Durante el proceso de selección, a menudo vemos la posición de falla de la válvula, la posición de falla del actuador u otros requisitos de falla en la hoja de datos de ingeniería. Hay muchas formas diferentes de expresarlos y debemos prestar especial atención a lo que representan estos términos porque diferentes diseños contienen configuraciones y diseños de accesorios completamente diferentes. Por ejemplo, una posición de falla del actuador requiere una actuador que puede cumplir diversos requisitos de control, pero no puede diseñarse de forma aislada y debe coincidir con la lógica de procesamiento del sistema; de lo contrario, la acción de la válvula será incorrecta.
Típico 6 Modo de Válvula de control Posición fallida
Por lo general, en los procesos industriales, se requieren los siguientes 6 modos de ubicación de fallas para las válvulas de control.
1. Fallo de apertura (FO)
Hoja de modo FO/FC
| Cuerpo de la válvula | servomotor de la válvula | Acción de la válvula | Modo de fallo |
|---|---|---|---|
| Directo | Directo | Aire para cerrar | Apertura fallida |
| Marcha atrás | Marcha atrás | Aire para cerrar | Apertura fallida |
| Marcha atrás | Directo | Aire para abrir | Error cerrado |
| Directo | Marcha atrás | Aire para abrir | Error cerrado |
"Falla abierta (FO)" significa que el aire se cierra, y la válvula de control normalmente está en una posición abierta, solo cuando se pierde el suministro de aire, el retorno por resorte y el actuador neumático para abrir la válvula. Cuando el aire a un actuador neumático, la conducción para cerrar la válvula. Aprenda de la hoja de modo FO/FC, podemos saber que FO se construye combinando un actuador y un cuerpo de acción inversa, o un actuador y un cuerpo de válvula de acción directa.
2. Error cerrado (FC)
"Falla cerrada (FC)" significa aire para abrir, y la válvula de control normalmente está en una posición cerrada, solo cuando se pierde el suministro de aire, el retorno por resorte y el actuador neumático para cerrar la válvula. Cuando el aire a un actuador neumático, la conducción para abrir la válvula. Aprenda de la hoja de modo FO/FC, podemos saber que FC se construye combinando un cuerpo de válvula de acción directa y un actuador de acción inversa o un cuerpo de válvula de acción inversa y un actuador de acción directa.
3. Fallo bloqueado (FL)
Hay muchas aplicaciones de válvulas de control industrial que exigen que la válvula permanezca en su última posición establecida como condición de falla. Esto a menudo se denomina "falla en la última posición", "falla congelada", "falla bloqueada" o "falla en el lugar". Estos términos son intercambiables, pero para evitar conflictos con las expresiones FL/DC o FL/DO, generalmente usamos Fail Locked para expresar que la válvula está en la posición congelada en el momento de la falla, es decir, la válvula está bloqueada en la última posición. .
"Falla bloqueada" significa que cuando la válvula de control pierde potencia, el vástago de la válvula permanece en la última posición Y debe estar asegurado en su última posición.
Cuando una válvula de control se usa integralmente con un posicionador como una unidad completa, debemos entender que hay dos modos de falla separados del posicionador.
una. Pérdida de señal
La pérdida de señal significa que la señal del sistema de control que proporciona el punto de ajuste se interrumpe, es decir, el posicionador no puede recibir la fuente de señal del sistema de control central, como una señal analógica de 4-20 mA, 3-15 PSI.
Esto se logra mediante el uso de posicionadores configurados con un módulo I/P que está específicamente diseñado para mantener la presión de aire en el actuador cuando el voltaje de la señal cae por debajo del mínimo requerido para operar el I/P. Esto se puede encontrar en el rango de 9 a 12 VDC. Cuando se pierde la señal, la válvula no se desplazará y se mantendrá en el punto de referencia o cerca de él. El posicionador reanudará el funcionamiento normal cuando la señal vuelva a ser normal.
Un posicionador de falla congelada o I/P no se puede convertir de falla congelada a falla segura y viceversa. Por lo tanto, debemos comprar el posicionador correcto para la aplicación existente.
b. Pérdida de suministro de aire
La pérdida de suministro de aire significa que el suministro de aire del instrumento que acciona el actuador neumático está interrumpido, es decir, el actuador neumático no tiene aire comprimido para impulsarlo a actuar.
Los dos modos anteriores deben considerarse condiciones independientes. Para falla bloqueada, debemos entender completamente qué modo de falla requiere el usuario final. ¿Se requiere falla bloqueada por pérdida de señal o pérdida de suministro de aire del posicionador de válvula? ¿o ambos? Diferentes requisitos requieren diferentes posicionadores u otros diseños de accesorios para trabajar.
Esta es una condición de falla que muchos ingenieros malinterpretan. En general, se supone que esto se puede lograr utilizando un actuador de doble efecto. Si bien esto puede aplicarse a las válvulas de control de apertura/cierre, las válvulas de control que usan posicionadores funcionan de manera diferente. Podemos analizar esto en función de las diferentes formas de pérdida de aire.
Pérdida repentina de aire
Una falla repentina de la presión de aire porque la línea de aire del instrumento se rompe cerca de la válvula de control y el aire es expulsado rápidamente de la combinación de posicionador/actuador.
En este modo de falla, la válvula puede permanecer en o cerca del punto de ajuste. Las fuerzas del proceso, el tipo de válvula y actuador, y la tasa de pérdida de aire afectarán en gran medida la posición real de la válvula después de que se pierda la señal. En estas condiciones, es probable que la posición de la válvula se desvíe.
Pérdida de aire lenta
La presión de aire que cae lentamente, posiblemente debido a un compresor disparado, hará que la válvula se desvíe porque la presión de aire está cayendo lentamente y el actuador no tiene la fuerza para mantener la válvula en su lugar. Las presiones en ambos lados del actuador ya no están equilibradas y la válvula se verá forzada a cerrarse porque el posicionador no puede mantener el equilibrio de presión. En este caso, la válvula se desviará absolutamente.
La única forma de proporcionar FAIL LAST de manera confiable en caso de pérdida de suministro de aire es usar una válvula de bloqueo de aire entre el posicionador y el actuador para lograrlo. Esta válvula tiene un puerto de detección que está conectado al suministro de aire del instrumento, no lejos de la válvula. También hay un punto de ajuste ajustable. Al ajustar el punto de ajuste a aproximadamente un 10 % por debajo de la presión del aire de suministro, la válvula de bloqueo cambiará para retener el aire en el actuador cuando la presión del aire de suministro caiga por debajo del punto de ajuste. Con la válvula bloqueada, la válvula no se desviará.
Cuando se restablece la presión de aire, la válvula bloqueada cambiará automáticamente para restablecer el suministro de aire al actuador. No se requiere la intervención del operador.
4. Falla indeterminada
Cuando se pierde la señal o se pierde la energía o el aire, el diseño del PID aún no ha determinado la posición de la falla de la válvula.
5. Última falla/Deriva abierta (FL/DO)
“Fail last” significa que cuando una válvula de control pierde potencia, el vástago de la válvula permanece en la última posición.
En el caso de "falla en último lugar" (falla en última posición), la fuerza del flujo eventualmente empuja el obturador de la válvula a la posición completamente abierta o completamente cerrada. Por lo tanto, para FL (Fail Last Position) necesitamos mencionar la posición final del vástago y el obturador de la válvula de control, indicando la posición del obturador después de haber sido "desviado" por la fuerza del flujo. FL/DO significa fallar en último lugar y abrirse a la deriva.
6. Última falla/deriva cerrada (FL/DC)
FL/DC significa fallar en último lugar y cerrarse a la deriva, y solicita una válvula de control con "última posición de falla" como su condición a prueba de fallas.
Este diseño suele utilizar un actuador neumático de cilindro/pistón de doble acción con resorte. Quizás se pregunte por qué no usar un actuador neumático de simple efecto con una válvula de bloqueo para lograrlo. Debido a que el actuador de acción simple no es un circuito de circuito cerrado, el retorno por resorte descargará directamente la fuente de aire a la atmósfera y mantendrá la válvula en la última posición confiando completamente en la función de la válvula de retención para lograr el bloqueo de la válvula. fuente de aire, la válvula de retención tiene un cierto límite de tiempo, no siempre puede mantener la cantidad de fuente de aire sin fugas, por lo que no puede garantizar que la válvula haya estado en la última posición de falla.
El doble efecto es un circuito de circuito cerrado, también con un resorte en el interior, y el control es impulsado por la fuente de aire, el resorte solo juega un papel secundario y solo funciona en caso de falla. Lo importante es que el diseño FL/DC o FL/DO de doble acción proporciona una mayor fuerza impulsora durante el retorno por resorte, y el gran empuje acelera la acción de la válvula, reduciendo así el tiempo de recorrido.
Normalmente podemos tener este requisito de diseño de posición de seguridad en válvulas de control en plantas nucleares. plantas de energía, que requieren no sólo un actuador más pequeño sino también un cierto nivel de resistencia sísmica. El costo de los accesorios para este requisito de diseño es relativamente alto y el diseño del circuito también es relativamente más complejo.
Cómo seleccionar el modo de falla de la válvula de control adecuado
Anteriormente hemos aprendido los 6 modos de falla principales de las válvulas de control, y todos sabemos que una excelente ingeniería de seguridad requiere que los factores de riesgo del proceso determinen el modo de falla de la válvula apropiado, no las convenciones o hábitos del sistema de control.
Por ejemplo, las válvulas de control de aire para abrir generalmente están cerradas en su estado normal, lo que significa que es más seguro usar una válvula que "falla al cerrarse" que usar una válvula que "falla al abrirse" en este proceso. Si el proceso es más seguro usando una válvula de “falla abierta”, necesitamos seleccionar la válvula de control de aire para cerrar (FO).
Entonces, en el modo de falla de válvula de control seleccionado, necesitamos combinar la base de todas las acciones de instrumentación en el lazo de control crítico, luego determinar el modo de falla más seguro para el proceso.
La selección o configuración de las acciones de instrumentación correspondientes hace que la válvula de control se mueva continuamente a la posición más segura.
Estudio de caso: sistema de enfriamiento automático para motor de generación
Por ejemplo, tome este estudio de caso de un sistema de enfriamiento automático para un gran motor de generación de energía.
Del dibujo de ingeniería de diseño, podemos saber que una válvula cerrada es más dañina para el motor que una válvula abierta. Esto se debe a que si la válvula está cerrada, el motor definitivamente se sobrecalentará debido a la falta de refrigeración.
Si la falla está abierta, el motor simplemente está más frío de lo diseñado y la única consecuencia negativa es una disminución de la eficiencia. Con esto en mente, la única opción razonable para una válvula de control es una válvula de control de falla abierta (aire para cerrar).
Sin embargo, en todo el sistema, debemos considerar no solo el diseño de fallas de la válvula de control, sino también observar las acciones de otros instrumentos, y en este sistema, debemos considerar cómo combinar transmisores de temperatura, controladores y yo. Sensores /P para máxima eficacia.
En cualquier caso, primero debemos asegurarnos de que la válvula esté completamente abierta en la posición a prueba de fallas, independientemente de la falla de la fuente de gas o de la ocurrencia de una falla en la señal de entrada.
La función del sensor I/P es convertir la señal de corriente de 4-20 mA en la presión de aire correspondiente que puede usar el actuador de la válvula.
Como sabemos que el modo de falla de la válvula se basa en la pérdida de la presión del aire de actuación, queremos que la I/P esté configurada de tal manera que produzca una presión mínima en caso de una falla de la señal eléctrica en su 4-20 Cableado de señal de entrada de mA.
El resultado de un cortocircuito en el cableado o una falla de circuito abierto es 0 mA en las terminales de entrada del I/P. Por lo tanto, el sensor I/P debe configurarse para que la señal de entrada de 4 a 20 mA produzca una presión de salida de 3 a 15 PSI, respectivamente, es decir, la corriente de entrada mínima produce la presión de salida mínima.
El siguiente instrumento en el ciclo es el controlador. Aquí, esperamos que la falla más probable de la señal de entrada resulte en una señal de salida mínima, por lo que la válvula (nuevamente) volverá por defecto a la posición "a prueba de fallas".
Por lo tanto, debemos configurar el controlador para que actúe directamente, como hicimos con el sensor I/P (es decir, un cable roto o una pérdida de conexión en el circuito de entrada da como resultado una señal PV reducida y una señal de salida reducida).
Finalmente, llegamos al último instrumento en el lazo de control: el transmisor de temperatura. Como ocurre con la mayoría de los instrumentos, tenemos la opción de configurarlo para acción directa o inversa. La acción directa significa un motor más caliente = más salida de mA, mientras que la inversa significa un motor más caliente = menos salida de mA, entonces, ¿cómo elegimos?
Aquí, nuestra elección debe ser tal que el efecto general del sistema de control sea una retroalimentación negativa. En otras palabras, necesitamos configurar el transmisor para que un motor más caliente provoque un aumento en el flujo de refrigerante (la válvula de control se abre más).
Como sabemos que el resto del sistema ha sido diseñado para que la señal mínima en cualquier lugar tienda a llevar la válvula a su modo de seguridad (totalmente abierta), tenemos que elegir un emisor que actúe a la inversa, para que un motor más caliente hace que la señal de miliamperios del emisor disminuya.
Si el transmisor tiene un interruptor para el modo de "quemado" del sensor, debemos cambiar este interruptor a la posición de quemado de escala baja, de modo que un sensor quemado resulte en una salida de 4 mA (el extremo inferior de los 4- escala de 20 mA), que lleva la válvula a su posición más segura (completamente abierta).
Esta configuración (aire para cerrar la válvula de control y el transmisor de acción inversa) puede parecer extraña y contraria a la intuición, pero es el diseño más seguro para este sistema de enfriamiento del motor.
Llegamos a esta configuración de instrumentación "extraña" seleccionando primero el modo de falla de válvula de control más seguro y luego seleccionando la acción de instrumentación de tal manera que la falla de ruta de señal más probable en cualquier parte del sistema daría como resultado la misma respuesta de válvula consistente.
No hace falta decir, por supuesto, que proporcionar documentación precisa en forma de diagrama de anillo con una indicación clara de las acciones de instrumentación es una parte absolutamente esencial del sistema general.
Si la seguridad de un sistema de control depende del uso de cualquier configuración de instrumento "no estándar", entonces es mejor que estas configuraciones estén documentadas para que aquellos que mantienen el sistema en el futuro sepan qué hacer.
Otro detalle importante de este sistema es configurar el controlador para que la visualización de la señal de salida del operador aún se registre de manera intuitiva: 0 % representa una válvula de control cerrada, mientras que 100 % todavía representa una válvula completamente abierta.
Dado que la válvula es aire para cerrar (señal de cierre desde el punto de vista del controlador), esto significa que el controlador debe configurarse para indicar lo contrario en la pantalla de salida, de modo que una salida de 4 mA (una válvula completamente abierta) se lea como 100 % abierta, mientras que una salida de 20 mA (una válvula completamente cerrada) se lee como 0 %.
Si bien esto puede ser confuso para el técnico que repara el controlador, lo que es más importante, tiene sentido intuitivo para lo que hace el operador que usa el controlador todos los días.
En resumen
El diseño en el control de procesos industriales se actualiza constantemente, y las válvulas de control y los sistemas de instrumentación deben actualizarse para que coincidan con la iteración de la automatización. THINKTANKComo fabricante confiable de válvulas de control de Taiwán, esperamos compartir más experiencia con nuestros clientes, si tiene alguna duda, no dude en contactarnos.
