Βαλβίδες ελέγχου Fail-Open vs Fail-Closed vs Fail-in-Place βαλβίδες ελέγχου

Όταν μια βαλβίδα ελέγχου χάνει το σήμα ελέγχου, τον πεπιεσμένο αέρα οργάνων ή την ηλεκτρική τροφοδοσία, τι πρέπει να κάνει; Η απάντηση εξαρτάται από τη διαδικασία και τις συνέπειες της απώλειας ελέγχου.

Μια βαλβίδα μπορεί να χρειαστεί να ανοίξει για να διατηρήσει τη ροή ψύξης, να κλείσει για να απομονώσει μια επικίνδυνη τροφοδοσία ή να παραμείνει κοντά στην τελευταία της θέση για να ελαχιστοποιήσει τη διαταραχή της διαδικασίας. Αυτές οι συμπεριφορές περιγράφονται συνήθως ως fail-open (ανοίγει σε βλάβη), fail-closed (κλείνει σε βλάβη) και fail-in-place (παραμένει στη θέση της σε βλάβη).

Η επιλογή της σωστής ενέργειας σε περίπτωση βλάβης είναι μια μηχανική απόφαση που συνδέεται με τις απαιτήσεις ασφάλειας της διαδικασίας, και όχι απλώς μια προτίμηση για έναν τύπο ενεργοποιητή.

Μια βαλβίδα ελέγχου fail-open έχει σχεδιαστεί για να κινείται προς την ανοιχτή θέση μετά από μια καθορισμένη συνθήκη βλάβης.

Αυτή η ενέργεια μπορεί να είναι κατάλληλη όταν η διατήρηση της ροής είναι απαραίτητη για τη μείωση του κινδύνου. Για παράδειγμα, μια βαλβίδα νερού ψύξης μπορεί να έχει σχεδιαστεί για να ανοίγει με την απώλεια του βοηθητικού της μέσου, εάν η συνεχής ψύξη είναι η απαιτούμενη ασφαλής απόκριση.

Μια κοινή διάταξη χρησιμοποιεί πνευματικό ενεργοποιητή με μηχανισμό επαναφοράς ελατηρίου. Κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας, η πίεση αέρα κινεί τον ενεργοποιητή ενάντια στο ελατήριο. Όταν χάνεται η σχετική παροχή αέρα, το ελατήριο οδηγεί τη βαλβίδα προς την καθορισμένη θέση βλάβης της.

Ωστόσο, η συμπεριφορά fail-open δεν πρέπει ποτέ να υποτίθεται μόνο από τον ενεργοποιητή. Ο προσανατολισμός της βαλβίδας, η διαμόρφωση του ενεργοποιητή, τα αξεσουάρ και το καθορισμένο σενάριο βλάβης πρέπει όλα να επαληθεύονται.

Μια βαλβίδα fail-closed κινείται προς την κλειστή θέση υπό την καθορισμένη συνθήκη βλάβης της.

Αυτό μπορεί να απαιτείται για την απομόνωση καυσίμου, τροφοδοσίας χημικών ή άλλης ροής διεργασίας, όταν η συνεχής ροή θα μπορούσε να δημιουργήσει επικίνδυνη κατάσταση.

Οι ενεργοποιητές με επαναφορά ελατηρίου μπορούν να παρέχουν αυτή τη λειτουργία όταν διαμορφώνονται για να κλείνουν τη βαλβίδα καθώς χάνεται η πίεση αέρα. Μια κατάλληλη ηλεκτροβαλβίδα ή άλλο αξεσουάρ ελέγχου μπορεί να χρησιμοποιηθεί όπου απαιτείται από το σχεδιασμό του συστήματος.

Το σημαντικό είναι ότι το fail-closed δεν σημαίνει ότι κάθε βαλβίδα σε μια διαδικασία πρέπει να κλείνει όταν κάτι πάει στραβά. Το κλείσιμο μιας βαλβίδας μπορεί από μόνο του να δημιουργήσει κίνδυνο, όπως η διακοπή της απαραίτητης ψύξης ή η παγίδευση πίεσης. Η ασφαλής ενέργεια πρέπει να καθορίζεται μέσω ανάλυσης κινδύνων διεργασίας και των ισχυόντων απαιτήσεων ασφάλειας.

Το Fail-in-place περιγράφει γενικά μια διάταξη που έχει σχεδιαστεί για να διατηρεί τη βαλβίδα κοντά στην υπάρχουσα θέση της μετά από μια καθορισμένη βλάβη, αντί να την οδηγεί σκόπιμα πλήρως ανοιχτή ή κλειστή.

Αυτό μπορεί να βοηθήσει στη μείωση των απότομων αλλαγών της διαδικασίας, όταν μια ξαφνική κίνηση θα ήταν ανεπιθύμητη. Ωστόσο, η διατήρηση της θέσης μετά την απώλεια αέρα ή ισχύος απαιτεί μια διάταξη ικανή να διατηρήσει την απαιτούμενη δύναμη ή θέση του ενεργοποιητή.

Ένας πνευματικός ενεργοποιητής διπλής ενέργειας από μόνος του δεν εγγυάται συμπεριφορά fail-in-place. Εάν και οι δύο πλευρές του ενεργοποιητή χάσουν την αποτελεσματική τους πίεση, η βαλβίδα μπορεί να κινηθεί λόγω δυνάμεων διεργασίας, τριβής, διαρροής ή άλλων εξωτερικών επιρροών.

Μια βαλβίδα ασφάλισης, κατάλληλα πνευματικά αξεσουάρ ή μια ειδική διάταξη συγκράτησης θέσης μπορεί να χρησιμοποιηθούν σε ορισμένα σχέδια. Η πραγματική συμπεριφορά εξαρτάται από το πώς ανταποκρίνεται η πλήρης συναρμολόγηση στην συγκεκριμένη βλάβη.

Το Fail-in-place δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται αυτόματα ως η ασφαλέστερη επιλογή. Εάν η θέση της βαλβίδας είναι ακατάλληλη για τη διαδικασία μετά από μια βλάβη, η διατήρησή της εκεί μπορεί να παρατείνει τον κίνδυνο.

Ο ενεργοποιητής είναι ένα σημαντικό μέρος του σχεδιασμού της ενέργειας βλάβης.

Πνευματικοί ενεργοποιητές με επαναφορά ελατηρίου χρησιμοποιούν ένα ελατήριο για να μετακινήσουν τη βαλβίδα προς μια προκαθορισμένη θέση όταν χάνεται η σχετική πίεση αέρα. Χρησιμοποιούνται συνήθως όπου απαιτείται καθορισμένη απόκριση fail-open ή fail-closed.

Πνευματικοί ενεργοποιητές διπλής ενέργειας χρησιμοποιούν πίεση αέρα για να οδηγήσουν την κίνηση και προς τις δύο κατευθύνσεις. Μπορούν να παρέχουν σημαντική δύναμη λειτουργίας, αλλά μια καθορισμένη απόκριση βλάβης απαιτεί επιπλέον εξέταση του τρόπου διατήρησης, απελευθέρωσης ή ανακατεύθυνσης της πίεσης αέρα.

Ηλεκτρικοί ενεργοποιητές μπορεί να έχουν διαφορετικές αποκρίσεις ανάλογα με τη συμπεριφορά τους στην απώλεια ισχύος, την αποθηκευμένη ενέργεια, την εφεδρική τροφοδοσία και τη διαμόρφωση του ενεργοποιητή. Ορισμένα συστήματα μπορούν να κινηθούν σε μια προκαθορισμένη θέση, ενώ άλλα μπορεί να σταματήσουν εκεί που βρίσκονται. Ο συγκεκριμένος σχεδιασμός πρέπει να επαληθεύεται.

Για οποιονδήποτε τύπο ενεργοποιητή, η απαιτούμενη ροπή ή ώθηση, οι δυνάμεις διεργασίας, η διαδρομή και οι συνθήκες λειτουργίας της βαλβίδας πρέπει να εξετάζονται μαζί.

Οι πνευματικές βαλβίδες ασφάλισης χρησιμοποιούνται σε ορισμένα συστήματα για τη διατήρηση της πίεσης αέρα στην πλευρά του ενεργοποιητή όταν η πίεση τροφοδοσίας πέφτει κάτω από ένα καθορισμένο επίπεδο. Μπορούν να βοηθήσουν στην αποφυγή ακούσιας κίνησης της βαλβίδας κατά τη διάρκεια μιας βλάβης τροφοδοσίας αέρα.

Παραδείγματα σχετικών προϊόντων περιλαμβάνουν τη βαλβίδα διακοπής Fisher 377 και λύσεις ασφάλισης από την SMC ή άλλους προμηθευτές πνευματικού ελέγχου. Αυτά τα προϊόντα εξυπηρετούν διαφορετικές λειτουργίες και δεν πρέπει να υποτίθεται ότι είναι εναλλάξιμα.

Μια βαλβίδα ασφάλισης δεν καθιστά αυτόματα μια βαλβίδα ελέγχου fail-in-place υπό κάθε συνθήκη βλάβης. Η διαρροή, η ακεραιότητα του ενεργοποιητή, οι δυνάμεις της βαλβίδας, η διάταξη των σωληνώσεων και η συγκεκριμένη διαμόρφωση του αξεσουάρ επηρεάζουν όλα το αποτέλεσμα.

Εάν η απώλεια ηλεκτρικής ισχύος είναι επίσης μέρος του σεναρίου σχεδιασμού, η απόκριση του positioner, της ηλεκτροβαλβίδας και άλλων ηλεκτρικών αξεσουάρ πρέπει να αξιολογείται ξεχωριστά.

Πριν από την προδιαγραφή μιας βαλβίδας ελέγχου, απαντήστε σε αυτές τις ερωτήσεις:

1. Τι συμβαίνει αν η βαλβίδα παραμείνει ανοιχτή κατά τη διάρκεια μιας βλάβης;

2. Τι συμβαίνει αν η βαλβίδα κλείσει ξαφνικά;

3. Απαιτείται συνεχής ψύξη, εξαερισμός ή ελάχιστη ροή;

4. Θα μπορούσε το μέσο της διεργασίας να δημιουργήσει πυρκαγιά, τοξική απελευθέρωση, υπερπίεση ή περιβαλλοντικό κίνδυνο;

5. Σε ποια βλάβη βοηθητικού μέσου πρέπει να ανταποκριθεί η βαλβίδα: πεπιεσμένος αέρας οργάνων, ηλεκτρική τροφοδοσία, σήμα ελέγχου ή περισσότερα από ένα;

6. Απαιτείται καθορισμένη κίνηση, ή είναι αποδεκτή η διατήρηση της υπάρχουσας θέσης;

7. Πώς θα δοκιμαστεί και θα επαληθευτεί η πραγματική ενέργεια βλάβης της βαλβίδας;

Οι απαντήσεις πρέπει να τεκμηριώνονται στην προδιαγραφή της βαλβίδας ελέγχου και να συντονίζονται με το σχεδιασμό του συστήματος ελέγχου διεργασίας και ασφάλειας.

Ένα κοινό λάθος είναι η υπόθεση ότι μια βλάβη σήματος 4–20 mA και μια βλάβη πεπιεσμένου αέρα οργάνων παράγουν το ίδιο αποτέλεσμα. Μπορεί να προκαλέσουν διαφορετικές ενέργειες ανάλογα με τη διαμόρφωση.

Άλλο είναι η επιλογή ενός ενεργοποιητή με επαναφορά ελατηρίου χωρίς να ελέγχεται αν η διαθέσιμη έξοδός του είναι επαρκής υπό τις πραγματικές συνθήκες της διεργασίας.

Είναι επίσης σημαντικό να μην βασίζεστε μόνο στη ρύθμιση του positioner. Μια εντολή που ζητά μια συγκεκριμένη θέση βαλβίδας δεν είναι απαραίτητα το ίδιο με μια μηχανικά εγγυημένη απόκριση μετά την απώλεια όλων των βοηθητικών μέσων.

Τέλος, η καθορισμένη ενέργεια βλάβης πρέπει να επιβεβαιώνεται κατά την έναρξη λειτουργίας χρησιμοποιώντας μια εγκεκριμένη διαδικασία δοκιμών και κατάλληλες διασφαλίσεις διεργασίας.

Οι διατάξεις fail-open, fail-closed και fail-in-place εξυπηρετούν διαφορετικές ανάγκες διεργασίας. Η σωστή επιλογή εξαρτάται από τις συνέπειες της συνεχούς ροής, της διακοπτόμενης ροής ή της ξαφνικής κίνησης της βαλβίδας υπό τις καθορισμένες συνθήκες βλάβης.

Οι πνευματικοί ενεργοποιητές με επαναφορά ελατηρίου, οι πνευματικοί ενεργοποιητές διπλής ενέργειας, οι positioners και τα αξεσουάρ ασφάλισης μπορούν όλα να παίξουν ρόλο, αλλά η πλήρης συναρμολόγηση πρέπει να αξιολογείται ως σύστημα.

Για την προμήθεια έργων, η σαφής προδιαγραφή της απαιτούμενης ενέργειας βλάβης και του ακριβούς σεναρίου βλάβης βοηθά στην αποφυγή ασυμβατότητας πακέτων ενεργοποιητών και απροσδόκητης συμπεριφοράς κατά την έναρξη λειτουργίας.