Installatie van de tegendrukregelaar:tips voor bemonsteringssysteemingenieurs

Instelling tegendrukregelaar:tips voor bemonsteringssysteemingenieurs

Jon Kestner, productmanager

Tegendrukregelaars spelen een belangrijke rol bij het handhaven van de stroomopwaartse druk en het beschermen van gevoelige apparatuur in bemonsteringssystemen die in veel industriële faciliteiten worden gebruikt. Om correct gebruik te maken van een tegendrukregelaar, moeten ingenieurs van bemonsteringssystemen op hun hoede zijn voor enkele veelvoorkomende ontwerpfouten van bemonsteringssystemen. Deze omvatten:

• Het belang van een stroombeperkend apparaat overziend
• Te veel stroming door de analysator toestaan
• Een drukverlagende regelaar in serie plaatsen met een tegendrukregelaar zonder stromingsweerstand tussen de twee apparaten

In deze blogpost bespreken we de beste werkwijzen voor het ontwerpen en bouwen van een bemonsteringssysteem met behulp van een tegendrukregelaar en hoe u deze veelvoorkomende ontwerpfouten kunt vermijden.

Een tegendrukregelaar instellen

In tegenstelling tot drukreducerende regelaars, regelt een tegendrukregelaar de inlaatdruk (stroomopwaartse druk) en wordt deze meestal aan het einde van een leiding geïnstalleerd. Aan de andere kant regelt een drukverlagende regelaar de uitlaatdruk (stroomafwaartse druk) en wordt deze meestal aan het begin van een leiding geïnstalleerd. Beide typen regelaars werken om krachten als gevolg van systeemdruk uit te balanceren met de belastingskracht in de veer die wordt gecreëerd bij het instellen van de insteldruk.

Als dit evenwicht verstoord is doordat de externe druk toeneemt of afneemt, zal de klep of schotel van de regelaar dichter bij of verder weg van de stoel komen. Afhankelijk van de aard van de beweging van de klep, zal de stroom hierdoor gemakkelijker of minder gemakkelijk door de opening van de regelaar kunnen stromen totdat de regelaar het evenwicht herstelt.

Figuur 1 toont een typische opstelling van de tegendrukregelaar voor een analytisch bemonsteringssysteem. Wanneer er stroming is die niet door de analysator wordt gebruikt (zie A in figuur 1), is het de taak van de regelaar om die stroming naar een bypass om te leiden. Als de brondruk verandert, verandert de regelaar ook de hoeveelheid omgeleide stroom om ervoor te zorgen dat een constante druk wordt gehandhaafd bij de inlaat van de regelaar en daarom bereikt een consistente stroom de analysator.

Een tegendrukregelaar vereist enige stroombeperking (meestal een naaldventiel) stroomopwaarts om de inlaatdruk te helpen beheersen (zie R1 in figuur 1). Als er geen beperking is tussen de tegendrukregelaar en het systeem (zelfs een lange buislengte kan een minimale drukval in gassystemen hebben), zal de tegendrukregelaar wijd openen in een poging voldoende gas te verplaatsen om de stroomopwaartse druk te laten vallen druk. Dit zal niet effectief zijn. Als er echter een beperking is aangebracht, zal de verhoogde stroomsnelheid resulteren in een grotere drukval over die beperking, waardoor de druk stroomafwaarts wordt verlaagd.

Een fout die ontwerpers van bemonsteringssystemen vaak maken, is het weglaten van de stroombegrenzers, omdat ze denken dat de tegendrukregelaar de stroomopwaartse druk direct kan regelen. Maar zonder de restrictor zou er weinig tot geen verandering in de druk zijn wanneer de systeemstroom verandert. De regelaar zou procesvloeistof blijven verspillen in een poging de stroom te vergroten, aangezien de inlaatdruk die hij probeert te regelen geen verandering zou vertonen. Dit kan ertoe leiden dat de regelaar wijd open staat.

Het toestaan ​​van veel stroming door de restrictor van de analysator (zie R2 in figuur 1) is een andere ontwerpfout omdat hierdoor de inlaatdruk van de regelaar kan dalen tot onder de ingestelde druk. Dit kan ertoe leiden dat de regelaar volledig wordt afgesloten, waardoor de ontluchtingsstroom wordt beperkt. Voor een betere controle moet de stroomopwaartse stroombegrenzer (R1) een zodanige afmeting hebben dat er zelfs bij de maximale stroomsnelheid van de analysator enige stroom door de regelaar kan gaan.

Om een ​​functioneel systeem op te zetten zoals weergegeven in figuur 1, moeten systeemontwerpers beginnen met het sluiten van R2, het aanpassen van R1 om de bypass-stroom voldoende toe te staan ​​voor de gewenste analyseresponstijd, en vervolgens R2 fijn af te stemmen voor de gewenste analyserstroom. De bypass-stroom zou automatisch met dezelfde hoeveelheid moeten dalen. Open indien nodig langzaam R1 totdat de bypass-stroom minstens zo snel is als de ontluchtingsstroom van de analysator. Hierdoor kan de regelaar zijn inlaatdruk regelen wanneer de brondruk verandert. Als u verwacht dat de brondruk sterk zal veranderen, past u R1 aan om een ​​kleine hoeveelheid bypass-stroom te genereren bij de laagst verwachte brondruk.

Met de druk die wordt geregeld door de tegendrukregelaar in combinatie met de stroombegrenzers R1 en R2, kunnen we de stroom naar de analysator en naar de ontluchtingsleiding regelen.

Aangezien deze drie componenten de stroom naar de analysator en de bypassstroom regelen, is een naaldventiel of ander beperkend apparaat in de bypass-ontluchtingsleiding niet nodig. Een bypass-flowmeter zonder naaldventiel is echter handig om te bevestigen dat de regelaar enige stroom doorlaat en de inlaatdruk regelt.

Gebruik van drukverlagende en tegendrukregelaars in serie

Zoals in figuur 2 te zien is, treedt er een andere ontwerpfout op wanneer een tegendrukregelaar direct na een drukverlagende regelaar wordt geplaatst. Aangezien twee regelaars niet dezelfde druk kunnen regelen, moet een van hen verliezen.

Beschouw twee situaties om dit verlies aan te tonen. Ten eerste, als het instelpunt van de tegendrukregelaar hoger is dan de druk die erin komt van de stroomopwaartse regelaar, zal deze gesloten blijven omdat er niet voldoende kracht is om de tegendrukschotel van de stoel te tillen en door de tegendruk regelaar. In dit scenario is er geen bypass, omdat de tegendrukregelaar gesloten blijft.

In de tweede situatie is het setpoint van de tegendrukregelaar lager. Aangezien het debiet nu toeneemt, zal de persdruk van de drukverlagende regelaar afnemen met de snelheid van de sta-curve van de stroomopwaartse regelaar. Het debiet neemt drastisch toe, waardoor de tegendrukregelaar omhoog gaat in de accumulatiecurve en de inlaatdruk toeneemt.

Het resultaat van deze verhoging hangt af van de instellingen van de twee regelaars:

• Als de twee instellingen dicht bij elkaar liggen, zal het debiet stijgen totdat de droopdruk uit de eerste regelaar overeenkomt met de accumulatiedruk in de tweede. Maar dit resulteert in een zeer hoog debiet.
• Als de twee instellingen verder uit elkaar staan, zal het debiet stijgen totdat die regelaar niet langer de controle heeft. Eén regelaar regelt de druk en de andere wordt een stroombegrenzer.

Het bypass-debiet hangt af van het verschil tussen de twee instelpunten. Het neemt toe totdat de regelgevers "een wapenstilstand afkondigen". Wanneer de stroomopwaartse druk verandert of de stroom naar de analysator varieert, proberen de twee regelaars een tussendruk tussen hun instelpunten te houden, maar met onzekere resultaten. Dit wordt geïllustreerd in figuur 3.

Dit betekent niet dat de twee regelaars niet in serie kunnen functioneren, maar de enige manier om dit met succes te laten gebeuren, is door er een stroombegrenzer tussen te plaatsen. Figuur 4 toont dit scenario waarbij onder de juiste instellingen beide regelaars werken zoals ze zouden moeten, en de druk constant is aan elk uiteinde van de twee restrictors. De consistentie van deze druk zorgt ervoor dat de stroom stabiel is en beschermt de analysator tegen variaties in bron- en ontluchtingsdruk.

Een goed werkend systeem

Om de goede werking van een tegendrukregelaar te garanderen, moet het bemonsteringssysteem zorgvuldig worden ontworpen om ervoor te zorgen dat de regelaar zijn werk doet bij het regelen van de druk. Een te hoge of te lage druk kan schade of vertragingen in het systeem veroorzaken.

Als u vragen heeft bij het instellen van toezichthouders in uw bemonsteringssystemen, kunnen wij u helpen. De veldingenieurs van Swagelok kunnen uw faciliteiten bezoeken om uw bemonsteringssysteem te evalueren, advies te geven over het ontwerp of problemen op te lossen. Als alternatief kunt u alles leren over het ontwerp en het gebruik van bemonsteringssysteem via onze trainingen Process Analyzer Sampling System (PASS) of Sampling System Problem Solving and Maintenance (SSM).