Qual é o dispositivo de segurança na válvula de controle?

Na automação industrial moderna, as válvulas de controle servem como os elementos de controle final, a responsabilidade crítica de regular com precisão os principais parâmetros do processo, como taxa de fluxo de fluido, pressão, temperatura e nível de líquido. No entanto, qualquer sistema pode encontrar falhas repentinas e, nesses momentos, o projeto "seguro à falha" das válvulas de controle se torna o mecanismo de defesa principal, garantindo a continuidade dos processos industriais, a integridade do equipamento e até a segurança do pessoal. Este artigo fornecerá uma análise especializada da definição, classificação, mecanismos de implementação e estratégias de aplicação do design de falha na válvula de controle em vários cenários industriais. Ele também explorará como as tecnologias avançadas de diagnóstico de falhas aprimoram a confiabilidade das válvulas de controle, integrando perfeitamente a Xiangjing Company's (www.shgongboshi.com) Contribuições excelentes e soluções inovadoras neste campo. O objetivo é fornecer ao setor industrial insights abrangentes e profundos para ajudar a criar sistemas automatizados mais seguros e eficientes.

Nos ambientes de produção industrial cada vez mais complexos de hoje, a tecnologia de automação desempenha um papel fundamental. Entre essas tecnologias, as válvulas de controle servem como o “coração” dos processos industriais, com sua estabilidade e confiabilidade de desempenho, impactando diretamente a eficiência da produção, a qualidade do produto, o consumo de energia e as medidas críticas de segurança.

UMválvula de controleé um tipo de válvula que regula o fluxo de fluido, alterando o tamanho da passagem do fluido. Ele recebe sinais de um controlador para controlar diretamente o fluxo e influenciar indiretamente as variáveis ​​de processo, como pressão, temperatura e nível de líquido. Na terminologia de controle de automação,

Válvulas de controlesão chamados de "elementos de controle final" e estão entre os elementos de controle final mais amplamente utilizados na indústria moderna. A seleção e manutenção adequadas das válvulas de controle são críticas para aumentar a eficiência, a segurança, a lucratividade e a proteção ambiental.

Nos loops de controle de processos, as fábricas modernas consistem em centenas ou até milhares de loops de controle interconectados para garantir que variáveis ​​críticas de processo (como pressão, fluxo, nível e temperatura) permaneçam dentro da faixa necessária, garantindo assim a qualidade final do produto.

As válvulas de controle estão no coração desses loops, responsáveis ​​por regular o fluxo de fluidos (como misturas de gás, vapor, água ou química) para compensar os distúrbios da carga e manter as variáveis ​​de processo controladas o mais próximo possível do ponto de ajuste. A complete control valve assembly typically consists of a valve body (containing fluid passages and regulating elements), valve internals (such as valve discs, valve plates, valve seats, valve cores, etc., which directly contact the fluid and regulate flow), an actuator (providing the driving force required to operate the valve), and various valve accessories (such as positioners, converters, supply pressure regulators, limit switches, etc.).

No campo da automação industrial, apenas alcançar o controle funcional é insuficiente; Também é necessário considerar o comportamento do sistema em condições anormais, ou seja, design "seguro à falha". Seguro de falhas refere-se ao sistema que entra automaticamente em um estado predefinido e não perigoso quando ocorre uma falha ou a energia da unidade é perdida, prevenindo ou mitigando acidentes.

O projeto à prova de falhas para as válvulas de controle é um componente indispensável da produção industrial, particularmente na produção e processamento de materiais perigosos de alto valor, como petróleo bruto, gás natural e produtos químicos. Efetivamente, evita os principais acidentes, como em tubulações de combustível, onde as válvulas de fechamento de segurança fecham automaticamente após a detecção de condições inseguras, impedindo que o combustível entre na câmara de combustão e, assim, evitando incêndios ou explosões. Além disso, ao guiar prontamente o sistema a um estado seguro, as perdas econômicas causadas por danos ao equipamento e interrupções na produção podem ser minimizadas. Mais importante, os mecanismos à prova de falhas protegem diretamente os operadores de riscos em potencial, que é a consideração mais fundamental em todos os projetos industriais. Além disso, muitas indústrias têm regulamentos e padrões de segurança rigorosos (como classificações SIL), exigindo que equipamentos críticos possuam recursos específicos à prova de falhas, tornando o design à prova de falhas uma condição necessária para a conformidade com os regulamentos.

A Xiangjing Company entende completamente a importância do projeto à prova de falhas para as válvulas de controle e está comprometido em fornecer produtos e soluções de válvula de controle de alta confiabilidade que cumprem os padrões internacionais de segurança. Através de inovação tecnológica contínua e controle rigoroso da qualidade, Xiangjing pretende se tornar um parceiro de confiança na construção de um futuro industrial seguro e eficiente. Para mais informações, visiteSite oficial da Xiangjing Company.

Esta seção explorará os conceitos principais de falha na válvula de controle, incluindo sua definição precisa, seu papel crítico na segurança industrial e sua relação com os padrões internacionais de segurança (como o SIL).

A válvula de controle segura refere-se ao movimento automático do elemento de desligamento da válvula para uma posição pré-determinada quando o suprimento de energia da unidade é interrompido (por exemplo, falha no fornecimento de ar do instrumento, falha de energia). Essa posição predefinida deve ser o estado "seguro" necessário para proteger o processo e o equipamento. É uma característica inerente projetada para lidar com desligamentos não planejados ou anormalidades do sistema.

O design à prova de falhas é um componente central da segurança funcional, com o objetivo de reduzir os riscos ao pessoal, ao meio ambiente e à propriedade para um nível aceitável. Por exemplo, em um reator, se o sistema de resfriamento falhar, a válvula de água de resfriamento deve se abrir automaticamente para evitar superaquecimento e riscos potenciais. Por outro lado, se a válvula de suprimento de combustível não fechar durante uma falha, poderá resultar em vazamento contínuo de combustível, levando a fogo ou explosão.

A transição oportuna para um estado seguro impede que o equipamento continue a operar sob condições de falha e causar danos. Mais importante ainda, os mecanismos à prova de falhas reduzem diretamente os riscos enfrentados pelos operadores.

O design à prova de falhas está intimamente relacionado ao SIL (nível de integridade de segurança). O SIL é uma classificação discreta usada para medir a confiabilidade das funções de segurança e quantificar a extensão da redução de risco. Um único componente (como uma válvula de controle) não pode ter uma classificação SIL por conta própria; Somente um loop de segurança completo ou sistema instrumentado de segurança (SIS) pode obter uma classificação SIL. Um loop de segurança típico inclui sensores, unidades de avaliação e saída (como um PLC de segurança) e válvulas de processo automatizadas (incluindo válvulas solenóides, atuadores e válvulas de processo). O projeto à prova de falhas das válvulas de controle é um componente crítico para alcançar uma classificação SIL específica, garantindo que as funções de segurança possam ser executadas com segurança em modos de baixa demanda (onde o sistema de segurança é ativado não mais de uma vez por ano).

O design à prova de falhas é um aspecto central do gerenciamento de riscos. Os sistemas de controle tradicionais se concentram na eficiência e precisão em "condições operacionais normais". No entanto, a complexidade e os riscos potenciais da produção industrial ditam que o comportamento em “condições anormais” é mais crítico. A essência dos mecanismos seguros de falhas é antecipar e mitigar os piores cenários durante a fase de design, orientando o sistema ao estado "menos perigoso". Isso não é apenas uma implementação técnica, mas uma aplicação concreta da filosofia de segurança na engenharia, refletindo uma mudança de paradigma de "eficiência de produção primeiro" para "segurança primeiro". Isso significa que, ao selecionar válvulas de controle, seu modo à prova de falhas não é apenas um parâmetro técnico, mas uma decisão estratégica tomada após uma avaliação e compreensão completa dos riscos em todo o processo. Ao adquirir e implementar válvulas de controle, as empresas devem priorizar a funcionalidade à prova de falhas tão igualmente importante quanto o desempenho e, em certos aplicativos críticos, a segurança tem precedência sobre todas as outras considerações.

Os modos de falha nas válvulas de controle são categorizados principalmente em três tipos, cada um correspondente a cenários de aplicação específicos e requisitos de segurança. A seleção do modo adequado à prova de falhas é fundamental para garantir a operação segura do sistema.

Quando a energia da unidade (como suprimento de ar ou energia) é interrompida, o elemento de desligamento da válvula de controle se move automaticamente para a posição fechada. Isso significa que, durante uma falha, a passagem do fluido é bloqueada. Esse modo é mais comumente alcançado através de um atuador de retorno de primavera, onde a força de pré-carga da mola empurra a válvula para a posição fechada quando a pressão ou a energia do ar são perdidas.

Os cenários de aplicação típicos incluem:

• Válvulas de gás de combustível: Em aplicações de queimador, as válvulas de fechamento de segurança devem fechar automaticamente quando condições inseguras (como falha de energia) são detectadas para impedir que o combustível (gás ou óleo) entre na câmara de combustão, evitando o incêndio ou a explosão.
• Válvulas de alimentação do reator: nas reações químicas, se a reação se tornar descontrolada (como um aumento repentino de temperatura), a válvula de alimentação deve imediatamente perto para interromper a entrada do material, impedindo que a reação aumente ainda mais.
• Sistemas de alta pressão: Em sistemas de fluidos de alta pressão, o fechamento de falhas impede o vazamento acidental de meios de alta pressão, reduzindo o risco.

Quando a energia da unidade é interrompida, o elemento de restrição de fluxo da válvula de controle se move automaticamente para a posição aberta. Isso significa que, durante uma falha, a passagem do fluido está totalmente aberta. Esse modo também é comumente alcançado através dos atuadores do retorno da mola, mas a direção da configuração da mola é oposta ao modo FC, garantindo que a válvula seja empurrada para a posição aberta durante uma falha.

Os cenários de aplicação típicos incluem:

• Válvulas de água de resfriamento: em reatores ou em outros sistemas que requerem resfriamento, se o sistema de resfriamento falhar ou a energia for interrompida, a válvula de água de resfriamento deve se abrir automaticamente para garantir o fluxo contínuo do meio de resfriamento, impedindo o superaquecimento do equipamento.
• Válvulas de alívio/válvulas de desvio: Quando a pressão do sistema se torna excessivamente alta, válvulas de alívio ou válvulas de desvio se abrem automaticamente para liberar pressão, protegendo o equipamento e a tubulação.
• Ventificação de emergência: Em certos processos que requerem ventilação de emergência, a abertura de falhas garante que o meio possa ser descarregado rapidamente.

Quando a potência da unidade é interrompida, a válvula de controle permanece na última posição antes da falha ocorrer. Esse modo normalmente requer mecanismos de travamento adicionais ou dispositivos de armazenamento de energia para manter a posição da válvula. Isso geralmente é alcançado através de posicionadores especiais (com válvulas de bloqueio) ou atuadores de ação dupla combinados com dispositivos de armazenamento de energia (como tanques de ar ou bloqueios hidráulicos). Para sistemas pneumáticos, os tanques de ar podem fornecer uma fonte de ar de backup de curto prazo para atuadores de ação dupla, permitindo que eles mantenham ou concluam ações específicas quando a principal fonte de ar falhar.

Os cenários de aplicação típicos incluem:

• Sistemas que requerem intervenção manual: Em certos processos complexos ou sensíveis, a abertura ou fechamento imediatamente de válvulas pode levar a consequências mais graves. A operação à prova de falhas permite que os operadores avaliem a situação e intervêm manualmente, trazendo com segurança o sistema para um estado estável.
• Mantendo o estado atual: em cenários não emergenciais em que a manutenção do fluxo é necessária, como quando as flutuações do fluxo têm um impacto mínimo nos processos a jusante, a operação à prova de falhas pode impedir interrupções desnecessárias do processo.
• Regulamento de alta precisão: Em circuitos que requerem regulamentação de alta precisão, a operação à prova de falhas impede que as válvulas se abram repentinamente completamente ou fechadas quando os sinais são perdidos, reduzindo assim o impacto no processo.

A seleção de um modo à prova de falhas não é arbitrária, mas é baseada em uma avaliação abrangente de risco do processo específico. Os engenheiros devem analisar qual estado da válvula (fechado, aberto ou mantido) pode minimizar o risco de lesão pessoal, danos ao equipamento e poluição ambiental no caso de uma falha de energia. Além disso, fatores como propriedades de fluidos (inflamáveis, explosivas, corrosivas), a resposta dinâmica do processo e as relações interligadas com o equipamento a montante e a jusante devem ser consideradas. Por exemplo, para mídia que pode causar acumulação perigosa, a posição padrão é normalmente selecionada como fechada de falhas; Para sistemas que requerem alívio contínuo de resfriamento ou pressão, a posição padrão é selecionada como falha. A adesão aos padrões e regulamentos relevantes do setor (como API, NFPA, IEC 61508) também é crítica, pois esses padrões geralmente fornecem recomendações ou requisitos obrigatórios para modos seguros de falhas com base em aplicações específicas.

A seleção de modos seguros de falhas é a "primeira linha de defesa" no projeto de segurança do processo. Os modos de falha predefinidos das válvulas determinam o comportamento "padrão" do sistema em condições de pior caso. Esse comportamento predefinido deve se alinhar com os riscos inerentes ao processo para garantir que, no caso de uma falha, o sistema entre no estado físico mais seguro. Por exemplo, a válvula de combustível FC impede a combustão descontrolada, enquanto a válvula de resfriamento para impede explosões de superaquecimento. Isso incorpora o princípio de "segurança por design", em vez de depender apenas de remédios pós-inciantes. Ele ressalta a importância de realizar análises detalhadas de risco e operabilidade (HAZOP) e avaliações do nível de integridade da segurança (SIL) do fluxo do processo durante os estágios iniciais de um projeto. Fornecedores de válvula de controle, comoXiangjing CompanyEnvolva-se em discussões detalhadas com os clientes sobre suas características do processo ao fornecer produtos, oferecendo recomendações profissionais para a seleção de modo à prova de falhas, em vez de apenas vender produtos padrão.

Esta seção fornecerá uma explicação detalhada dos principais componentes para a operação à prova de falhas das válvulas de controle de acionamento-atividades e posicionadores de válvulas-e analisará seus respectivos princípios de trabalho, mecanismos, vantagens e desvantagens e falhas na indústria.

Os atuadores são os "músculos" das válvulas de controle, responsáveis ​​pela conversão de sinais de controle em movimento mecânico para alterar a posição do elemento de restauração de fluxo da válvula. O design deles determina diretamente o comportamento da válvula durante uma falha. Os atuadores são tipicamente categorizados em três tipos principais: pneumático, elétrico e hidráulico.

Os atuadores pneumáticos utilizam pressão de ar comprimido (tipicamente ar) para acionar um pistão ou diafragma, fazendo com que a haste da válvula avançasse para frente e para trás (movimento linear) ou gire através de um mecanismo de rack de engrenagem. A pressão do gás pode ser aplicada alternadamente aos dois lados do pistão (de ação dupla) ou entrar apenas um lado e depender de uma mola para retorno (ação única).

• Spring-Return: Este é o mecanismo mais comum e inerente à prova de falhas nos atuadores pneumáticos. Quando a fonte de ar da unidade é perdida, a força de mola pré-comprovada empurra o atuador para uma posição segura predefinida (totalmente aberta ou totalmente fechada), esse design é simples e confiável, amplamente utilizado em aplicações que requerem um estado claro de falha.
• Tanque de ar/acumulador: Para atuadores pneumáticos de ação dupla, quando o suprimento de ar principal falha, o tanque de ar conectado pode fornecer ar comprimido de backup, permitindo que a válvula continue operando ou concluir a ação predefinida à prova de falhas dentro de um prazo específico. Isso é particularmente útil para manter operações de processo ou desligamentos seguros durante um período prolongado, como garantir que uma válvula de controle continue a operar durante um prazo específico após uma falha do compressor de ar, permitindo reparos ou desligamento seguro.

• Vantagens: estrutura simples, leve e relativamente fácil de instalar e manter. O meio de trabalho é o ar, que é fácil de esgotar, ecológico e econômico. A força de saída e a velocidade de operação são facilmente ajustáveis, com tempos de resposta tipicamente rápidos. Alta confiabilidade e vida útil longa. Pode armazenar energia, permitindo o suprimento de ar centralizado e a transmissão de longa distância.
• Desvantagens: Devido à compressibilidade do ar, a velocidade de operação é facilmente afetada pelas alterações de carga e a estabilidade de baixa velocidade é inferior aos cilindros hidráulicos. A força de saída é geralmente menor que a dos cilindros hidráulicos. Velocidade lenta de transmissão de sinal pneumático, inadequado para sistemas complexos que requerem transmissão de sinal de alta velocidade. Requer um suprimento contínuo de ar comprimido e manutenção regular para evitar vazamentos. Os custos iniciais podem ser mais baixos, mas os custos operacionais a longo prazo (compressores, tubulação, manutenção) podem ser maiores.

Aplicações industriais: amplamente utilizadas em aplicações que exigem requisitos rápidos de movimento e à prova de explosão, como indústrias de petróleo e gás natural, produtos químicos, alimentos e bebidas e tratamento de água.

Os atuadores elétricos convertem energia elétrica em movimento rotacional ou linear usando motores (geralmente motores de passo e motores servo) para controlar a posição, velocidade, torque, etc. Os motores de passo atingem posicionamento preciso através de pulsos, enquanto os motores servo atingem a resposta dinâmica através do controle de feedback.

• Power/capacitor de backup: No caso de uma principal falha de energia, os atuadores elétricos podem ser equipados com uma bateria de backup ou supercapacitor para fornecer energia temporária para concluir ações predefinidas à prova de falhas (como direcionar a válvula para a posição totalmente aberta ou totalmente fechada). Esse mecanismo garante a barreira final de segurança no caso de uma queda de energia.
• Mola mecânica: Alguns atuadores elétricos também incorporam molas mecânicas, que usam força de mola para empurrar a válvula para uma posição segura no caso de uma falha de energia. Esse design combina o controle preciso da energia elétrica com as características inerentes à segura de falhas das molas.

• Vantagens: fornece posicionamento preciso e repetível, tornando -o ideal para tarefas automatizadas. Alta eficiência energética, especialmente em aplicações de carga estática, onde menos energia é consumida. Requisitos de baixa manutenção, menos peças e nenhum sistema de fluido envolvido. Alta versatilidade, capaz de se adaptar a vários ambientes e fácil de programar para padrões de movimento complexos. Operação tranquila. Capaz de alcançar o posicionamento de alta precisão e velocidades de movimento ajustáveis. A velocidade de rotação não é afetada por variações de carga e é independente da tensão e frequência da fonte de alimentação. Capaz de controle remoto.
• Desvantagens: O custo é tipicamente maior que os atuadores pneumáticos. Os sistemas de controle são complexos, exigindo conhecimento especializado para instalação e manutenção. A resistência ambiental (por exemplo, impermeabilização, impermeabilização) pode ser menor que os componentes pneumáticos. A força de saída é relativamente pequena, inadequada para tarefas pesadas. Dependente de uma fonte de alimentação estável e pode não ser adequado para ambientes explosivos (a menos que seja especialmente projetado). O tempo de ciclo pode ser mais lento que os sistemas pneumáticos.

Aplicações industriais: Adequado para cenários que exigem controle preciso e operação flexível, como acionamentos de braços robóticos, ajustes da correia transportadora, linhas de montagem, máquinas agrícolas, sistemas de ventilação, sistemas solares, manuseio de materiais e equipamentos de limpeza. Também amplamente utilizado em geração de energia, tratamento de água e indústrias farmacêuticas.

Os atuadores hidráulicos usam líquido hidráulico pressurizado (geralmente óleo) para acionar pistões ou lâminas, convertendo a pressão do fluido em movimento mecânico. A incompressibilidade do líquido hidráulico permite fornecer uma força enorme.

• Spring-Return: Semelhante aos sistemas pneumáticos, os atuadores hidráulicos também podem incorporar molas para empurrar a válvula para uma posição segura predefinida usando força de mola quando o sistema hidráulico perde pressão. Este método é comumente usado em aplicações de emergência que requerem desligamento ou abertura rápida.
• Trava hidráulica: Ao travar o circuito de óleo hidráulico, o atuador permanece em sua última posição quando a pressão é perdida. Isso geralmente é alcançado através de projetos de válvulas especiais (como válvulas solenóides de duas posições e bidirecionais), garantindo que a haste de saída do pistão seja travada no lugar durante interrupções de energia ou sinal para impedir a interrupção do sistema.

• Vantagens: capaz de produzir uma saída de torque/impulso extremamente alta, adequada para operar válvulas grandes, pesadas ou de alta pressão. O posicionamento de alta precisão permite o controle preciso do processo. Resposta rápida aos sinais de controle, adequados para ESD (sistema de desligamento de emergência) e aplicações de válvulas que requerem ação rápida. Design robusto e durável com requisitos de manutenção relativamente baixos e uma longa vida útil. A incompressibilidade do líquido hidráulico garante movimento suave e estável.
• Desvantagens: sistema complexo que requer bombas hidráulicas, reservatórios, tubulação etc., resultando em altos custos de instalação e manutenção. Risco de vazamento de líquido hidráulico, que pode contaminar o ambiente ou causar problemas de segurança. Altos requisitos para limpeza de fluidos; A contaminação por fluidos pode levar a mau funcionamento.

Aplicações industriais: usadas principalmente em tarefas pesadas que requerem produção de alta força e resposta rápida, como plataformas de perfuração de petróleo e gás, usinas hidrelétricas, grandes máquinas industriais e gasodutos.

As características à prova de falhas de um atuador são propriedades inerentes, não recursos adicionais. Mecanismos à prova de falhas, como retorno da mola, reservatórios de ar e fontes de energia de backup, não são adicionados como extras no topo das funções básicas do atuador, mas são propriedades inerentes que são consideradas e integradas ao design desde o início. Por exemplo, o retorno da primavera utiliza energia potencial, enquanto os reservatórios de ar utilizam a compressibilidade do gás para armazenar energia. Esses mecanismos são desencadeados passivamente em caso de falha de energia, incorporando a filosofia de design de "segurança passiva". Isso significa que, ao selecionar válvulas de controle, não se deve apenas se concentrar na capacidade de condução do atuador, mas também entender completamente se seus mecanismos com falha integrada atendem aos requisitos específicos do processo.Xiangjing CompanyFornece explicações detalhadas dos princípios à prova de falhas de diferentes atuadores ao oferecer soluções de válvula de controle, ajudando os clientes a selecionar os produtos mais adequados para seus cenários de aplicação e garantir a confiabilidade em condições extremas.

Um posicionador de válvula é um acessório crítico em um conjunto da válvula de controle. Ele não apenas garante que a válvula responda precisamente ao controle de sinais, mas também desempenha um papel fundamental no aprimoramento da confiabilidade das válvulas de controle e à possibilidade de o diagnóstico avançado de falhas.

A função principal de um posicionador é fornecer ar pressurizado (ou eletricidade) ao atuador da válvula, garantindo que a haste da válvula ou a posição do eixo da válvula alinhe com precisão com o ponto de ajuste do sistema de controle. Isso é conseguido comparando a posição real da válvula com a posição da válvula desejada e fazendo os ajustes necessários. O posicionador supera fatores como atrito com haste de válvula, atraso do atuador e forças desequilibradas no plugue da válvula que afetam o posicionamento preciso da válvula, melhorando assim

A precisão do controle e a velocidade de resposta da válvula de controle. Além disso, o posicionador normalmente requer feedback de posição do haste da válvula ou eixo da válvula e transmite o status da posição da válvula para o sistema de nível superior para monitoramento de processos, diagnóstico de falhas ou verificação inicial/parada.

As válvulas de controle recebem sinais de controladores para operar.

• Tipos de sinal:

1. Sinais pneumáticos: O equipamento de processo tradicional usa sinais de pressão pneumática (normalmente de 20,7 a 103 kPa ou 3 a 15 psig) como pontos de ajuste de controle para as válvulas de controle mover a válvula de 0% para 100% da posição.
2. Sinal de I/P analógico (4-20 mA): A maioria dos equipamentos de processo moderno usa um sinal de 4 a 20 mA DC para regular as válvulas de controle. O conversor I/P no posicionador converte o sinal de corrente eletrônica em um sinal de pressão pneumático. A vantagem do sinal de 4-20 mA está em sua forte imunidade de ruído, resistência a quedas de tensão e capacidade de auto-monitoramento (corrente abaixo de 3,8 Ma ou acima de 20,5 Ma é considerada uma falha).
3. Sinal digital: os controladores de válvulas digitais são instrumentos baseados em microprocessadores que se comunicam com o sistema de controle por meio de sinais digitais. Os protocolos de comunicação digital comum incluem o Hart® (sobreposto ao sinal tradicional de 4-20 mA), Foundation ™ Fieldbus e Profibus. A tecnologia sem fio também fornece um método alternativo para transmitir informações.

• Mecanismo de feedback: os posicionadores requerem feedback de posição do haste da válvula ou eixo da válvula para controlar com precisão a válvula.

1. Feedback mecânico: Nos posicionadores pneumáticos tradicionais, a posição da haste/eixo da válvula é comparada com a posição dos fole que recebem o sinal de controle pneumático por meio de ligações mecânicas e cames. Esse método tem desvantagens como alto desgaste, baixa precisão e vida útil curta.
2. Feedback eletrônico: o microprocessador em um controlador de válvula digital recebe feedback eletrônico sobre a posição da válvula. Por exemplo, os sensores de efeito hall são usados ​​para medir a densidade do campo magnético em uma matriz de ímã permanente, permitindo o feedback da posição da haste da válvula sem haste e sem contato. Isso elimina questões como desgaste, corrosão e vibração, melhorando significativamente a estabilidade e a confiabilidade.

• Posicionadores pneumáticos:

1. Recursos: Receba sinais pneumáticos e pressão de ar de saída para regular o atuador. Design simples, baixo custo e operação confiável.
2. Função na operação à prova de falhas: Adequado para operações simples e robustas, especialmente em ambientes sem fonte de alimentação ou com riscos de explosão, pois eles não produzem faíscas. Eles podem fornecer força suficiente para fechar válvulas.

• Posicionadores eletro-pneumáticos / posicionadores de I / P analógicos:

1. Recursos: Receba sinais elétricos (normalmente 4-20mA), converta-os em sinais pneumáticos por meio de um conversor de I/P e os produza para o atuador. Comparados aos posicionadores pneumáticos puros, eles oferecem maior precisão e resolução.
2. Papel na operação à prova de falhas: combine a precisão do controle elétrico com a robustez e a segurança da operação pneumática. Adequado para ambientes industriais com infraestrutura elétrica e pneumática, bem como estratégias de controle complexas que requerem maior precisão.

• Posicionadores digitais/inteligentes:

1. Recursos: Microprocessador embutido capaz de receber sinais digitais (por exemplo, Hart, Foundation Fieldbus, Profibus) ou 4-20mA. Oferece funções de alta precisão, alta resolução, alta confiabilidade e diagnóstico e comunicação avançadas.
2. Papel na tolerância a falhas:

• Diagnóstico avançado: capaz de monitorar em tempo real do desempenho da válvula, detectar anomalias como aderência da válvula, vazamento, desgaste da embalagem e envelhecimento da mola. Isso permite uma mudança da manutenção programada para a manutenção preditiva, aumentando significativamente a confiabilidade geral de falhas do sistema.
• Autocalibração e monitoramento remoto: Muitos posicionadores inteligentes apresentam recursos de auto-calibração e monitoramento remoto, simplificando a instalação e comissionamento, reduzindo os custos de manutenção e permitindo a operação segura em áreas perigosas.
• Tecnologia de feedback sem contato: Utilizando tecnologias de feedback sem contato, como os sensores de efeito Hall, elimina problemas de desgaste, corrosão e vibração associados a ligações mecânicas tradicionais e potenciômetros do tipo contato. Isso melhora fundamentalmente a precisão e a confiabilidade do feedback da posição da válvula, aumentando ainda mais o desempenho seguro para falhas.

Os posicionadores são essenciais para a "inteligência" e "segurança preditiva" das válvulas de controle. Os primeiros posicionadores abordaram principalmente questões não lineares nos atuadores para garantir uma resposta precisa da válvula aos sinais de controle. Com os avanços tecnológicos, particularmente nas tecnologias de microprocessador e sensor, os posicionadores digitais não apenas alcançam controle preciso, mas também monitoram a saúde da válvula em tempo real através de algoritmos de diagnóstico interno e protocolos de comunicação. Isso permite que os sistemas fazem a transição de "responder passivamente às falhas" a "prever ativamente e prevenir falhas", aumentando significativamente os níveis de segurança de falhas. Essa evolução do "controle" ao "diagnóstico" e "previsão" representa uma tendência significativa no gerenciamento de equipamentos sob a estrutura Industrial 4.0. Investir em posicionadores inteligentes não é apenas melhorar a precisão do controle das válvulas de controle; É um investimento no "monitoramento da saúde" e "segurança preventiva" de todo o fluxo do processo. As soluções de posicionador inteligente fornecidas pela Xiangjing Company podem ajudar os clientes a alcançar níveis mais altos de diagnóstico de falhas e manutenção preditiva, reduzindo assim o risco de tempo de inatividade não planejado e melhorando a eficiência operacional geral da fábrica.

Além do projeto à prova de falhas para válvulas de controle individuais, são necessárias estratégias de segurança mais avançadas em processos críticos, como design redundante, diagnóstico avançado de falhas, manutenção preditiva e considerações para condições operacionais especiais.

Para melhorar ainda mais a segurança e a disponibilidade do sistema, especialmente ao lidar com mídia de alto risco ou alto valor, o design redundante é uma estratégia indispensável.

• 1OO2 (uma das duas) Configuração da série: Duas válvulas de controle são instaladas em série. Se uma válvula ou seu sinal de controle falhar, todo o sistema será desligado para evitar mais danos. Essa configuração aumenta significativamente a segurança, pois qualquer falha da válvula aciona um desligamento seguro. É comumente usado em linhas de transporte de mídia que requerem níveis mais altos de segurança.
• 2OO2 (dois de dois) Configuração paralela: Duas válvulas de controle são instaladas em paralelo. Se uma válvula ou seu sinal de controle falhar, o sistema permanecerá ativo e continuará operando. Essa configuração aprimora principalmente a disponibilidade do sistema, garantindo que o processo não seja interrompido no caso de uma única falha de componente. É comumente usado em cenários que requerem alta disponibilidade, como loops de resfriamento.
• 2OO3 (dois de três) Configuração de votação: Esta configuração combina maior segurança e disponibilidade. O sistema possui três válvulas de controle e o sistema executa apenas a ação correspondente quando duas das válvulas enviam o mesmo sinal. Isso permite testar a funcionalidade de uma única válvula sem ativar o atuador, enquanto o sistema pode continuar operando com segurança, mesmo que uma única válvula falhe. O módulo funcional 2OO3 combina séries e a tecnologia Namur para fornecer o mais alto nível de segurança e confiabilidade e permite a manutenção durante a operação.

O design redundante é um componente crítico dos sistemas instrumentados de segurança (SIS). O SIS forma uma camada de proteção independente através de sensores, controladores lógicos e elementos de controle final (como válvulas de controle), com o objetivo de trazer o processo para um estado seguro quando o sistema de controle de processo básico (BPCS) falhar. Válvulas de controle redundantes garantem a capacidade final de execução do SIS, atendendo a requisitos específicos do nível SIL.

O design redundante é uma arte de equilibrar a segurança e a disponibilidade. Arquiteturas redundantes, como 1OO2, 2OO2 e 2OO3, não se trata simplesmente de aumentar o número de dispositivos, mas envolvem escolhas estratégicas entre "segurança" (prevenção de riscos) e "disponibilidade" (manutenção da operação) com base em diferentes requisitos de processo. 1OO2 Prioriza a segurança sobre a disponibilidade, 2OO2 prioriza a disponibilidade sobre a segurança, enquanto 2oo3 procura encontrar o equilíbrio ideal entre os dois. Esse trade-off reflete as profundas considerações no design complexo do sistema: como alcançar o gerenciamento ideal de riscos e a eficiência operacional dentro de recursos limitados. Isso significa que, ao selecionar estratégias de redundância, as empresas devem ter um entendimento claro do nível de risco de suas operações de processo, custos de inatividade e requisitos de segurança. A Xiangjing Company, como fornecedora profissional de válvulas de controle, pode fornecer produtos e suporte técnico adaptados a diferentes arquiteturas de redundância, ajudando os clientes a projetar e implementar os loops de segurança mais adequados com base em suas necessidades específicas, alcançando assim o equilíbrio ideal entre segurança e disponibilidade.

Ter mecanismos seguros de falhas sozinho é insuficiente. A capacidade de diagnosticar e prever falhas potenciais em tempo real, intervindo assim antes que ocorra uma falha, representa um requisito de nível superior para melhorar a confiabilidade dos sistemas de válvulas de controle.

• Detecção de aderência da válvula: monitora o desvio entre o feedback da posição da válvula e o ponto de ajuste para determinar se ocorreu a aderência.
• Detecção de vazamentos: monitora a adequação da pressão do ar de saída por meio de sensores de pressão para diagnosticar vazamentos internos ou externos.
• Diagnóstico de desgaste da embalagem: monitora alterações na força de atrito máximo para determinar o envelhecimento ou endurecimento da embalagem da glândula.
• Envelhecimento/inclinação da mola: usa o diagnóstico de equilíbrio de força para detectar condições anormais na mola do atuador.
• Diagnóstico do circuito do ar: detecta a gravidade do acúmulo de petróleo e água dentro do posicionador.
• Operações de tempo/contagem do ciclo: registra dados operacionais da válvula para avaliar os níveis de desgaste.

Os modelos de manutenção tradicionais são baseados em manutenção programada com base no tempo, o que pode levar a excesso de manutenção ou sub-manutenção. Ao alavancar dados de diagnóstico em tempo real de posicionadores inteligentes, as fábricas podem fazer a transição da manutenção baseada no tempo (TBM) para a manutenção baseada em condições (CBM) e a manutenção preditiva (PDM). Isso significa que as intervenções são realizadas apenas quando a condição do equipamento indica a necessidade de manutenção, otimizando os recursos de manutenção, reduzindo os custos de manutenção e minimizando o tempo de inatividade não planejado. Além disso, a adoção de tecnologias de feedback da posição da válvula sem contato, como sensores de efeito Hall, elimina questões relacionadas ao desgaste, corrosão e vibração associadas a ligações mecânicas e potenciômetros do tipo contato, melhorando fundamentalmente a precisão e a confiabilidade do feedback e fornecendo uma base de dados para diagnósticos precisos.

A manutenção preditiva orientada a dados representa um salto de segurança de falha "reativa" para "proativa". A segurança tradicional de falhas é acionada passivamente após a falha, enquanto as tecnologias de diagnóstico avançadas usam a análise de dados em tempo real para emitir avisos no estágio "incipiente" de uma falha. Isso permite que o pessoal de manutenção agende reparos sem interromper a produção, transformando possíveis "eventos de gatilho de segurança de falhas" em "eventos de manutenção planejados", evitando assim a ativação real dos mecanismos de segurança de falhas e reduzir os riscos de segurança e as perdas de tempo de inatividade. Isso representa um grande avanço na automação industrial, mudando de abordagens "reativas" para "proativas". Investir em posicionadores inteligentes não é apenas melhorar

Accisão de controle da válvula de controle, mas também sobre investir no "monitoramento da saúde" e "segurança preventiva" de todo o processo. As soluções de posicionador inteligente da Xiangjing Company ajudam os clientes a alcançar o diagnóstico avançado de falhas e a manutenção preditiva, reduzindo assim o risco de tempo de inatividade não planejado e aumentando a eficiência operacional geral da planta.

Sob condições operacionais extremas ou especiais, o projeto à prova de falhas das válvulas de controle requer consideração adicional para abordar as características da mídia e os desafios ambientais.

As temperaturas extremas podem fazer com que os componentes da válvula se expandam, se contraam, se tornem quebradiços ou suavizam, afetando a operação normal da válvula e o desempenho de vedação. Por exemplo, altas temperaturas podem fazer com que o plugue da válvula apreenda, enquanto as baixas temperaturas podem prejudicar o desempenho do atuador. As soluções incluem o uso de um capô de válvula estendido para proteger o empacotamento da haste da válvula de temperaturas extremas e selecionar materiais resistentes especiais de alta temperatura ou baixa temperatura para garantir a confiabilidade na faixa de temperatura do projeto.

O meio corrosivo pode corroer os corpos da válvula e os componentes internos, enquanto o meio de alta viscosidade pode aderir às hastes da válvula, fazendo com que eles atacrem entre o caule e o corpo, dificultando a operação adicional. As soluções incluem o uso de materiais resistentes à corrosão (como ligas especiais) e otimizar estruturas de componentes internos da válvula para reduzir a adesão e a escala da mídia. Rotação v-port

As válvulas de controle têm vantagens no manuseio de sólidos.

As válvulas de desligamento de emergência (válvulas ESD) são componentes críticos em sistemas instrumentados de segurança, com a tarefa principal de trazer rapidamente o processo para um estado seguro durante emergências. As válvulas ESD geralmente requerem confiabilidade extremamente alta, velocidade de fechamento rápido e baixas taxas de vazamento. Eles são frequentemente projetados como "fechados de falhas" ou "seguros de falhas" para garantir o corte imediato do fluido quando a energia da unidade é interrompida. Para garantir a confiabilidade das válvulas ESD, geralmente são necessários interruptores de verificação de fechamento da válvula ou sistemas de detecção de vazamento da válvula. O interruptor de verificação de fechamento é ativado depois que a válvula estiver totalmente fechada, garantindo que a válvula de fechamento de segurança do combustível seja completamente fechada antes do ciclo de purga e ignição. O sistema de detecção de vazamento da válvula monitora vazamentos pressurizando o pipeline entre duas válvulas de fechamento ou determina vazamentos de válvulas individuais por meio de sinais de chave de pressão.

O design à prova de falhas deve ser profundamente integrado ao ambiente operacional. Simplesmente selecionar o modo correto à prova de falhas é insuficiente, pois o ambiente operacional real da válvula de controle (temperatura, propriedades médias, pressão etc.) pode ter um impacto decisivo em seu desempenho seguro para falhas. Por exemplo, o meio corrosivo pode causar falha do componente da válvula, tornando inoperável o mecanismo seguro para falhas.

Portanto, o projeto à prova de falhas deve ser sistemático, levando em consideração os desafios das condições operacionais, desde a seleção de materiais, projeto estrutural e manutenção de diagnóstico. Isso significa que as válvulas de controle padrão podem não atender aos requisitos de segurança sob condições operacionais extremas, necessitando de soluções personalizadas ou especialmente projetadas.Xiangjing Company, alavancando sua extensa experiência em válvulas de controle, pode fornecer recomendações de seleção profissional e produtos personalizados adaptados a várias condições operacionais especiais, garantindo que as válvulas de controle desempenhem de maneira confiável funções seguras de falhas, mesmo nos ambientes mais exigentes.

Projeto à prova de falhas das válvulas de controle desempenha um papel indispensável em muitos campos industriais. A seguir, são apresentadas várias indústrias típicas e suas aplicações específicas.

Na extração de petróleo e gás a montante, as válvulas de controle nos sistemas de controle da cabeça do poço devem manter a regulação precisa do fluxo e as capacidades de desligamento de emergência sob pressão extrema, ambientes corrosivos e flutuações de temperatura. As principais funções das válvulas de controle da cabeça do poço incluem controle de limitação, regulamentação de pressão e desligamento de emergência.

No transporte de óleo e gasoduto, as válvulas de controle são usadas para regular o fluxo, a pressão e a temperatura. As válvulas de desligamento de emergência (ESD) podem fechar rapidamente quando condições inseguras são detectadas, como rupturas de pipeline ou pressão anormal, para impedir o vazamento de substâncias de alto valor e perigosos, evitando assim a poluição ambiental e os principais acidentes de segurança. Em aplicações de queimador em refinarias e plantas químicas, as válvulas de gás combustível geralmente requerem funcionalidade "fechada de falhas" para garantir que o suprimento de combustível seja imediatamente cortado no caso de uma interrupção de energia ou perda de sinal, impedindo incêndios e explosões. Os padrões do setor normalmente exigem a instalação de duas válvulas de desligamento diretamente conectadas para fornecer proteção redundante.

A temperatura precisa e o controle de pressão são críticos em reatores químicos. Por exemplo, as válvulas de água de resfriamento são frequentemente projetadas como "falhas-abertas" para garantir que a água de resfriamento continue a fluir no caso de uma falha no sistema de refrigeração, impedindo a temperatura do reator e possíveis explosões. As válvulas de alimentação são frequentemente projetadas como "fechadas de falhas" para cortar imediatamente o fornecimento de material no caso de uma reação em fuga.

As indústrias químicas e farmacêuticas freqüentemente lidam com a mídia corrosiva, inflamável, explosiva ou tóxica. O projeto à prova de falhas das válvulas de controle garante que a mídia perigosa possa ser isolada com segurança ou direcionada a uma área segura no caso de um vazamento, pressão anormal ou falha do sistema. Por exemplo, as válvulas de controle usadas para meios de alta viscosidade requerem um design especial para evitar a adesão média que causa a aderência da válvula, o que pode prejudicar a operação à prova de falhas. Na produção farmacêutica, o controle preciso do fluxo e a capacidade de desligamento de emergência são críticos para a qualidade do produto e a segurança da produção. As características à prova de falhas das válvulas de controle garantem precisão e repetibilidade em processos como mistura, controle da condição de reação e enchimento do produto.

Nas estações de tratamento de água, barragens e redes de irrigação, as válvulas de controle são usadas para regular o fluxo de água, pressão e nível de líquido. As válvulas à prova de falhas garantem que, no caso de anormalidades no sistema de abastecimento de água, eles possam impedir o consumo excessivo, a distribuição do fluxo de equilíbrio ou evitar inundações em emergências. Por exemplo, no projeto de oleoduto de abastecimento de água da Harbin Mudanshan, as válvulas de pistão Vag DN1600 foram instaladas para controlar a pressão e o fluxo da água e compensar as diferenças de pressão de altitude.

Nas usinas de energia, as válvulas de controle são usadas para regular processos críticos, como fluxo de vapor, água de resfriamento e suprimento de combustível. As válvulas de controle nos sistemas de resfriamento são normalmente projetadas como "falhas-abertas" para garantir o fluxo de água de resfriamento contínuo em caso de falha da bomba ou bloqueio da tubulação, impedindo o superaquecimento do equipamento. Os atuadores hidráulicos, com sua alta saída de torque e capacidade de resposta rápida, são comumente usados ​​para operar válvulas grandes, de serviço pesado ou de alta pressão, como em usinas hidrelétricas e tubulações de gasolina.

As características do setor determinam o foco das estratégias à prova de falhas. Embora os princípios fundamentais da segura de falhas sejam universais, diferentes indústrias têm diferenças significativas em seus requisitos e prioridades para a segura de falhas. Por exemplo, a indústria de petróleo e gás prioriza a explosão e a prevenção de vazamentos, de modo que as válvulas FC e os sistemas de fechamento redundantes são essenciais; A indústria de tratamento de água pode priorizar a continuidade do abastecimento de água e a prevenção de inundações; portanto, as válvulas FO e as válvulas de controle de fluxo são mais importantes. Essa variabilidade exige que os fornecedores da válvula de controle possuam compreensão técnica entre indústrias e recursos de solução personalizados. Isso significa que a venda e a aplicação das válvulas de controle não são uma abordagem de tamanho único, mas exigem uma compreensão profunda dos antecedentes do setor do cliente e dos requisitos específicos do processo. Como fornecedora de soluções de controle profissional, a Xiangjing Company deve enfatizar sua extensa experiência e recursos personalizados em vários setores industriais para fornecer aos clientes soluções personalizadas seguras de falhas, aumentando assim sua competitividade no mercado.

A Xiangjing Company, site oficial, como uma empresa líder na indústria de válvulas de controle, sempre aderiu à filosofia de "Segurança Primeiro, orientada por inovação", dedicada a fornecer aos clientes industriais globais produtos excelentes de válvula de controle e soluções abrangentes para falhas.

A Xiangjing Company está profundamente envolvida na indústria de válvulas de controle há muitos anos, com uma equipe profissional composta por engenheiros experientes, pessoal de P&D e especialistas do setor. A empresa se concentra no design, fabricação, teste e aplicação de válvulas de controle, acumulando profundo conhecimento técnico e extensa experiência prática. A Xiangjing Company entende o papel crítico das válvulas de controle na fabricação moderna e as vê como um componente essencial para aumentar as capacidades de eficiência, segurança, lucratividade e proteção ambiental.

A Xiangjing Company oferece uma gama abrangente de produtos de válvula de controle, incluindo vários corpos de válvulas, internos de válvulas, atuadores e acessórios de válvula, para atender às diversas necessidades de aplicações industriais. Os produtos da empresa incorporam princípios de design à prova de falhas desde o início:

• Atuadores diversificados: a Xiangjing Company fornece atuadores pneumáticos, elétricos e hidráulicos de alto desempenho e oferece várias opções à prova de falhas, como retorno de mola embutido, fonte de alimentação de backup ou bloqueio hidráulico, adaptado a diferentes cenários de aplicação, que garanta que as válvulas possam movimentar de forma ladra para as posições seguras pré-definidas nos eventos.
• Posicionadores de válvulas inteligentes: a Xiangjing Company fornece posicionadores avançados de válvulas digitais/inteligentes que não apenas garantem o controle preciso das válvulas de controle, mas também integram funções de diagnóstico abrangentes para monitorar a saúde da válvula em tempo real, como detectar a aderência da válvula, vazamento ou desgaste de embalagem. Isso permite que os clientes implementem manutenção preditiva, abordando possíveis problemas antes de aumentarem, aumentando significativamente a confiabilidade à prova de falhas do sistema.
• Interna de válvula personalizada: para condições de operação especiais, como alta temperatura, baixa temperatura, mídia corrosiva e de alta viscosidade, a Xiangjing Company fornece design interno de válvula personalizado e seleção de material. Por exemplo, as válvulas de controle rotativas da porta V têm vantagens significativas no manuseio de sólidos, garantindo que as válvulas de controle mantenham o desempenho estável e a operação confiável à prova de falhas, mesmo em ambientes severos.

As vantagens tecnológicas à prova de falhas da Xiangjing Company são refletidas em:

• Conformidade com os padrões internacionais de segurança: alguns dos produtos e soluções da válvula de controle da Xiangjing Company podem atender aos padrões internacionais de segurança (como a certificação IEC 61508 SIL), atendendo aos altos requisitos de segurança funcional dos clientes.
• Serviços completos do ciclo de vida: a empresa não apenas fornece produtos de válvula de controle de alta qualidade, mas também oferece serviços completos de ciclo de vida, desde consultoria de seleção, design de soluções, instalação e comissionamento até manutenção pós-instalação e diagnóstico de falhas. A equipe especialista da Xiangjing Company pode fornecer conselhos profissionais sobre soluções de seleção de modo e sistema de modo de falhas com base nos requisitos de processo específicos dos clientes e nas avaliações de risco.
• Confiabilidade e vida útil longa: os produtos da Xiangjing Company são conhecidos por seus processos de fabricação excepcionais e controle de qualidade estrita, garantindo alta confiabilidade e vida útil longa sob várias condições operacionais severas, reduzindo assim os custos