценку "4-6 недель".
• Прослеживаемость сырья и компонентов — спросите, предоставляются ли сертификаты завода и протоколы испытаний на уровне компонентов, а не только общие требования к качеству
• Сертификация, дающая название конкретной линейке продуктов — запросите действительный номер сертификата для любого требования ISO, ATEX или NEMA и подтвердите, что он относится к конкретной модели привода, а не только к компании в целом
• Послепродажная техническая поддержка — приводы нуждаются в периодическом техническом обслуживании (замена уплотнений, калибровка позиционера, обслуживание коробки передач); спросите, какая документация прилагается к устройству и как можно получить поддержку, если что-то пойдет не так в полевых условиях

Эти четыре момента обычно отличают стабильные многолетние отношения с поставщиком от заказа на поставку, о котором вы сожалеете - гораздо чаще, чем о полном отказе самого привода.

Распространенные отрасли промышленности, использующие приводимые в действие клапаны

Приводимые в действие клапаны являются стандартным оборудованием по всему миру. нефтехимия и переработка нефти и газа, где преобладает пневматическое управление благодаря взрывобезопасности и существующей инфраструктуре подачи сжатого воздуха; выработка электроэнергии, где как пневматические, так и электрические приводы регулируют подачу пара, охлаждающей воды и технологического воздуха в непрерывно работающих системах; и металлургические заводы, где приводы должны быть простыми, надежными и пригодными для обслуживания при высоких температурах, наличии твердых частиц и жестких рабочих циклах.

часто задаваемые вопросы

В чем разница между пневматическим и электрическим приводом?

Пневматические приводы работают на сжатом воздухе, быстрее реагируют, стоят дешевле и по своей сути безопасны во взрывоопасных зонах, поскольку исключается риск возникновения электрической искры. Электроприводы работают от двигателя и коробки передач, обеспечивают более точное позиционирование и удаленную регистрацию данных, но, как правило, работают медленнее, рассчитаны на меньший рабочий цикл и требуют дополнительной сертификации для использования в опасных зонах.

Как определить размер привода клапана?

Размер соответствует фактическому требуемому крутящему моменту клапана или тяге при максимальном перепаде давления с запасом прочности, а не только номинальному размеру трубопровода клапана. Малогабаритный привод является распространенной причиной медленной или неполной работы клапана; чрезмерные затраты на установку и, в случае пневматических приводов, расход воздуха.

Требуется ли сертификация приводов для работы во взрывоопасных средах?

Да, если они установлены в классифицированной опасной зоне. Электроприводы должны иметь сертификат взрывозащищенности (NEMA 7, ATEX, NEC-FM или CEC-CSA в зависимости от региона), поскольку они содержат электрические компоненты, находящиеся под напряжением; пневматические приводы по своей сути имеют более простой путь к такой сертификации, поскольку в месте приведения в действие отсутствует электрическая цепь.