Шаравыя краны з пнеўмапрывадам: аўтаматызацыя працэсаў 

Чаму пнеўматыка выйграе ў электрыкі ў хуткасных працэсах.

Шаравыя краны з пнеўмапрывадам: аўтаматызацыя працэсаў - гэта не проста замена ручнога вентыля на матор, а фундаментальная змена хуткасці рэакцыі вашай трубаправоднай сістэмы. У нашай практыцы мы бачылі, як пераход з электрапрывада на пнеўматыку скарачаў час аварыйнага перакрыцця струменя з 45 секунд да 0,8 секунды. Для хімічных вытворчасцей і нафтагазавай галіны гэтая розніца часта становіцца пытаннем жыцця і смерці абсталявання, а часам і персаналу. Электрычныя прывады добрыя тамака, дзе патрэбна дакладная мадуляцыя струменя, але калі патрабуецца імгненнае дзеянне «адкрыта/зачынена», сціснутае паветра не мае канкурэнтаў па суадносінах кошту і хуткадзейнасці.

Многія інжынеры здзяйсняюць памылку, выбіраючы прывад толькі па дыяметры трубы, ігнаруючы крутоўны момант, неабходны для зрыву заклінавала шара пасля прастою. Мы сутыкаліся з сітуацыяй, калі на аб'екце ў Сібіры партыя з 200 кранаў DN150 выйшла са строю праз тры месяцы менавіта таму, што запас моманту быў разлічаны без уліку зімовых тэмператур загусцення змазкі. Вынікам стаў простай лініі на два тыдні і выдаткі на замену прывадаў, якія перавысілі першапачатковую эканомію ў чатыры разы. Гэты артыкул дапаможа вам пазбегнуць падобных пастак, падаўшы пэўныя дадзеныя па падборы, мантажы і эксплуатацыі.

Канструкцыя і прынцып працы: ад тэорыі да рэальнай надзейнасці

Асновай любога надзейнага вузла з'яўляецца разуменне фізікі працэсу. Пнеўматычны шаравой кран складаецца з трох крытычных элементаў: карпусы з замыкальным элементам (шарам), выканаўчага механізму (пнеўмапрывада) і блока кіравання (саленоідных клапанаў). У адрозненне ад электрычных аналагаў, дзе рухавік раскручвае рэдуктар, тут энергія сціснутага паветра пераўтворыцца ў лінейны ці вярчальны рух амаль імгненна. Гэта забяспечвае час спрацоўвання ў дыяпазоне ад 0,5 да 3 секунд у залежнасці ад аб'ёму цыліндру і ціскі ў сетцы.

Існуе два асноўных тыпу прывадаў, якія дыктуюць логіку вашай сістэмы бяспекі. Паваротныя прывады (rack and pinion) найболей распаўсюджаныя для стандартных задач. Яны кампактныя і забяспечваюць высокі крутоўны момант пры невялікіх габарытах. Аднак, калі ваша сістэма патрабуе гарантаванага зачынення пры страце ціску паветра, вам патрэбныя спружынна-зваротныя механізмы (spring-return). У нашай практыцы мы рэкамендуем выкарыстоўваць спружынны зварот для ўсіх аварыйных якія адсякаюць клапанаў (ESD). Аднойчы на нафтахімічным заводзе адмова кампрэсарнай станцыі пакінула сістэму без паветра; краны з падвойным дзеяннем засталіся ў апошнім становішчы, дазволіўшы ўцечцы працягвацца, тады як спружынныя версіі аўтаматычна перакрылі струмень.

Матэрыял выканання корпуса таксама гуляе ролю, якую часта недаацэньваюць пры аўтаматызацыі. Стандартны латунны корпус падыходзіць для вады і нейтральных асяроддзяў да +180 ° C, але для агрэсіўных хімікатаў або высокіх ціскаў неабходны нержавеючы метал (CF8M/316) або вугляродзістай сталі з пакрыццём. Важна памятаць, што ўсталёўка цяжкага пнеўмапрывада на лёгкі латунны кран стварае кропку напругі на разьбовым злучэнні. Пры вібрацыях трубаправода гэта можа прывесці да адрыву прывада. Мы заўсёды правяраем сумяшчальнасць вагавых характарыстак: калі маса прывада перавышае 30% масы крана, патрабуецца дадатковая апорная рама.

Герметычнасць ушчыльненняў - яшчэ адзін параметр, які вызначае тэрмін службы. Для харчовых вытворчасцей абавязковыя ўшчыльненні з PTFE (тэфлону), якія вытрымліваюць частыя цыклы мыйкі і стэрылізацыі. Для высокіх тэмператур (да +250 ° C) выкарыстоўваюцца кампазітныя матэрыялы з графітам. Памылка ў выбары ўшчыльнення прыводзіць не толькі да ўцечак, але і да закліноўвання шара з-за каксавання асяроддзя. У адным з выпадкаў кліент выкарыстоўваў стандартны тефлон для перапампоўкі бітуму; праз паўгода краны перасталі паварочвацца, бо бітум пракраўся ў зазоры і зацвярдзеў пры астыванні. Рашэнне запатрабавала поўнай замены партыі на краны з металічным ушчыльненнем.

Пры праектаванні вузла неабходна ўлічваць выдатак паветра. Адзін цыкл адкрыцця-зачыненні вялікага крана DN200 можа спажываць да 15 літраў сціснутага паветра пад ціскам 6 бар. Калі ў вас сотня такіх кранаў, якая працуе ў цыклічным рэжыме, нагрузка на кампрэсарную станцыю будзе каласальнай. Мы рэкамендуем усталёўваць лакальныя рэсіверы побач з групамі кранаў, каб забяспечыць хуткі скід аб'ёму паветра без падзення ціску ў агульнай магістралі завода. Гэтае простае рашэнне падвышае стабільнасць працы ўсёй пнеўмасеці.

Крытэры выбару: тэхнічныя параметры і разлік моманту

Падбор абсталявання пачынаецца не з каталога пастаўшчыка, а з разліку нагрузак. Галоўны параметр - крутоўны момант (Н · м). Многія памылкова мяркуюць, што момант патрэбен толькі для павароту шара. Насамрэч, пікавы момант патрабуецца ў першыя градусы павароту, каб сарваць шар з сядла, асабліва калі кран доўга знаходзіўся ў зачыненым стане ці працуе з глейкімі асяроддзямі. Каэфіцыент запасу павінен складаць мінімум 30% для стандартных умоў і да 50% для агрэсіўных асяроддзяў ці нізкіх тэмператур.

Разгледзім пэўны прыклад разліку для крана DN100 з працоўным ціскам 16 бар. Стандартны момант для такога крана складае каля 120 Н·м. Калі мы возьмем пнеўмапрывад з намінальным момантам 120 Н·м, ён будзе працаваць на мяжы. Пры найменшым забруджванні асяроддзя ці падзенні ціску ў сеткі да 5 бар замест 6, кран проста не зачыніцца. Правільны выбар - прывад з момантам 160-180 Н · м. Гэта забяспечыць упэўненае спрацоўванне нават пры неідэальных умовах. Ігнараванне гэтага правіла - самая частая прычына рэкламацый у першы год эксплуатацыі.

Ціск паветра ў сетцы - пераменная велічыня, якую нельга ігнараваць. Пашпартныя дадзеныя прывадаў звычайна пазначаны для 6 бар. Калі на вашым прадпрыемстве ціск вагаецца ад 4 да 7 бар, неабходна выбіраць прывад, які гарантуе неабходны момант пры мінімальным ціску (4 бар). У адваротным выпадку сістэма стане ненадзейнай. Мы бачылі праекты, дзе інжынеры закладвалі абсталяванне пад ідэальныя 6 бар, а рэальная сетка давала 4/5 бар зімой. Вынікам стала частковая працаздольнасць аўтаматыкі.

Тэмпературны дыяпазон працы таксама дыктуе выбар матэрыялаў і змазкі. Стандартныя ўшчыльненні NBR працуюць да -20 °C. Для паўночных рэгіёнаў Расіі, дзе тэмпературы апускаюцца да -40 ° C і ніжэй, неабходны ўшчыльненні з фторкаучук (FKM / Viton) або спецыяльныя марозаўстойлівыя кампазіцыі. Акрамя таго, сам пнеўмапрывад павінен быць запоўнены нізкатэмпературнай змазкай. Звычайная літыевая змазка замярзае, блакуючы поршні. У нашай практыцы быў выпадак абмярзання прывадаў на газаправодзе ў Ямала-Ненецкай акрузе з-за выкарыстанні летняй змазкі, што запатрабавала прагрэву ўсёй лініі цеплавымі гарматамі перад запускам.

Сертыфікацыя абсталявання - абавязковы этап для легальнай эксплуатацыі ў РФ і краінах ЕАЭС. Кожны кран і прывад павінен мець пашпарт і сертыфікат адпаведнасці тэхнічным рэгламентам Мытнага саюза (ТР МС 010/2011 "Аб бяспецы машын і абсталявання"). Для небяспечных зон абавязкова наяўнасць сертыфіката Ex (напрыклад, Ex d IIB T4 Gb). Адсутнасць маркіроўкі EAC на корпусе выраба з'яўляецца прамым парушэннем закона і падставай для спынення вытворчасці правяраючымі органамі. Пры імпарце з Кітая пераканайцеся, што завод-вытворца дае арыгіналы сертыфікатаў, а не іх копіі сумнеўнай якасці.

Параўнанне тыпаў прывадаў і сцэнары прымянення

Выбар паміж рознымі тыпамі аўтаматызацыі залежыць ад канкрэтнай задачы. Ніжэй прыведзена дэталёвае параўнанне, заснаванае на нашым досведзе ўкаранення сістэм на розных прамысловых аб'ектах.

Для сістэм пажаратушэння і газавых магістраляў мы катэгарычна рэкамендуем выкарыстоўваць схемуSpring Return. У выпадку пажару ці разгерметызацыі трубаправода падача паветра можа спыніцца, і кран павінен зачыніцца пад дзеяннем спружыны. Выкарыстанне схемы Double Acting тут недапушчальна без усталёўкі складаных і дарагіх балонаў з азотам, якія самі па сабе патрабуюць абслугоўвання.

У тэхналагічных лініях харчовай прамысловасці, дзе важная хуткасць цыклу і частата пераключэнняў (напрыклад, CIP-мыйка), аптымальным выбарам з'яўляеццаDouble Acting. Тут няма патрабавання да аварыйнага зачынення пры страце паветра, а надзейнасць механізму вышэй за рахунак адсутнасці магутных спружын, якія з'яўляюцца асноўным якія зношваюцца элементам. Частата цыклаў можа дасягаць 1000 у гадзіну, што для спружыннага звароту было б фатальным.

Калі ваш аб'ект знаходзіцца ў выдаленай мясцовасці, дзе няма цэнтральнай сеткі сціснутага паветра, а пракладка пнеўматрас эканамічна немэтазгодна, адзіным варыянтам застаеццаэлектрапрывад. Аднак памятайце аб хуткасці. Калі працэс патрабуе хуткага перакрыцця пры гідраўдары, электрапрывад можа не паспець спрацаваць. У такіх выпадках часам ужываюць гібрыдныя рашэнні ці ўсталёўваюць мясцовыя кампрэсарныя станцыі невялікай магутнасці.

Тыпавыя памылкі мантажу і метады іх ухілення

Нават самае якаснае абсталяванне выйдзе са строю, калі мантаж выкананы з парушэннямі. Статыстыка нашых сэрвісных выездаў паказвае, што 60 працэнтаў праблем у першы год эксплуатацыі звязаны не з дэфектам завода, а з памылкамі ўстаноўшчыкаў.

Памылка №1: Адсутнасць фільтрацыі паветра.Сціснутае паветра змяшчае вільгаць, алей і цвёрдыя часціцы іржы з труб. Трапленне бруду ўнутр пнеўмацыліндра руйнуе ўшчыльненні поршня і забівае саленоідныя клапаны. Мы настойваем на ўстаноўцы блокаў падрыхтоўкі паветра (FRL: фільтр-рэдуктар-лубрыкатар) непасрэдна перад кожным прывадам або групай прывадаў. Памер ячэйкі фільтра павінен быць не больш за 40 мікрон. Ігнараванне гэтага правіла прыводзіць да таго, што кран пачынае «чхаць» і падцкоўваць паветра ўжо праз паўгода.

Памылка №2: Няправільная арыентацыя прывада.Пнеўмапрывады маюць абмежаванні па мантажным становішчы. Усталёўка прывада штоком уніз у пыльных памяшканнях прыводзіць да назапашвання бруду на штоку, якая пры ўцягванні пашкоджвае сальнікі. У гарызантальных трубаправодах пераважна размяшчаць прывад штоком угару ці гарызантальна. Калі канструкцыя патрабуе мантажу штоком уніз, абавязкова выкарыстоўвайце ахоўныя чахлы (bellows) для штока.

Памылка №3: Перацяжка крапяжу.Пры злучэнні прывада з кранам часта выкарыстоўваюць занадта доўгія балты ці зацягваюць іх з высілкам, якія перавышаюць нормы. Гэта прыводзіць да дэфармацыі корпуса прывада ці заціску вала крана, што рэзка павялічвае трэнне. Рухавік (пнеўмацыліндр) пачынае працаваць з перагрузкай, хутка зношваючы шасцярні. Выкарыстоўвайце дынамаметрычны ключ і прытрымлівайцеся рэкамендацый вытворцы па моманте зацяжкі.

Памылка №4: Ігнараванне кандэнсату.У халодную пару года вільгаць у паветры кандэнсуецца і замярзае ўсярэдзіне прывада, блакуючы яго. Блокі падрыхтоўкі паветра павінны быць абсталяваны аўтадрэнажамі, а ў асоба халодных умовах - электрычным падагрэвам або выкарыстаннем асушальнікаў паветра на станцыі кампрэсіі. Мы рэкамендавалі аднаму кліенту ўсталяваць простыя мембранныя асушальнікі, што знізіла колькасць зімовых адмоў з 15% да нуля.

Рэгуляванне хуткасці ходу часта выконваецца няправільна. Дроселі (рэгулятары струменя) павінны ўсталёўвацца на выхадзе паветра з прывада, а не на ўваходзе. Гэта забяспечвае плыўнасць руху ва ўсім дыяпазоне. Няправільная налада можа выклікаць эфект удару ў канцы ходу, разбуральны ўнутраныя ўпоры прывада.

Абслугоўванне і падаўжэнне тэрміна службы

Пнеўматычныя сістэмы патрабуюць менш абслугоўвання, чым электрычныя, але слова "менш" не азначае "ніяк". Прафілактычныя работы дазваляюць павялічыць рэсурс абсталявання ў 2-3 разы.

Штоквартальна неабходна правяраць герметычнасць злучэнняў. Уцечка паветра - гэта прамыя страты. Адна маленькая дзірачка ў фітынгу дыяметрам 1 мм пры ціску 6 бар можа каштаваць прадпрыемству тысячы долараў за год толькі на аплаце электраэнергіі кампрэсара. Выкарыстоўвайце мыльны раствор або ўльтрагукавыя дэтэктары ўцечак для дыягностыкі.

Раз у год рэкамендуецца праводзіць поўную рэвізію прывада: разборку, ачыстку ад старой змазкі, праверку стану ўшчыльненняў і нанясенне новай змазкі. Для харчовых вытворчасцей гэтая працэдура павінна праводзіцца часцей, у адпаведнасці з графікам санітарных дзён. Выкарыстоўвайце толькі змазкі, рэкамендаваныя вытворцам; несумяшчальнасць хімічнага складу змазкі і ўшчыльненняў можа прывесці да іх набраканню і разбурэнню.

Саленоідныя клапаны - слабое звяно ланцуга. Іх шпулькі могуць перагараць з-за скокаў напругі ці трапленні вільгаці. Заўсёды выкарыстоўвайце шпулькі з класам абароны не ніжэй за IP65, а для вуліцы — IP67. Пры замене шпулькі пераканайцеся, што яна адпавядае напрузе сеткі (24V DC, 220V AC і г.д.). Памылка ў напрузе выпальвае шпульку імгненна.

Вядзіце часопіс цыклаў спрацоўвання. Хоць сучасныя прывады разлічаны на сотні тысяч цыклаў, веданне рэальнай колькасці спрацоўванняў дапамагае планаваць прэвентыўную замену да наступлення аварыйнай сітуацыі. Калі кран спрацаваў 500 000 разоў, верагоднасць адмовы спружын ці ўшчыльненняў узрастае шматкроць, нават калі вонкава прылада выглядае спраўным.

Комплексны падыход да надзейнасці: роля матэрыялаў і інжынерыі

Надзейнасць любой трубаправоднай сістэмы вызначаецца не толькі правільным выбарам прывада, але і якасцю самага запорного элемента, а таксама спадарожнага цеплаабменнага абсталявання, якое часта працуе ў звязку з гэтымі вузламі. Менавіта тут важны досвед кампаній, якія спецыялізуюцца на глыбокай перапрацоўцы металаў і стварэнні высокатэхналагічных рашэнняў для экстрэмальных умоў.

Напрыклад, ТАА «Уси Кайшэн Электраэнергетычнае і Нафтахімічнае Абсталяванне» дэманструе, наколькі крытычна важны правільны выбар матэрыялаў корпуса і ўнутраных кампанентаў. Спецыялізуючыся на распрацоўцы і вытворчасці абсталявання для нафтагазавай і хімічнай галін, кампанія прапануе рашэнні, якія ідэальна дапаўняюць сістэмы аўтаматызацыі. Іх прадукцыя, уключаючы цеплаабменнікі з тытана, нікелевых сплаваў (N06625) і марской латуні C46400, сертыфікавана па строгім міжнародным стандартам ASME і PED. Такі ж падыход да выбару матэрыялаў неабходзен і для шаравых кранаў: выкарыстанне карпусоў з нержавелай сталі 316 ці дуплексных сталей, аналагічных тым, што ўжываюцца ў высоканапорных цеплаабменніках «Уси Кайшэн», гарантуе ўстойлівасць да карозіі ў агрэсіўных асяроддзях, такіх як марская вада ці кіслыя газы.

Вопыт «Уси Кайшэн» у вытворчасці гафрыраваных трубавых пучкоў і катлоў-утылізатараў падкрэслівае важнасць уліку тэмпературных пашырэнняў і вібрацыйных нагрузак – фактараў, якія мы раней абмяркоўвалі ў кантэксце мантажу пнеўмапрывадаў. Іх індывідуальныя інжынерныя рашэнні для суднабудавання, апраснення вады і энергетыкі паказваюць, што даўгавечнасць сістэмы дасягаецца толькі пры гарманічным спалучэнні ўсіх кампанентаў: ад матэрыялу корпуса крана да эфектыўнасці цеплаабмену ў контуры. Заказчыкі па ўсім свеце шануюць такі комплексны падыход, дзе кожны выраб, няхай гэта будзе трубная рашотка з сталі 321 або аўтаматызаваны клапан, праходзіць пільны кантроль якасці, забяспечваючы бесперабойную працу прадпрыемстваў у самых суровых умовах.

Эканамічнае абгрунтаванне аўтаматызацыі

Укараненне шаравых кранаў з пнеўмапрывадам часта ўспрымаецца як артыкул выдаткаў, але ў рэальнасці гэта інвестыцыя з хуткім тэрмінам акупнасці. Давайце палічым на прыкладзе ўчастку разліву напояў.

Ручное кіраванне 20 кранамі патрабуе прысутнасці двух аператараў у змену для пераключэння ліній. Аўтаматызацыя дазваляе скараціць персанал да аднаго аператара, які кантралюе працэс з пульта. Эканомія на фондзе аплаты працы за год перакрывае кошт абсталявання. Акрамя таго, выключаецца чалавечы фактар: аператар можа забыцца зачыніць кран ці зрабіць гэта павольна, што вядзе да страт прадукта.

Хуткасць пераключэння ліній уплывае на прадукцыйнасць. Скарачэнне часу прастою лініі пры змене асартыменту з 15 хвілін (ручное пераключэнне і прамыванне) да 3 хвілін (аўтаматычны цыкл CIP) дае дадатковы выпуск прадукцыі. Для буйнога завода гэта могуць быць дзясяткі тон прадукта ў месяц, што наўпрост канвертуецца ў прыбытак.

Зніжэнне страт прадукта з-за дакладнасці дазавання і адсутнасці "чалавечых" праліваў таксама ўносіць уклад у эканоміку. Пнеўматыка забяспечвае паўтаральнасць працэсу: кожны раз кран адчыняецца на адзін і той жа кут і з адной і той жа хуткасцю. Гэта крытычна важна для захавання рэцэптуры і стандартаў якасці.

Часта задаюць пытанні

Які тэрмін службы ў пнеўматычнага прывада?

Пры правільнай эксплуатацыі і своечасовым абслугоўванні рэсурс якаснага пнеўмапрывада складае ад 500 000 да 1 000 000 цыклаў. Часавы эквівалент залежыць ад інтэнсіўнасці працы: пры кругласутачнай працы ў цыклічным рэжыме э то 3-5 гадоў, пры эпізадычным выкарыстанні - больш за 10 гадоў. Крытычным фактарам з'яўляецца чысціня паветра і наяўнасць змазкі.

Ці можна ўсталяваць пнеўмапрывад на існуючы ручны кран?

Так, у большасці выпадкаў гэта магчыма. Стандартныя шаравыя краны маюць верхнюю частку вала, адаптаваную для ўсталёўкі прывада (па стандартах ISO 5211). Неабходна падабраць прывад з адпаведным мацаваннем і момантам. Аднак, калі кран вельмі стары ці мае нестандартную канструкцыю вала, можа запатрабавацца замена ўсяго вузла на манаблочнае рашэнне.

Што рабіць, калі на аб'екце няма сціснутага паветра?

Калі пракладка пнеўмасеці немагчымая, разгледзьце ўсталёўку лакальнага міні-кампрэсара для групы кранаў або перайдзіце на электрапрывады. Таксама існуюць гідраўлічныя прывады, але яны складаней у абслугоўванні. Для адзінкавых кранаў у выдаленых кропках часам выкарыстоўваюць балоны з інэртным газам (азотам) у якасці крыніцы энергіі для аварыйнага зачынення, але гэта патрабуе рэгулярнай замены балонаў.

Як абраць матэрыял корпуса для марской вады?

Для марской вады звычайная нержавелая сталь AISI 304 не падыдзе з-за рызыкі пітынгавай карозіі. Неабходна выкарыстоўваць сталь AISI 316 (CF8M) ці, для максімальнай надзейнасці, дуплексныя сталі ці бронзу з нікелевым пакрыццём. Ушчыльненні павінны быць з стойкіх палімераў, напрыклад, PEEK ці ўзмоцненага PTFE.

Заключэнне і наступныя крокі

Аўтаматызацыя працэсаў з дапамогай шаравых кранаў з пнеўмапрывадам - гэта крок ад саматужнага кіравання да прамысловай эфектыўнасці. Правільны падбор абсталявання, улік запасу моманту, якасная падрыхтоўка паветра і пісьменны мантаж дазваляюць стварыць сістэму, якая будзе працаваць гадамі без збояў. Не эканомце на якасці ўшчыльненняў і фільтраванні - гэтыя кампаненты каштуюць капейкі ў параўнанні з шкодай ад прастою вытворчай лініі.

Калі вы плануеце мадэрнізацыю сваёй вытворчасці ці будаўніцтва новага аб'екта, важна пачаць з аўдыту бягучай сістэмы і разліку нагрузак. Нашы спецыялісты гатовы правесці бясплатны аналіз вашай схемы і прапанаваць аптымальнае рашэнне, якое адпавядае стандартам ДАСТ і ТР МС. Мы супрацоўнічаем з вядучымі вытворцамі, такімі як ТАА "Уси Кайшэн", каб забяспечыць пастаўкі абсталявання з найвысокімі характарыстыкамі каразійнай стойкасці і надзейнасці, пацверджанымі сертыфікатамі ASME і PED. Мы даем поўны пакет дакументаў і гарантыйную падтрымку.

Не дазваляйце састарэлым тэхналогіям тармазіць развіццё вашага бізнесу. Укараненне сучаснай аўтаматыкі акупляецца ўжо ў першы год за кошт эканоміі рэсурсаў і павышэння прадукцыйнасці.Звяжыцеся з намі сённядля атрымання кансультацыі і разліку камерцыйнай прапановы. Мы дапаможам вам выбраць надзейныяшаравыя краны з пнеўмапрывадамі спадарожнае абсталяванне, якія стануць асновай бесперабойнай працы вашага прадпрыемства.