Quel est le système de sécurité dans la vanne de commande?

Quel est le système de sécurité dans la vanne de commande?

Conception sûre contre les défaillances des vannes de commande: la pierre angulaire de la stabilité des processus industriels et de la sécurité du personnel

Résumé

Dans l'automatisation industrielle moderne, les vannes de commande servent d'éléments de commande finaux, assumant la responsabilité critique de réguler avec précision les paramètres clés du processus tels que le débit de fluide, la pression,températureCependant, tout système peut rencontrer des pannes soudaines, et à de tels moments,La conception "à l'abri des pannes" des vannes de commande devient le mécanisme de défense central garantissant la continuité des processus industriels.Cet article fournira une analyse d'experts de la définition, de la classification, des mécanismes de mise en œuvre, de l'efficacité et de l'efficacité de la technologie.et stratégies d'application de la conception sûre contre les pannes des vannes de commande dans divers scénarios industrielsIl explorera également comment les technologies de diagnostic de défaut avancées améliorent la fiabilité des vannes de commande, en intégrant de manière transparente la technologie de la société Xiangjing (Je suis désolée.) contributions exceptionnelles et solutions innovantes dans ce domaine.L'objectif est de fournir au secteur industriel des connaissances complètes et profondes pour aider à construire des systèmes automatisés plus sûrs et plus efficaces.

Introduction au projet

Dans les environnements de production industriels de plus en plus complexes d'aujourd'hui, la technologie d'automatisation joue un rôle central.dont la stabilité et la fiabilité des performances ont une incidence directe sur l'efficacité de la production, la qualité des produits, la consommation d'énergie et les mesures de sécurité essentielles.

Les vannes de commande: le cœur des processus industriels

Unesoupape de commandeest un type de vanne qui régule le débit de fluide en modifiant la taille du passage du fluide.Il reçoit des signaux d'un contrôleur pour contrôler directement le débit et influencer indirectement les variables de processus telles que la pressionDans la terminologie du contrôle automatique,

soupapes de commandesont appelés "éléments de contrôle final" et sont parmi les éléments de contrôle final les plus utilisés dans l'industrie moderne.La bonne sélection et l'entretien des vannes de commande sont essentiels pour améliorer l'efficacité, sécurité, rentabilité et protection de l'environnement.

Dans les boucles de contrôle de processus, les usines modernes se composent de centaines voire de milliers de boucles de contrôle qui sont interconnectées pour s'assurer que les variables critiques du processus (telles que la pression, le débit, le niveau,et la température) restent dans la fourchette requise, garantissant ainsi la qualité du produit final.

Les vannes de commande sont au cœur de ces boucles, chargées de réguler le débit de fluides (gaz, vapeur, eau, etc.).ou mélanges chimiques) pour compenser les perturbations de charge et maintenir les variables de processus contrôlées aussi proches que possible du point de référenceUn ensemble complet de vannes de commande se compose généralement d'un corps de vanne (contenant des passages de fluide et des éléments de régulation), des éléments internes de la vanne (tels que des disques de vanne, des plaques de vanne, des sièges de vanne, etc.).noyaux de soupapes, etc., qui entrent directement en contact avec le fluide et régulent le débit), un actionneur (qui fournit la force motrice nécessaire au fonctionnement de la vanne) et divers accessoires de vanne (tels que des positionneurs, des convertisseurs,régulateurs de pression d'alimentation, commutateurs de limite, etc.).

Sécurité contre les pannes: la priorité absolue dans le design industriel

Dans le domaine de l'automatisation industrielle, il ne suffit pas d'obtenir un contrôle fonctionnel; il est également nécessaire de considérer le comportement du système dans des conditions anormales, c'est-à-dire une conception "fail-safe".Le système à sécurité se réfère au système qui entre automatiquement dans une zone prédéfinie., état non dangereux en cas de défaillance ou de perte de puissance d'entraînement, prévenant ou atténuant ainsi les accidents.

La conception à l'épreuve des pannes des vannes de commande est un élément indispensable de la production industrielle, en particulier dans la production et la transformation de matières dangereuses de grande valeur telles que le pétrole brut,gaz naturelIl empêche efficacement les accidents majeurs, par exemple dans les conduites de carburant, où les vannes d'arrêt de sécurité se ferment automatiquement lorsqu'elles détectent des conditions dangereuses.empêcher le combustible d'entrer dans la chambre de combustion et ainsi éviter les incendies ou les explosionsEn outre, en guidant rapidement le système vers un état sûr, les pertes économiques causées par des dommages à l'équipement et des interruptions de production peuvent être minimisées.les mécanismes de sécurité contre les pannes protègent directement les opérateurs contre les dangers potentiels;, qui est la considération la plus fondamentale de tous les dessins et modèles industriels.de nombreuses industries ont des réglementations et des normes de sécurité strictes (telles que les qualifications SIL) exigeant que les équipements critiques possèdent des capacités de sécurité spécifiques, faisant de la conception à l'épreuve des pannes une condition nécessaire au respect de la réglementation.

Xiangjing Company fully understands the importance of fail-safe design for control valves and is committed to providing high-reliability control valve products and solutions that comply with international safety standardsGrâce à l'innovation technologique continue et à un contrôle de qualité strict, Xiangjing vise à devenir un partenaire de confiance dans la construction d'un avenir industriel sûr et efficace.S' il vous plaît visitezLe site officiel de la société Xiangjing.

Première partie: Fondements de la sécurité contre les défaillances des vannes de commande

Cette section explorera les concepts de base de la sécurité contre les défaillances des vannes de commande, y compris sa définition précise, son rôle essentiel dans la sécurité industrielle,et sa relation avec les normes internationales de sécurité (telles que la SIL).

1Qu'est-ce que la sécurité contre les défaillances de la vanne de commande?

Le système de sécurité de la soupape de commande fait référence au déplacement automatique de l'élément d'arrêt de la soupape vers une position prédéterminée lorsque l'alimentation en énergie d'entraînement est interrompue (par exemple, défaillance de l'alimentation en air de l'instrument,coupure de courant)Cette position prédéfinie doit être l'état de "sécurité" nécessaire pour protéger le processus et l'équipement.

La conception à l'épreuve des pannes est un élément essentiel de la sécurité fonctionnelle, dans le but de réduire les risques pour le personnel, l'environnement et les biens à un niveau acceptable.si le système de refroidissement tombe en panne, la vanne d'eau de refroidissement doit s'ouvrir automatiquement pour éviter la surchauffe et les risques potentiels.il peut entraîner une fuite continue de carburant, entraînant un incendie ou une explosion.

Une transition rapide vers un état de sécurité empêche l'équipement de continuer à fonctionner dans des conditions de défaillance et de causer des dommages.les mécanismes de sécurité réduisent directement les risques auxquels sont confrontés les opérateurs;.

La conception sans échec est étroitement liée au SIL (Safety Integrity Level). Le SIL est une note discrète utilisée pour mesurer la fiabilité des fonctions de sécurité et quantifier l'étendue de la réduction des risques.Un composant unique (tel qu'une vanne de commande) ne peut pas avoir une qualification SIL à lui seulUne boucle de sécurité typique comprend des capteurs, des unités d'évaluation et de sortie (tels qu'un PLC de sécurité),à haute teneur en dioxyde de carboneLa conception à l'épreuve des pannes des vannes de commande est un élément essentiel pour obtenir une qualification SIL spécifique.s'assurer que les fonctions de sécurité peuvent être exécutées de manière fiable dans les modes à faible demande (lorsque le système de sécurité n'est activé qu'une fois par an).

Les systèmes de contrôle traditionnels mettent l'accent sur l'efficacité et la précision dans des conditions de fonctionnement normales.La complexité et les risques potentiels de la production industrielle dictent que le comportement dans des conditions anormales est plus critique.L'essence des mécanismes de sécurité est d'anticiper et d'atténuer les pires scénarios au cours de la phase de conception, en guidant le système vers l'état "le moins dangereux".Il ne s'agit pas seulement d'une mise en œuvre technique, mais d'une application concrète de la philosophie de la sécurité en ingénierie., reflétant un changement de paradigme de l'efficacité de la production à la sécurité.leur mode de sécurité n'est pas seulement un paramètre technique, mais une décision stratégique prise après une évaluation approfondie et une compréhension des risques dans l'ensemble du processus.Lorsqu'elles achètent et mettent en œuvre des soupapes de commande, les entreprises doivent accorder la priorité à la fonctionnalité de sécurité aussi importante que la performance, et dans certaines applications critiques,la sécurité a préséance sur toutes les autres considérations.

2. Classification et sélection des modes sûrs contre les pannes

Les modes de sécurité des vannes de commande sont principalement classés en trois types, chacun correspondant à des scénarios d'application spécifiques et à des exigences de sécurité.La sélection du mode de sécurité approprié est essentielle pour assurer le fonctionnement sûr du système.

Fermeture par défaut (FC) / Fermeture par perte d'air (FCC)

Lorsque l'énergie d'entraînement (comme l'alimentation en air ou l'alimentation électrique) est interrompue, l'élément d'arrêt de la vanne de commande passe automatiquement à la position fermée.le passage du fluide est bloquéCe mode est le plus souvent réalisé par un actionneur de retour de ressort, où la force de précharge du ressort pousse la vanne à la position fermée lorsque la pression d'air ou la puissance est perdue.

Les scénarios d'application typiques sont les suivants:

• Les soupapes de gaz à combustible: dans les applications de brûleurs,les vannes d'arrêt de sécurité doivent se fermer automatiquement lorsque des conditions dangereuses (telles qu'une panne de courant) sont détectées pour empêcher le combustible (gaz ou huile) d'entrer dans la chambre de combustion;, évitant ainsi le feu ou l'explosion.
• Valves d'alimentation du réacteur: dans les réactions chimiques, si la réaction devient incontrôlée (par exemple une augmentation soudaine de la température), la valve d'alimentation doit se fermer immédiatement pour arrêter l'entrée de matériau,empêcher la réaction de s'intensifier.
• Systèmes haute pression: Dans les systèmes fluides haute pression, la fermeture de défaut empêche une fuite accidentelle de médias haute pression, réduisant ainsi le risque.

Le système d'aération doit être équipé d'un système de freinage de freinage de freinage de freinage.

Lorsqu'il est interrompu, l'élément limitant le débit de la soupape de commande se déplace automatiquement en position ouverte, ce qui signifie qu'en cas de panne, le passage du fluide est complètement ouvert.Ce mode est également généralement obtenu par des actionneurs de retour de ressort, mais la direction de configuration du ressort est opposée au mode FC, ce qui garantit que la vanne est poussée vers la position ouverte en cas de panne.

Les scénarios d'application typiques sont les suivants:

• Valves d'eau de refroidissement: dans les réacteurs ou autres systèmes nécessitant un refroidissement, en cas de panne du système de refroidissement ou d'interruption de l'alimentation,la soupape d'eau de refroidissement doit s'ouvrir automatiquement pour assurer un débit continu du milieu de refroidissement, empêchant la surchauffe des équipements.
• Valves de dégagement/valves de dégagement: lorsque la pression du système devient excessivement élevée, les valves de dégagement ou les valves de dégagement s'ouvrent automatiquement pour libérer la pression, protégeant ainsi l'équipement et les tuyaux.
• Ventilation d'urgence: dans certains processus nécessitant une ventilation d'urgence, l'ouverture par défaut permet de décharger rapidement le milieu.

Échec final (FL) / échec en place

Lorsque la puissance d'entraînement est interrompue, la vanne de commande reste dans la dernière position avant la défaillance.Ce mode nécessite généralement des mécanismes de verrouillage supplémentaires ou des dispositifs de stockage d'énergie pour maintenir la position de la vanne.Ceci est généralement réalisé par des positionneurs spéciaux (avec vannes de verrouillage) ou des actionneurs à double action combinés à des dispositifs de stockage d'énergie (tels que des réservoirs d'air ou des serrures hydrauliques).Pour les systèmes pneumatiques, les réservoirs d'air peuvent fournir une source d'air de secours à court terme pour les actionneurs à double action, leur permettant de maintenir ou de compléter des actions spécifiques lorsque la source d'air principale tombe en panne.

Les scénarios d'application typiques sont les suivants:

• Systèmes nécessitant une intervention manuelle: dans certains processus complexes ou sensibles, l'ouverture ou la fermeture immédiate des vannes peut avoir des conséquences plus graves.Le fonctionnement en toute sécurité permet aux opérateurs d'évaluer la situation et d'intervenir manuellement, ce qui ramène le système à un état stable.
• Maintenance de l'état actuel: dans les scénarios autres que les situations d'urgence où le maintien du débit est nécessaire, par exemple lorsque les fluctuations du débit ont un impact minimal sur les processus en aval,Le fonctionnement en toute sécurité peut empêcher les interruptions inutiles du processus.
• Régulation de haute précision: dans les circuits nécessitant une régulation de haute précision, le fonctionnement en sécurité empêche les vannes de s'ouvrir ou de se fermer soudainement complètement en cas de perte de signal,en réduisant ainsi l'impact sur le processus.

Principes de sélection

Le choix d'un mode de sécurité n'est pas arbitraire mais repose sur une évaluation complète des risques du procédé spécifique.ou maintenu) peut minimiser le risque de blessure corporelleEn outre, des facteurs tels que les propriétés des fluides (inflammables, explosifs, corrosifs),la réponse dynamique du processus, et les relations d'interconnexion avec les équipements en amont et en aval doivent être prises en considération.la position par défaut est généralement sélectionnée comme fermé par défaut; pour les systèmes nécessitant un refroidissement continu ou un soulagement de la pression, la position par défaut est sélectionnée comme ouverte par défaut.La qualité de l'équipement est également critique., car ces normes fournissent souvent des recommandations ou des exigences obligatoires pour les modes de sécurité basés sur des applications spécifiques.

La sélection des modes sans défaut est la première ligne de défense dans la conception de la sécurité des processus.Ce comportement prédéfini doit être aligné sur les dangers inhérents au processus afin de garantir que:, en cas de panne, le système passe automatiquement à l'état physique le plus sûr. Par exemple, la soupape de carburant FC empêche la combustion incontrôlée,tandis que la soupape de refroidissement FO empêche les explosions de surchauffeIl incarne le principe de "sécurité dès la conception" plutôt que de s'appuyer uniquement sur des mesures correctives post-incident.Il souligne l'importance de réaliser des analyses détaillées des risques et de l'opérabilité (HAZOP) et des évaluations du niveau d'intégrité de la sécurité (SIL) du flux de processus au début d'un projet.Les fournisseurs de soupapes de commande tels queSociété Xiangjings'engager dans des discussions approfondies avec les clients sur leurs caractéristiques de processus lors de la fourniture de produits,offrant des recommandations professionnelles pour la sélection du mode de sécurité plutôt que de simplement vendre des produits standard.

Deuxième partie: Composants essentiels pour atteindre une fonctionnalité sûre contre les pannes
Cette section fournit une explication détaillée des composants clés pour le fonctionnement en toute sécurité des vannes de commande d'entraînement ‘actuateurs et positionneurs de vannes’ et analyse leurs principes de fonctionnement respectifs.mécanismes de sécurité, les avantages et les inconvénients, et les applications dans l'industrie.

1. Actuateurs: actions de conduite à l'abri des pannes

Les actionneurs sont les "muscles" des vannes de commande, responsables de la conversion des signaux de commande en mouvement mécanique pour modifier la position de l'élément de restriction de débit de la vanne.Leur conception détermine directement le comportement de la vanne en cas de panneLes actionneurs sont généralement classés en trois types principaux: pneumatiques, électriques et hydrauliques.

Autres appareils à commande automatique

Les actionneurs pneumatiques utilisent une pression d'air comprimé (généralement de l'air) pour entraîner un piston ou un diaphragme,qui provoque le déplacement de la tige de vanne vers l'avant et vers l'arrière (mouvement linéaire) ou la rotation via un mécanisme à engrenageLa pression du gaz peut être appliquée alternativement aux deux côtés du piston (double action) ou entrer uniquement d'un côté et s'appuyer sur un ressort pour le retour (single action).

Mécanismes de sécurité contre les pannes:

• Retour au ressort: c'est le mécanisme de sécurité le plus courant et le plus inhérent aux actionneurs pneumatiques.la force du ressort précompressé pousse l'actionneur vers une position sûre prédéfinie (entièrement ouverte ou complètement fermée)"Cette conception est simple et fiable, largement utilisée dans les applications nécessitant un état sûr clair.
• réservoir d'air/accumulateur: pour les actionneurs pneumatiques à double action, lorsque l'alimentation en air principale tombe en panne, le réservoir d'air connecté peut fournir de l'air comprimé de secours,permettant à la soupape de continuer à fonctionner ou de terminer l'action de sécurité prédéfinie dans un délai spécifiqueCeci est particulièrement utile pour maintenir des opérations de processus ou des arrêts sûrs sur une longue période,Par exemple, s'assurer qu'une vanne de commande continue à fonctionner pendant une période de temps spécifique après une panne du compresseur d'air., permettant des réparations ou un arrêt sûr.

Avantages et inconvénients:

• Avantages: Structure simple, léger et relativement facile à installer et à entretenir; le milieu de travail est l'air, facile à évacuer, respectueux de l'environnement et peu coûteux.La force de sortie et la vitesse de fonctionnement sont facilement réglables, avec des temps de réaction généralement rapides. Haute fiabilité et longue durée de vie. À l'épreuve du feu, à l'épreuve des explosions et à l'épreuve de l'humidité, adapté aux environnements à haute température.permettant un approvisionnement en air centralisé et une transmission longue distance.
• Inconvénients: En raison de la compressibilité de l'air, la vitesse de fonctionnement est facilement affectée par les changements de charge et la stabilité à basse vitesse est inférieure à celle des cylindres hydrauliques.La force de sortie est généralement inférieure à celle des cylindres hydrauliques. vitesse de transmission du signal pneumatique lente, peu adaptée aux systèmes complexes nécessitant une transmission du signal à grande vitesse.Requiert un approvisionnement continu en air comprimé et une maintenance régulière pour éviter les fuitesLes coûts initiaux peuvent être inférieurs, mais les coûts opérationnels à long terme (compresseurs, tuyauterie, entretien) peuvent être plus élevés.

Applications industrielles: largement utilisées dans les applications nécessitant un mouvement rapide et des exigences de résistance à l'explosion, telles que le pétrole et le gaz naturel, les produits chimiques, les aliments et les boissons,les industries du traitement de l'eau.

Appareils électriques

Les actionneurs électriques convertissent l'énergie électrique en mouvement rotatif ou linéaire à l'aide de moteurs (généralement des moteurs pas à pas et des servo-moteurs) pour contrôler la position, la vitesse, le couple, etc.Les moteurs pas à pas obtiennent un positionnement précis grâce à des impulsions, tandis que les servomotors obtiennent une réponse dynamique grâce au contrôle de la rétroaction.

Mécanismes de sécurité contre les pannes:

• Puissance de secours/condensateur: en cas de panne d'alimentation principale electric actuators can be equipped with a backup battery pack or supercapacitor to provide temporary power to complete pre-set fail-safe actions (such as driving the valve to the fully open or fully closed position)Ce mécanisme assure la dernière barrière de sécurité en cas de panne de courant.
• Printemps mécanique: Certains actionneurs électriques intègrent également des ressorts mécaniques, qui utilisent la force du ressort pour pousser la vanne vers une position sûre en cas de panne de courant.Cette conception combine le contrôle précis de l'énergie électrique avec les caractéristiques inhérentes à la sécurité des ressorts.

Avantages et inconvénients:

• Avantages: offre un positionnement précis et répétable, ce qui le rend idéal pour les tâches automatisées.Faibles exigences en matière de maintenancePlus d'éléments, moins de fluides, plus de polyvalence, plus de facilité de programmation pour des mouvements complexes.Capables de réaliser un positionnement de haute précision et des vitesses de mouvement réglablesLa vitesse de rotation n'est pas affectée par les variations de charge et est indépendante de la tension et de la fréquence d'alimentation.
• Désavantages: le coût est généralement plus élevé que les actionneurs pneumatiques. Les systèmes de contrôle sont complexes, nécessitant des connaissances spécialisées pour l'installation et la maintenance.étanchéitéLa force de sortie est relativement faible et ne convient pas aux tâches lourdes.Dépendant d'une alimentation stable et peut ne pas convenir aux environnements explosifs (sauf si spécialement conçus)Le temps de cycle peut être plus lent que pour les systèmes pneumatiques.

Applications industrielles: Convient pour les scénarios nécessitant un contrôle précis et un fonctionnement flexible, tels que les entraînements de bras robotisés, les réglages de bande transporteuse, les lignes de montage, les machines agricoles,systèmes de ventilationIl est également largement utilisé dans la production d'électricité, le traitement de l'eau et les industries pharmaceutiques.

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Les actionneurs hydrauliques utilisent du fluide hydraulique sous pression (généralement de l'huile) pour entraîner les pistons ou les lames, convertissant la pression du fluide en mouvement mécanique.L'incompressibilité du fluide hydraulique lui permet de fournir une force énorme.

Mécanismes de sécurité contre les pannes:

• Retour de ressort: Comme les systèmes pneumatiques, les actionneurs hydrauliques peuvent également incorporer des ressorts pour pousser la vanne vers une position sûre prédéfinie en utilisant la force du ressort lorsque le système hydraulique perd de la pression.Cette méthode est couramment utilisée dans les applications d'urgence nécessitant une fermeture ou une ouverture rapide.
• Blocage hydraulique: En verrouillant le circuit d'huile hydraulique, l'actionneur reste dans sa dernière position lorsque la pression est perdue.une puissance de sortie supérieure à 100 W, en veillant à ce que la tige de sortie du piston soit verrouillée pendant les interruptions d'alimentation ou de signal afin d'éviter toute perturbation du système.

Avantages et inconvénients:

• Avantages: Capable de produire un couple/poussée extrêmement élevé, adapté au fonctionnement de grandes vannes, lourdes ou à haute pression.Réaction rapide aux signaux de commande, adapté à l'ESD (système d'arrêt d'urgence) et aux applications de vannes nécessitant une action rapide.L'incompressibilité du fluide hydraulique assure un mouvement lisse et stable.
• Inconvénients: Système complexe nécessitant des pompes hydrauliques, des réservoirs, des conduites, etc., ce qui entraîne des coûts d'installation et d'entretien élevés.qui peuvent contaminer l'environnement ou causer des problèmes de sécurité- Exigences élevées en matière de propreté des fluides; la contamination des fluides peut entraîner des dysfonctionnements.

Applications industrielles: principalement utilisées dans les travaux lourds nécessitant une puissance de sortie élevée et une réponse rapide, tels que les plateformes de forage pétrolier et gazier, les centrales hydroélectriques,machines industrielles de grande taille, et des gazoducs.

Les caractéristiques de sécurité d'un actionneur sont des propriétés inhérentes, et non des caractéristiques supplémentaires.et les sources d'alimentation de secours ne sont pas ajoutées en plus des fonctions de base de l'actionneurPar exemple, le retour de ressort utilise l'énergie potentielle, le retour de ressort utilise l'énergie potentielle, le retour de ressort utilise l'énergie potentielle, et le retour de ressort utilise l'énergie potentielle.tandis que les réservoirs d'air utilisent la compressibilité du gaz pour stocker l'énergieCes mécanismes sont activés passivement en cas de panne d'énergie, ce qui incarne la philosophie de conception de la "sécurité passive".Il convient non seulement de se concentrer sur la capacité de conduite de l'actionneur, mais également de bien comprendre si ses mécanismes de sécurité intégrés répondent aux exigences spécifiques du processus..Société Xiangjingfournit des explications détaillées des principes de sécurité des différents actionneurs lorsqu'il propose des solutions de soupapes de commande,aider les clients à choisir les produits les plus adaptés à leurs scénarios d'application et assurer leur fiabilité dans des conditions extrêmes.

2Positionneur de vanne: contrôle précis et diagnostic de défaut

Un positionneur de vanne est un accessoire essentiel dans un ensemble de vannes de commande.Il assure non seulement que la vanne répond avec précision aux signaux de commande, mais joue également un rôle clé dans l'amélioration de la fiabilité des vannes de commande et permet un diagnostic avancé de défaut.

La fonction et l'importance des positionneurs de vannes

La fonction principale d'un positionneur est de fournir de l'air sous pression (ou de l'électricité) à l'actionneur de soupape,s'assurer que la position de la tige de soupape ou de l'arbre de soupape est précisément alignée sur le point de réglage du système de commandeLe positionneur permet de surmonter des facteurs tels que le frottement de l'emballage de la souche de la vanne, le frottement de l'emballage de l'emballage de l'emballage de la soupape, le frottement de l'emballage de l'emballage de l'emballage de la soupape, le frottement de l'emballage de l'emballage de l'emballage de la soupape, le frottement de l'emballage de l'emballage de l'emballage de la soupape, etc.décalage de l'actionneur, et des forces déséquilibrées sur la prise de vanne qui affectent le positionnement précis de la vanne, améliorant ainsi

la précision de commande et la vitesse de réponse de la vanne de commande.le positionneur nécessite généralement une rétroaction de position de la tige ou de l'arbre de la vanne et transmet l'état de la position de la vanne au système de niveau supérieur pour la surveillance du processus., diagnostic de défaut ou vérification démarrage/arrêt.

Types de signaux et mécanismes de rétroaction

Les vannes de commande reçoivent des signaux des contrôleurs pour fonctionner.

• Type de signal:

1. Signals pneumatiques: les équipements de traitement traditionnels utilisent des signaux de pression pneumatiques (généralement de 20,7 à 103 kPa,ou de 3 à 15 psig) comme points de réglage pour les vannes de réglage pour déplacer la vanne de la position 0% à 100%.
2. Signal I/P analogique (4-20 mA): la plupart des équipements de processus modernes utilisent un signal CC de 4 à 20 mA pour réguler les vannes de commande.Le convertisseur I/P dans le positionneur convertit le signal électronique de courant en un signal de pression pneumatiqueL'avantage du signal de 4 à 20 mA réside dans sa forte immunité au bruit, sa résistance aux chutes de tension et sa capacité d'auto-surveillance (un courant inférieur à 3,8 mA ou supérieur à 20,5 mA est considéré comme une défaillance).
3. Signal numérique: Les contrôleurs de soupape numérique sont des instruments basés sur un microprocesseur qui communiquent avec le système de contrôle par des signaux numériques.Les protocoles de communication numérique courants incluent HART® (superposé au signal traditionnel de 4 à 20 mA)La technologie sans fil fournit également une méthode alternative de transmission d'informations.

• Mécanisme de rétroaction: les positionneurs nécessitent une rétroaction de position de la tige ou de l'arbre de la vanne pour contrôler précisément la vanne.

1. Réaction mécanique: dans les positionneurs pneumatiques traditionnels,la position de l'arbre de la soupape est comparée à la position des soufflets qui reçoivent le signal de commande pneumatique par liaisons mécaniques et camesCette méthode présente des inconvénients tels qu'une usure élevée, une faible précision et une courte durée de vie.
2. Réaction électronique: le microprocesseur d'un contrôleur de soupape numérique reçoit une rétroaction électronique sur la position de la soupape.Les capteurs à effet Hall sont utilisés pour mesurer la densité du champ magnétique sur un réseau d'aimants permanents, permettant une rétroaction de la position de la tige de soupape sans tige, sans contact. Cela élimine les problèmes tels que l'usure, la corrosion et les vibrations, améliorant considérablement la stabilité et la fiabilité.

Types de positionneurs de soupapes et leur rôle dans le fonctionnement en toute sécurité

• Les dispositifs de positionnement pneumatiques:

1. Caractéristiques: Réception de signaux pneumatiques et pression d'air de sortie pour réguler l'actionneur.
2. Rôle dans l'exploitation en toute sécurité: adapté à des opérations simples et robustes, en particulier dans des environnements sans alimentation électrique ou à risque d'explosion, car il ne produit pas d'étincelles.Ils peuvent fournir une force suffisante pour fermer les vannes.

• Les positions électro-pneumatiques / positions I/P analogiques:

1. Caractéristiques: Reçoit des signaux électriques (généralement de 4 à 20 mA), les convertit en signaux pneumatiques via un convertisseur I/P et les envoie à l'actionneur.ils offrent une plus grande précision et une plus grande résolution.
2. Rôle dans le fonctionnement en toute sécurité: combiner la précision du contrôle électrique avec la robustesse et la sécurité du fonctionnement pneumatique.Convient pour les environnements industriels avec des infrastructures électriques et pneumatiques, ainsi que des stratégies de contrôle complexes nécessitant une plus grande précision.

• Les dispositifs de positionnement numériques/intelligents:

1. Caractéristiques: microprocesseur intégré capable de recevoir des signaux numériques (par exemple, HART, Foundation Fieldbus, Profibus) ou des signaux de 4 à 20 mA. Offre une haute précision, une haute résolution, une grande fiabilité,et fonctions de diagnostic et de communication avancées.
2. Rôle dans la tolérance aux erreurs:

• Diagnostics avancés: Capable de surveiller en temps réel les performances des vannes, détectant les anomalies telles que le collage des vannes, les fuites, l'usure des emballages et le vieillissement des ressorts.Cela permet de passer de la maintenance planifiée à la maintenance prédictive., ce qui améliore considérablement la fiabilité globale du système à l'abri des pannes.
• Auto-étalonnage et surveillance à distance: de nombreux positionneurs intelligents disposent de capacités d'auto-étalonnage et de surveillance à distance, simplifiant l'installation et la mise en service, réduisant les coûts de maintenance,et permettant une exploitation sûre dans les zones dangereuses.
• Technologie de rétroaction sans contact: l'utilisation de technologies de rétroaction sans contact telles que les capteurs à effet Hall élimine l'usure, la corrosion,et les problèmes de vibration associés aux liaisons mécaniques traditionnelles et aux potentiomètres de type contactCela améliore fondamentalement l'exactitude et la fiabilité de la rétroaction de la position de la vanne, améliorant ainsi encore les performances sans défaut.

Les positionneurs sont essentiels à la "intelligence" et à la "sécurité prédictive" des vannes de commande.Les premiers positionneurs ont principalement abordé des problèmes non linéaires dans les actionneurs pour assurer une réponse précise de la vanne aux signaux de commandeAvec les progrès technologiques, en particulier dans les technologies des microprocesseurs et des capteurs,les positionneurs numériques permettent non seulement d'obtenir un contrôle précis, mais aussi de surveiller l'état de la vanne en temps réel grâce à des algorithmes de diagnostic et à des protocoles de communication intégrésCela permet aux systèmes de passer de "réagir passivement aux défauts" à "prévoir et prévenir activement les défauts", améliorant considérablement les niveaux de sécurité des défauts.Cette évolution du "contrôle" au "diagnostic" à la "prédiction" représente une tendance significative dans la gestion des équipements dans le cadre de laL'investissement dans les positionneurs intelligents ne consiste pas seulement à améliorer la précision de contrôle des vannes de commande;Il s'agit d'un investissement dans la “surveillance de la santé” et la “sécurité préventive” de l'ensemble du processusLes solutions de positionnement intelligentes fournies par la société Xiangjing peuvent aider les clients à atteindre des niveaux plus élevés de diagnostic de défaut et de maintenance prédictive.en réduisant ainsi le risque de temps d'arrêt non planifié et en améliorant l'efficacité opérationnelle et la sécurité globales de l'usine.

Troisième partie: Stratégies et technologies avancées de sécurité contre les pannes

En plus de la conception en toute sécurité pour les soupapes de commande individuelles, des stratégies de sécurité plus avancées sont nécessaires dans les processus critiques, telles que la conception redondante, le diagnostic avancé des défauts,maintenance prédictive, et des considérations relatives aux conditions d'exploitation particulières.

1. Conception redondante et boucles de sécurité

Pour améliorer davantage la sécurité et la disponibilité des systèmes, en particulier lors de la manipulation de supports à haut risque ou à haute valeur, la conception redondante est une stratégie indispensable.

Types de configurations redondantes

• 1oo2 (un sur deux) Configuration de série: Deux vannes de commande sont installées en série. Si une vanne ou son signal de commande tombe en panne, le système entier s'éteint pour éviter d'autres dommages.Cette configuration améliore considérablement la sécuritéIl est couramment utilisé dans les lignes de transport de médias nécessitant des niveaux de sécurité plus élevés.
• 2oo2 (Two-out-of-Two) Configuration parallèle: Deux vannes de commande sont installées en parallèle. Si une vanne ou son signal de commande tombe en panne, le système reste actif et continue à fonctionner.Cette configuration améliore principalement la disponibilité du systèmeIl est couramment utilisé dans les scénarios nécessitant une grande disponibilité, tels que les boucles de refroidissement.
• 2oo3 (deux sur trois) Configuration de vote: Cette configuration combine une sécurité et une disponibilité plus élevées.et le système n'exécute l'action correspondante que lorsque deux des vannes envoient le même signalCela permet de tester le fonctionnement d'une seule soupape sans activer l'actionneur, tandis que le système peut continuer à fonctionner en toute sécurité même si une seule soupape tombe en panne.Le module fonctionnel 2oo3 combine la série et la technologie NAMUR pour assurer le plus haut niveau de sécurité et de fiabilité, et permet une maintenance pendant le fonctionnement.

Application dans les systèmes à instruments de sécurité (SIS)

La conception redondante est un élément essentiel des systèmes de sécurité instrumentés (SIS).et éléments de commande finaux (tels que des vannes de commande), visant à amener le processus à un état de sécurité en cas de panne du système de contrôle de processus de base (BPCS).répondant aux exigences spécifiques relatives au niveau SIL.

La conception redondante est un art d'équilibre entre sécurité et disponibilité. and 2oo3 are not simply about increasing the number of devices but involve strategic choices between “safety” (preventing hazards) and “availability” (maintaining operation) based on different process requirements. 1oo2 donne la priorité à la sécurité par rapport à la disponibilité, 2oo2 donne la priorité à la disponibilité par rapport à la sécurité, tandis que 2oo3 cherche à trouver l'équilibre optimal entre les deux.Ce compromis reflète les considérations profondes dans la conception de systèmes complexes: comment réaliser une gestion optimale des risques et une efficacité opérationnelle dans des ressources limitées.les entreprises doivent avoir une compréhension claire du niveau de risque de leurs opérations de processusLa société Xiangjing, en tant que fournisseur professionnel de vannes de commande, peut fournir des produits et un soutien technique adaptés à différentes architectures de redondance,aider les clients à concevoir et à mettre en œuvre les boucles de sécurité les plus appropriées en fonction de leurs besoins spécifiques, ce qui permet d'atteindre un équilibre optimal entre sécurité et disponibilité.

2Diagnostic des défauts et maintenance prédictive

La capacité de diagnostiquer et de prédire les défaillances potentielles en temps réel, et ainsi d'intervenir avant qu'une défaillance ne se produise,représente une exigence de niveau supérieur pour améliorer la fiabilité des systèmes de vannes de commande.

Fonctions de diagnostic des positionneurs intelligents

Les positionneurs de vannes intelligents modernes (tels que les positionneurs numériques) sont équipés de microprocesseurs et d'algorithmes avancés pour effectuer un diagnostic complet des vannes de commande.Ces fonctions de diagnostic comprennent::

• Détection de collage de la vanne: surveille l'écart entre la rétroaction de la position de la vanne et le point de référence pour déterminer si le collage s'est produit.
• Détection des fuites: surveille la pertinence de la pression d'air de sortie par le biais de capteurs de pression pour diagnostiquer les fuites internes ou externes.
• Diagnostic de l'usure de l'emballage: il surveille les variations de la force de frottement maximale pour déterminer le vieillissement ou le durcissement de l'emballage.
• Réglage/inclinaison du ressort: utilise le diagnostic de l'équilibre de force pour détecter les conditions anormales dans le ressort de l'actionneur.
• Diagnostic du circuit d'air: détecte la gravité de l'accumulation d'huile et d'eau à l'intérieur du positionneur.
• Temps de fonctionnement/nombre de cycles: enregistrer les données de fonctionnement de la vanne pour évaluer les niveaux d'usure.

Transition de la maintenance planifiée à la maintenance basée sur les conditions

Les modèles de maintenance traditionnels sont basés sur une maintenance programmée basée sur le temps, ce qui peut entraîner une maintenance excessive ou insuffisante.les usines peuvent passer de la maintenance basée sur le temps (TBM) à la maintenance basée sur la condition (CBM) et à la maintenance prédictive (PdM)Cela signifie que les interventions ne sont effectuées que lorsque l'état de l'équipement indique le besoin d'entretien, ce qui optimise les ressources d'entretien, réduit les coûts d'entretien,et minimiser les temps d'arrêt imprévusEn outre, l'adoption de technologies de rétroaction de la position de la tige de soupape sans contact, telles que les capteurs à effet Hall, élimine les problèmes liés à l'usure, à la corrosion, à l'usure, à l'usure, à l'usure, à l'usure, à l'usure, à l'usure, etc.et les vibrations associées aux liaisons mécaniques et aux potentiomètres de type contact, améliorant fondamentalement l'exactitude et la fiabilité des commentaires et fournissant une base de données pour des diagnostics précis.

L'entretien prédictif basé sur les données représente un saut de la sécurité de défaut réactive à la sécurité de défaut proactive.Alors que les technologies de diagnostic avancées utilisent l'analyse des données en temps réel pour émettre des avertissements au stade " initiaux " d'une panneCela permet au personnel d'entretien de planifier les réparations sans perturber la production, transformant les événements potentiels de déclenchement de défaut de sécurité en événements d'entretien planifiés.- éviter ainsi l'activation réelle des mécanismes de sécurité des défauts et réduire les risques pour la sécurité et les pertes de temps d'arrêtIl s'agit d'une avancée majeure dans le domaine de l'automatisation industrielle, qui passe d'une approche "réactive" à une approche "proactive".

Il s'agit non seulement de la précision du contrôle des vannes de commande, mais aussi de l'investissement dans la "surveillance de la santé" et la "sécurité préventive" de l'ensemble du processus.Les solutions de positionnement intelligentes de Xiangjing Company aident les clients à réaliser un diagnostic avancé des défauts et une maintenance prédictive, réduisant ainsi le risque de temps d'arrêt imprévus et améliorant l'efficacité opérationnelle et la sécurité globales de l'installation.

3. Considérations en matière de sécurité en cas de défaillance dans des conditions de fonctionnement particulières

Dans des conditions de fonctionnement extrêmes ou particulières, la conception des vannes de commande à l'épreuve des pannes nécessite une considération supplémentaire pour répondre aux caractéristiques des supports et aux défis environnementaux.

Environnements à haute et basse température

Les températures extrêmes peuvent provoquer l'expansion, la contraction, la fragilité ou le ramollissement des composants de la vanne, ce qui affecte le fonctionnement normal de la vanne et ses performances d'étanchéité.les températures élevées peuvent provoquer une prise de prise de prise de soupape, tandis que les basses températures peuvent altérer les performances de l'actionneur. Solutions include using an extended valve bonnet to protect the valve stem packing from extreme temperatures and selecting special high-temperature or low-temperature resistant materials to ensure reliability within the design temperature range.

Médias corrosifs à haute viscosité

Les supports corrosifs peuvent éroder les corps et les composants internes de la vanne, tandis que les supports à haute viscosité peuvent adhérer aux tiges de la vanne, ce qui les empêche de s'enfermer entre la tige et le corps, ce qui rend l'opération plus difficile..Les solutions comprennent l'utilisation de matériaux résistants à la corrosion (tels que des alliages spéciaux) et l'optimisation des structures des composants internes de la vanne pour réduire l'adhérence et la mise à l'échelle des supports.

Les soupapes de commande ont des avantages dans le traitement des solides.

Exigences particulières relatives aux soupapes d'arrêt d'urgence (soupapes ESD)

Les vannes d'arrêt d'urgence (vannes ESD) sont des composants essentiels des systèmes équipés d'instruments de sécurité, dont la tâche principale est de ramener rapidement le processus à un état sûr en cas d'urgence.Les soupapes ESD nécessitent généralement une fiabilité extrêmement élevéeIls sont souvent conçus pour assurer une coupure immédiate du fluide lorsque l'énergie d'entraînement est interrompue.Pour assurer la fiabilité des soupapes ESD, des interrupteurs de vérification de fermeture de soupape ou des systèmes de détection des fuites de soupape sont généralement nécessaires.s'assurer que la vanne d'arrêt de sécurité du carburant est complètement fermée avant le cycle de purge et d'allumageLe système de détection des fuites de soupape surveille les fuites en pressurisant la conduite entre deux soupapes d'arrêt ou en déterminant les fuites individuelles de soupape par des signaux d'interrupteur de pression.

La conception sécurisée doit être profondément intégrée à l'environnement opérationnel.comme l'environnement de fonctionnement réel de la vanne de commande (températurePar exemple, les milieux corrosifs peuvent provoquer une défaillance des composants des vannes,rendant le mécanisme de sécurité inutilisable.

Par conséquent, la conception à l'épreuve des pannes doit être systématique, en tenant compte des défis des conditions de fonctionnement, de la sélection des matériaux, de la conception structurelle à la maintenance diagnostique.Cela signifie que les soupapes de commande standard peuvent ne pas répondre aux exigences de sécurité dans des conditions de fonctionnement extrêmes., nécessitant des solutions sur mesure ou spécialement conçues.Société Xiangjing, en tirant parti de son vaste expertise en soupapes de commande, peut fournir des recommandations de sélection professionnelles et des produits personnalisés adaptés à diverses conditions de fonctionnement particulières,s'assurer que les vannes de commande remplissent de manière fiable des fonctions de sécurité, même dans les environnements les plus exigeants;.

Quatrième partie: Études de cas d'applications de vannes de contrôle de défaillance dans l'industrie

La conception à l'épreuve des pannes des vannes de commande joue un rôle indispensable dans de nombreux domaines industriels.

1Industrie pétrolière et gazière

En amont de l'extraction pétrolière et gazière, les vannes de commande des systèmes de commande des têtes de puits doivent maintenir une régulation précise du débit et des capacités d'arrêt d'urgence sous pression extrême, en milieu corrosif,Les principales fonctions des vannes de contrôle de tête de puits comprennent le contrôle de l'accélération, la régulation de la pression et l'arrêt d'urgence.

Dans le transport de pipelines de pétrole et de gaz, les vannes de commande sont utilisées pour réguler le débit, la pression et la température.comme des ruptures de pipelines ou une pression anormaleDans les applications de brûleurs dans les raffineries et les usines chimiques, les brûleurs sont utilisés pour éviter les fuites de substances dangereuses et de grande valeur, évitant ainsi la pollution de l'environnement et les accidents majeurs de sécurité.Les soupapes de gaz à combustible nécessitent généralement une fonction de fermeture en cas de défaillance pour assurer que l'alimentation en carburant est immédiatement coupée en cas de panne de courant ou de perte de signal.Les normes de l'industrie exigent généralement l'installation de deux vannes d'arrêt directement connectées pour assurer une protection redondante.

2Industrie chimique et pharmaceutique

Dans les réacteurs chimiques, un contrôle précis de la température et de la pression est essentiel.Les soupapes d'eau de refroidissement sont souvent conçues comme "ouvertes à défaut" pour assurer que l'eau de refroidissement continue à circuler en cas de panne du système de refroidissement.Les soupapes d'alimentation sont souvent conçues comme "fermées en cas de défaillance" pour couper immédiatement l'approvisionnement en matière en cas de réaction en cas de défaillance.

Les industries chimiques et pharmaceutiques manipulent souvent des substances corrosives, inflammables, explosives ou toxiques.La conception à l'épreuve des pannes des vannes de commande garantit que les milieux dangereux peuvent être isolés en toute sécurité ou dirigés vers une zone sûre en cas de fuitePar exemple, les soupapes de régulation utilisées pour les supports à haute viscosité nécessitent une conception spéciale pour empêcher l'adhérence du milieu provoquant le collage de la soupape,qui pourraient nuire au fonctionnement en toute sécuritéDans la production pharmaceutique, un contrôle précis du débit et une capacité d'arrêt d'urgence sont essentiels pour la qualité du produit et la sécurité de la production.Les caractéristiques de sécurité des vannes de commande assurent la précision et la répétabilité dans des processus tels que le mélange, contrôle des conditions de réaction et remplissage du produit.

3. Industrie du traitement de l'eau et de l'énergie

Dans les usines de traitement de l'eau, les barrages et les réseaux d'irrigation, des vannes de contrôle sont utilisées pour réguler le débit d'eau, la pression et le niveau du liquide.Les soupapes anti-échec assurent qu'en cas d'anomalies dans le système d'alimentation en eauPar exemple, dans le cadre du projet de pipeline d'approvisionnement en eau de Harbin Mudanshan, le débit de l'eau de l'eau de mer a été réduit de plus en plus.Des vannes à piston DN1600 VAG ont été installées pour contrôler la pression et le débit de l'eau et compenser les différences de pression d'altitude.

Dans les centrales électriques, les vannes de commande sont utilisées pour réguler les processus critiques tels que le débit de vapeur, l'eau de refroidissement et l'approvisionnement en carburant.Les soupapes de régulation des systèmes de refroidissement sont généralement conçues comme "ouvertes à défaut" pour assurer un débit continu d'eau de refroidissement en cas de panne de la pompe ou de blocage des conduites.Les actionneurs hydrauliques, avec leur couple de sortie élevé et leur capacité de réaction rapide, sont couramment utilisés pour faire fonctionner des soupapes de grande taille, lourdes ou à haute pression.comme dans les centrales hydroélectriques et les gazoducs.

Les caractéristiques de l'industrie déterminent l'orientation des stratégies de sécurité contre les pannes.Les différentes industries ont des différences significatives dans leurs exigences et leurs priorités en matière de sécuritéPar exemple, l'industrie pétrolière et gazière accorde la priorité à la prévention des explosions et des fuites, de sorte que les vannes FC et les systèmes d'arrêt redondants sont essentiels;l'industrie du traitement des eaux peut privilégier la continuité de l'approvisionnement en eau et la prévention des inondationsCette variabilité exige que les fournisseurs de vannes de contrôle possèdent une compréhension technique transversale et des capacités de solution personnalisées.Cela signifie que la vente et l'application de soupapes de réglage ne sont pas une approche unique, mais nécessitent une compréhension approfondie des antécédents de l'industrie du client et des exigences spécifiques du processus.En tant que fo