Expert Gids Voor Back-Pressure Regelaar Instelling Voor Bemonsteringsingenieurs

Back-Pressure Regelaar Instelling: Tips Voor Bemonsteringssysteemingenieurs

Jon Kestner, Product Manager

Terugdrukregelaars spelen een belangrijke rol in het handhaven van stroomopwaartse druk en het beschermen van gevoelige apparatuur in bemonsteringssystemen die in veel industriële faciliteiten worden gebruikt. Om een terugdrukregelaar goed te gebruiken, moeten bemonsteringssysteemingenieurs zich bewust zijn van een paar veelvoorkomende ontwerpfouten. Deze omvatten:

• Het over het hoofd zien van het belang van een stroomopwaarts stroombeperkend apparaat
• Te veel stroom door de analyzer toelaten
• Een drukverlagende regelaar in serie plaatsen met een terugdrukregelaar zonder stroomweerstand tussen de twee apparaten

In deze blogpost zullen we de best practices bespreken voor het ontwerpen en construeren van een bemonsteringssysteem met een terugdrukregelaar en hoe deze veelvoorkomende ontwerpfouten te vermijden.

Een back-pressure regelaar instellen

In tegenstelling tot drukverlagende regelaars, controleert een terugdrukregelaar de inlaatdruk (stroomopwaartse druk) en wordt meestal aan het einde van een lijn geïnstalleerd. Aan de andere kant controleert een drukverlagende regelaar de uitlaatdruk (stroomafwaartse druk) en wordt meestal aan het begin van een lijn geïnstalleerd. Beide typen regelaars werken om krachten te balanceren die voortvloeien uit systeemdruk met de belastingkracht in de veer die ontstaat bij het vaststellen van de ingestelde druk.

Als dit evenwicht wordt verstoord door externe druk die toeneemt of afneemt, zal de klep of klep van de regelaar dichter bij of verder van de zitplaats bewegen. Afhankelijk van de aard van de klepbeweging, zal dit stroom door de orifice van de regelaar makkelijker of moeilijker laten stromen totdat de regelaar het evenwicht herstelt.

Figuur 1 toont een typische terugdrukregelaar opstelling voor een analytisch bemonsteringssysteem. Wanneer er stroom is die niet door de analyzer wordt gebruikt (zie A in figuur 1), is de taak van de regelaar om die stroom in een bypass af te leiden. Naarmate de bron druk verandert, verandert de regelaar ook de hoeveelheid afgeleide stroom om ervoor te zorgen dat constante druk wordt gehandhaafd aan de regelaar inlaat en dus een consistente stroom de analyzer bereikt.

Een terugdrukregelaar vereist enige stroombeperking (meestal een naaldklep) stroomopwaarts om de inlaatdruk te helpen beheren (zie R1 in figuur 1). Als er geen beperking is tussen de terugdrukregelaar en het systeem (zelfs een lange lengte buis kan minimale drukval binnen gassystemen hebben), zal de terugdrukregelaar wijd open gaan in een poging om voldoende gas te verplaatsen om de stroomopwaartse druk te laten dalen. Dit zal niet effectief zijn. Met een beperking op zijn plaats, zal de verhoogde stroomsnelheid resulteren in een verhoogde drukval over die beperking, helpen de druk stroomafwaarts te laten dalen.

Een fout die bemonsteringssysteemontwerpers vaak maken is het weglaten van de stroombeperkers, denkend dat de terugdrukregelaar de stroomopwaartse druk direct kan controleren. Maar zonder de beperker, wanneer de systeemstroom verandert, zou er weinig tot geen verandering in druk zijn. De regelaar zou doorgaan met het verspillen van procesvloeistof in een poging om de stroom te verhogen aangezien de inlaatdruk die het probeert te controleren geen verandering zou vertonen. Dit kan resulteren in de regelaar wijd open staande.

Het toelaten van veel stroom door de analyzer beperker (zie R2 in figuur 1) is een andere ontwerpfout omdat het de inlaatdruk van de regelaar kan laten dalen onder de ingestelde druk. Dit kan resulteren in de regelaar volledig te sluiten, de ventstroom beperkend. Voor betere controle, moet de stroomopwaartse stroombeperker (R1) gedimensioneerd zijn om enige stroom door de regelaar te laten zelfs bij de maximale analyzerstroomsnelheid.

Om een functioneel systeem in te stellen zoals dat getoond in figuur 1, moeten systeemontwerpers beginnen met het sluiten van R2, R1 aanpassen om voldoende bypassstroom voor de gewenste analyseresponstijd toe te staan, en vervolgens R2 fijn afstellen voor de gewenste analyzerstroom. De bypassstroom zou automatisch met hetzelfde bedrag moeten dalen. Indien nodig, open R1 langzaam tot de bypassstroom ten minste zo snel is als de analyzer ventstroom. Dit zal de regelaar in staat stellen zijn inlaatdruk te controleren wanneer de bron druk verandert. Als u verwacht dat de bron druk wijd zal variëren, pas R1 aan om een kleine hoeveelheid bypassstroom te genereren bij de laagst verwachte bron druk.

Met de druk gecontroleerd door de terugdrukregelaar in combinatie met de stroombeperkers R1 en R2, kunnen we de stroom naar de analyzer en naar de ventlijn controleren.

Omdat deze drie componenten de stroom naar de analyzer en de bypassstroom controleren, is een naaldklep of ander beperkend apparaat in de bypass ventlijn niet nodig. Echter, een bypass stroommeter zonder naaldklep is nuttig om te bevestigen dat de regelaar enige stroom doorlaat en zijn inlaatdruk controleert.

Drukverlagende en terugdrukregelaars in serie gebruiken

Zoals getoond in figuur 2, treedt een andere ontwerpfout op wanneer een terugdrukregelaar direct na een drukverlagende regelaar wordt geplaatst. Aangezien twee regelaars niet dezelfde druk kunnen controleren – er moet er een verliezen.

Om deze verlies te demonstreren, overweeg twee situaties. Eerst, als het ingestelde punt van de terugdrukregelaar hoger is dan de druk die erin komt van de stroomopwaartse regelaar, zal het gesloten blijven omdat er onvoldoende kracht is om de terugdruk klep van de zitplaats te tillen en stroom door de terugdrukregelaar toe te staan. In dit scenario zal er geen bypassstroom zijn, aangezien de terugdrukregelaar gesloten blijft.

In de tweede situatie is het ingestelde punt van de terugdrukregelaar lager. Aangezien de stroom nu toeneemt, zal de afgifte druk van de drukverlagende regelaar dalen met de snelheid van de stroomopwaartse regelaar's droop curve. De stroomsnelheid stijgt drastisch, duwt de terugdrukregelaar op zijn accumulatiecurve en verhoogt zijn inlaatdruk.

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

• Als de twee instellingen dicht bij elkaar liggen, zal de stroomsnelheid stijgen tot de droop druk uit de eerste regelaar overeenkomt met de accumulatie druk in de tweede. Maar dit resulteert in een zeer hoge stroomsnelheid.
• Als de twee instellingen verder uit elkaar liggen, zal de stroomsnelheid stijgen tot die regelaar niet meer in controle is. Eén regelaar zal de druk controleren en de andere zal een stroombeperker worden.

De bypassstroomsnelheid hangt af van het verschil tussen de twee ingestelde punten. Het neemt toe tot de regelaars "een wapenstilstand sluiten." Wanneer de stroomopwaartse druk verandert of de stroom naar de analyzer varieert, proberen de twee regelaars een intermediaire druk tussen hun ingestelde punten te handhaven, maar met onzekere resultaten. Dit geïllustreerd in figuur 3.

Dit betekent niet dat de twee regelaars niet in een serie kunnen functioneren, maar de enige manier voor dit met succes te laten gebeuren is om een stroombeperker ertussen te hebben. Figuur 4 toont dit scenario waarbij onder de juiste instellingen beide regelaars functioneren zoals ze horen, en de druk constant is aan elk einde van de twee beperkers. De consistentie van deze druk stelt de stroom in staat om stabiel te zijn en de analyzer te beschermen tegen variaties in bron en vent druk.

Een goed functionerend systeem

Om het goede functioneren van een terugdrukregelaar te garanderen, moet het bemonsteringssysteem zorgvuldig worden ontworpen om ervoor te zorgen dat de regelaar zijn taak doet bij het controleren van de druk. Te hoge of te lage druk kan schade of vertragingen in het systeem veroorzaken.

Als u vragen heeft bij het instellen van regelaars in uw bemonsteringssystemen, kunnen we helpen. Swagelok veldengineurs kunnen uw faciliteiten bezoeken om uw bemonsteringssysteem te evalueren, advies over ontwerp te geven of problemen op te lossen. Alternatief kunt u alles leren over bemonsteringssysteemontwerp en -gebruik via onze Process Analyzer Sampling System (PASS) of Sampling System Problem Solving and Maintenance (SSM) trainingscursussen.