Применение систем регулирования температуры

Регулирование температуры процесса может осуществляться с помощью электрических, пневматических, электропневматических и самодействующих систем управления. В этом модуле рассматриваются некоторые типовые применения, включая технологические ёмкости, теплообменники и отказобезопасное ограничение высокой температуры.

#Самодействующее регулирование температуры прямого действия

Описание Самодействующий регулятор температуры прямого действия использует расширение жидкости в датчике и капилляре для изменения положения клапана. Преимущества:

1. Невысокая стоимость.
2. Компактность.
3. Простота монтажа и commissioning.
4. Монтаж силами одной специальности.
5. Очень высокая прочность и надёжность.
6. Устойчивость к неидеальному состоянию пара и к некоторому завышению размера.
7. Самодействующий принцип означает, что внешнее питание не требуется.
8. Простота подбора и расчёта.
9. Доступно множество вариантов, например различные длины капилляра и температурные диапазоны. Недостатки:
10. Система является stand-alone и не может взаимодействовать с удалённым контроллером или PLC (Programmable Logic Controller), хотя отсечка по высокой температуре может подавать сигнал на закрытие через выключатель.
11. Ограниченные размеры.
12. Ограниченные допустимые давления.
13. Ограниченный turndown.
14. Датчики обычно значительно крупнее пневматических и электронных аналогов и работают заметно медленнее. Применения: Как правило, это применения с низким и постоянным рабочим расходом:
15. Небольшие рубашечные ёмкости.
16. Спутниковые паровые линии.
17. Гладильные машины.
18. Небольшие резервуары.
19. Кислотные ванны.
20. Небольшие аккумулирующие водонагреватели.
21. Небольшие нагревательные батареи.
22. Unit heaters. Важно отметить: На пропорциональную зону влияет размер клапана.

#Пневматическое регулирование температуры

Описание Такие системы управления могут включать:

• функции P + I + D для повышения точности при изменяющейся нагрузке;
• уставки, которые можно изменять дистанционно. Преимущества:

1. Очень высокая точность и гибкость.
2. Отсутствие ограничения по размеру клапана в пределах размерного ряда.
3. Отличный коэффициент turndown.
4. Пригодность для опасных зон.
5. Отсутствие необходимости в электрическом питании.
6. Высокая скорость срабатывания, позволяющая хорошо реагировать на быстрые изменения нагрузки.
7. Высокое усилие, позволяющее работать при больших перепадах давления. Недостатки:
8. Дороже регуляторов прямого действия.
9. Сложнее регуляторов прямого действия. Применение:
10. Там, где требуется точное и стабильное регулирование температуры.
11. При переменных и высоких расходах и/или переменном давлении до клапана.
12. Там, где требуется intrinsic safety. Важно отметить:
13. Требуется чистый и сухой воздух.
14. Клапанный positioner, как правило, необходим, кроме самых малых и простых применений. Из positioner и контроллера воздух постоянно стравливается, поэтому необходимо убедиться, что этот постоянный расход воздуха допустим в конкретных условиях.
15. Для монтажа требуется квалифицированный персонал, а для калибровки и commissioning - специалисты по КИП.
16. Система является stand-alone и не может напрямую взаимодействовать с PLC.
17. Всегда необходимо учитывать режим отказа. Например, для систем парового нагрева нормальным является spring-to-close при потере воздуха, а для систем охлаждения - spring-to-open.

#Электропневматическое регулирование температуры

Описание Такие системы управления могут включать:

• функции P + I + D для повышения точности при изменяющейся нагрузке;
• уставки, которые можно изменять дистанционно, с возможностью ramps между уставками. Преимущества:

1. Очень высокая точность и гибкость.
2. Дистанционная настройка и считывание параметров.
3. Отсутствие ограничения по размеру клапана в пределах размерного ряда.
4. Отличный коэффициент turndown.
5. Высокая скорость срабатывания, позволяющая хорошо реагировать на быстрые изменения нагрузки.
6. Высокое усилие, позволяющее работать при больших перепадах давления. Недостатки:
7. Дороже самодействующих и пневматических систем.
8. Сложнее самодействующих и пневматических систем.
9. Требуется электрическое питание. Применение:
10. Там, где требуется точное и стабильное регулирование температуры.
11. При переменных и высоких расходах и/или переменном давлении до клапана. Важно отметить:
12. Требуется чистый и сухой воздух.
13. Для монтажа требуется квалифицированный персонал; для организации питания требуются электрики, а для калибровки и commissioning - специалисты по КИП.
14. Может быть частью сложной системы управления с PLCs, самописцами и системами SCADA.
15. Всегда необходимо учитывать режим отказа. Например, для систем парового нагрева нормальным является spring-to-close при потере воздуха, а для систем охлаждения - spring-to-open.
16. Вероятно, это наиболее распространённая система управления: она сочетает функциональность электроники с быстродействием и мощностью пневматики.

#Электрическое регулирование температуры

Описание Такие системы управления могут включать:

• функции P + I + D для повышения точности при изменяющейся нагрузке;
• уставки, которые можно изменять дистанционно. Преимущества:

1. И контроллер, и привод клапана могут взаимодействовать с PLC.
2. Не требуется подача сжатого воздуха. Недостатки: Относительно низкая скорость привода означает, что такие системы подходят только для применений, где нагрузка изменяется медленно. Применение: Отопление больших объёмов. Например: склады, мастерские, авиационные ангары и т. д. Важно отметить:
3. Безопасность: при потере электропитания положение клапана не изменится, если не используется привод с возвратной пружиной.
4. Приводы с возвратной пружиной дороги, громоздки и способны закрываться только против ограниченного давления.

#Регулирование температуры (другие варианты) - параллельная станция регулирования температуры

Описание Схема, показанная на Figure 8.2.6, может использоваться, когда отношение максимального расхода к минимальному расходу (turndown по расходу) больше максимально допустимого для отдельного клапана регулирования температуры.

Например, если конкретную установку необходимо очень быстро вывести на рабочую температуру, но рабочая нагрузка мала, а условия установки требуют использования самодействующих регуляторов.

Для решения задачи:

1. Сначала выбирается клапан и контроллер, способные обеспечить рабочую нагрузку, и настраиваются на требуемую температуру.
2. Затем выбирается второй клапан и контроллер, способные обеспечить дополнительную нагрузку на этапе прогрева, и настраиваются на температуру на несколько градусов ниже, чем у клапана «рабочей нагрузки». Этот клапан, вероятнее всего, будет больше по размеру.

При такой конфигурации:

1. Когда процесс холодный, оба регулирующих клапана открыты, пропуская достаточное количество пара для доведения продукта до требуемой температуры за нужное время.
2. По мере приближения процесса к требуемой температуре клапан «прогрева» модулируется в закрытие, а клапан «рабочей нагрузки» продолжает модулировать и поддерживать температуру.

#Отказобезопасное ограничение высокой температуры

Описание Существует множество применений, где полностью независимое устройство отсечки по верхнему пределу температуры либо желательно, либо даже обязательно по закону. Варианты:

1. Самодействующее устройство, в котором расширение рабочей среды освобождает сжатую пружину в cut-out unit и мгновенно закрывает отсечной клапан при превышении заранее установленной предельной температуры.

У этого типа самодействующего устройства есть дополнительные преимущества: a. в него можно встроить microswitch для удалённой индикации срабатывания; b. предпочтительно, чтобы его нужно было сбрасывать вручную, вынуждая персонал подойти к установке и выяснить причину срабатывания.

2. Электрический привод spring-to-close, при котором сигнал перегрева отключает электропитание и клапан закрывается. Это может сопровождаться сигнализацией.
3. Пневматический привод spring-to-close, при котором сигнал перегрева вызывает сброс управляющего воздуха из привода. Это также может сопровождаться сигнализацией. Применение: Системы бытового горячего водоснабжения (DHWS), подающие горячую воду общего назначения пользователям, например в больницах, тюрьмах и школах. Важно отметить:
4. Законодательство может требовать, чтобы устройство отсечки по высокой температуре было полностью независимым. Это означает, что оно должно воздействовать на отдельный клапан.
5. Как правило, клапан отсечки по высокой температуре выбирается в размере трубопровода, поскольку в открытом положении на нём требуется малый перепад давления.