Au cours du processus de sélection, nous voyons souvent la position de défaillance de la vanne, la position de défaillance de l'actionneur ou d'autres exigences de défaillance dans la fiche technique. Il existe de nombreuses façons différentes de les exprimer, et nous devons porter une attention particulière à ce que ces termes représentent, car différentes conceptions contiennent des configurations et des dispositions d'accessoires complètement différentes. Par exemple, une position de défaillance de l'actionneur nécessite un actuateur qui peut répondre à diverses exigences de contrôle, mais ne peut pas être conçu de manière isolée et doit correspondre à la logique de traitement du système, sinon l'action de la vanne sera incorrecte.
Typique 6 Mode de Soupape de commande Position d'échec
Typiquement dans les processus industriels, les 6 modes de localisation de défaut suivants sont requis pour les vannes de régulation.
1. Défaut d'ouverture (FO)
Feuille de mode FO/FC
| Corps de soupape | Actionneur de vanne | Action de la vanne | Mode de défaillance |
|---|---|---|---|
| direct et gratuit | direct et gratuit | Air pour fermer | Échec d'ouverture |
| Inverser | Inverser | Air pour fermer | Échec d'ouverture |
| Inverser | direct et gratuit | Air pour ouvrir | Échec Fermé |
| direct et gratuit | Inverser | Air pour ouvrir | Échec Fermé |
"Échec d'ouverture (FO)" signifie que l'air doit se fermer, et la vanne de régulation est normalement en position ouverte, uniquement en cas de perte d'alimentation en air, de retour par ressort et d'actionneur pneumatique pour ouvrir la vanne. Lorsque l'air à un actionneur pneumatique, la conduite pour fermer la vanne. Apprenez de la feuille de mode FO/FC, nous pouvons savoir que FO est construit en combinant à la fois un corps et un actionneur à action inverse, ou un corps de vanne et un actionneur à action directe.
2. Échec fermé (FC)
"Échec fermé (FC)" signifie que l'air doit s'ouvrir et que la vanne de régulation est normalement en position fermée, uniquement en cas de perte d'alimentation en air, de retour par ressort et d'actionneur pneumatique pour fermer la vanne. Lorsque l'air à un actionneur pneumatique, la conduite pour ouvrir la vanne. Apprenez de la feuille de mode FO/FC, nous pouvons savoir que FC est construit en combinant un corps de vanne à action directe et un actionneur à action inverse ou un corps de vanne à action inverse et un actionneur à action directe.
3. Échec verrouillé (FL)
Il existe de nombreuses applications de vannes de régulation industrielles qui exigent que la vanne reste à sa dernière position définie en tant que condition de défaut. Ceci est souvent appelé "Fail Last Position", "Frozen Fault", "Fail Locked" ou "Fault in Place". Ces termes sont interchangeables, mais pour éviter tout conflit avec les expressions FL/DC ou FL/DO, nous utilisons principalement Fail Locked pour exprimer que la vanne est en position gelée au moment de la panne, c'est-à-dire que la vanne est verrouillée dans la dernière position .
"Échec verrouillé" signifie que lorsque la vanne de régulation perd de l'alimentation, la tige de la vanne reste dans la dernière position ET il doit être fixé dans sa dernière position.
Lorsqu'une vanne de régulation est utilisée en tant qu'unité complète avec un positionneur, nous devons comprendre qu'il existe deux modes de défaillance distincts du positionneur.
un. Perte de signal
La perte de signal signifie que le signal du système de contrôle fournissant le point de consigne est interrompu, c'est-à-dire que le positionneur ne peut pas recevoir la source de signal du système de contrôle central, tel qu'un signal analogique 4-20mA, 3-15PSI.
Ceci est accompli en utilisant des positionneurs configurés avec un module I/P spécialement conçu pour maintenir la pression d'air dans l'actionneur lorsque la tension du signal tombe en dessous du minimum requis pour faire fonctionner l'I/P. Cela peut être trouvé dans la plage de 9 à 12 VDC. Lorsque le signal est perdu, la vanne ne dérivera pas et sera maintenue à ou près du point de consigne. Le positionneur reprendra son fonctionnement normal lorsque le signal redeviendra normal.
Un positionneur de gel de panne ou un I/P ne peut pas être converti de gel de panne en sécurité de panne et vice versa. Nous devons donc acheter le bon positionneur pour l'application existante.
b. Perte d'alimentation en air
La perte d'alimentation en air signifie que l'alimentation en air de l'instrument qui alimente l'actionneur pneumatique est interrompue, c'est-à-dire que l'actionneur pneumatique n'a pas d'air comprimé pour le faire agir.
Les deux modes ci-dessus doivent être considérés comme des conditions indépendantes. Pour une défaillance verrouillée, nous devons comprendre parfaitement quel mode de défaillance est requis par l'utilisateur final. Est-il nécessaire de verrouiller une défaillance pour perte de signal ou perte d'alimentation en air du positionneur de vanne ? ou les deux? Différentes exigences nécessitent différents positionneurs ou d'autres conceptions d'accessoires avec lesquels travailler.
Il s'agit d'une condition de défaillance qui est mal comprise par de nombreux ingénieurs. On suppose généralement que cela peut être réalisé à l'aide d'un actionneur à double effet. Bien que cela puisse s'appliquer aux vannes de régulation d'ouverture/fermeture, les vannes de régulation utilisant des positionneurs fonctionnent différemment. Nous pouvons analyser cela en fonction des différentes manières de perte d'air.
Perte d'air soudaine
Une perte soudaine de pression d'air car la conduite d'air de l'instrument se rompt près de la vanne de régulation et l'air est rapidement expulsé de la combinaison positionneur/actionneur.
Dans ce mode de défaillance, la vanne peut rester à ou près du point de consigne. Les forces du procédé, le type de vanne et d'actionneur et le taux de perte d'air affecteront considérablement la position réelle de la vanne après la perte du signal. Dans ces conditions, la position de la vanne est susceptible de dériver.
Perte d'air lente
Une baisse lente de la pression d'air, peut-être due à un compresseur déclenché, entraînera la dérive de la vanne car la pression d'air baisse lentement et l'actionneur n'a pas la force de maintenir la vanne en place. Les pressions des deux côtés de l'actionneur ne sont plus équilibrées et la vanne sera forcée de se fermer car le positionneur ne peut pas maintenir l'équilibre des pressions. Dans ce cas, la vanne dérivera absolument.
La seule façon de fournir de manière fiable FAIL LAST en cas de perte d'alimentation en air est d'utiliser une vanne de verrouillage d'air entre le positionneur et l'actionneur pour y parvenir. Cette valve a un orifice de détection qui est connecté à l'alimentation en air de l'instrument, non loin de la valve. Il y a aussi un point de consigne réglable. En ajustant le point de consigne à environ 10 % en dessous de la pression d'air d'alimentation, la vanne de verrouillage se déplacera pour retenir l'air dans l'actionneur lorsque la pression d'air d'alimentation tombe en dessous du point de consigne. Avec la vanne verrouillée, la vanne ne dérivera pas.
Lorsque la pression d'air est rétablie, la vanne verrouillée se déplacera automatiquement pour rétablir l'alimentation en air de l'actionneur. Aucune intervention de l'opérateur n'est requise.
4. Échec indéterminé
Lorsque le signal est perdu ou que l'alimentation ou l'air est perdu, la conception du PID n'a pas encore déterminé la position de la défaillance de la vanne.
5. Échec dernier/dérive ouverte (FL/DO)
"Échec en dernier" signifie qu'en cas de perte de puissance d'une vanne de régulation, la tige de la vanne reste dans la dernière position.
Dans le cas de « fail last » (fail last position), la force de l'écoulement finit par pousser le clapet de la vanne en position complètement ouverte ou en position complètement fermée. Ainsi, pour FL (Fail Last Position), nous devons mentionner la position finale de la tige et du clapet de la vanne de régulation, indiquant la position du clapet après qu'il ait été "dérivé" par la force de l'écoulement. FL/DO signifie échec en dernier et dérive ouverte.
6. Dernier échec/dérive fermée (FL/DC)
FL/DC signifie échec en dernier et dérive fermée, et il demande une vanne de régulation avec « échec en dernière position » comme condition de sécurité intégrée.
Cette conception utilise généralement un actionneur pneumatique à double effet avec vérin/piston à ressort. Vous vous demandez peut-être pourquoi ne pas utiliser un actionneur pneumatique à simple effet avec une vanne de verrouillage pour y parvenir ? Étant donné que l'actionneur à simple effet n'est pas un circuit en boucle fermée, le ressort de rappel déchargera directement la source d'air dans l'atmosphère et maintiendra la vanne dans la dernière position en s'appuyant entièrement sur la fonction de la vanne de maintien pour obtenir le verrouillage de la source d'air, la vanne de maintien a une certaine limite de temps, ne peut pas toujours garder la quantité de source d'air ne fuit pas, elle ne peut donc pas garantir que la vanne a été dans la dernière position de défaut.
Le double effet est un circuit en boucle fermée, également avec un ressort à l'intérieur, et la commande est pilotée par la source d'air, le ressort ne joue qu'un rôle secondaire et ne fonctionne qu'en cas de panne. L'important est que la conception à double effet FL/DC ou FL/DO fournit une plus grande force d'entraînement lors du retour du ressort, et la grande poussée accélère l'action de la vanne, réduisant ainsi le temps de déplacement.
Nous pouvons généralement avoir cette exigence de conception de position de sécurité sur les vannes de régulation dans le nucléaire centrales, qui nécessitent non seulement un actionneur plus petit mais également un certain niveau de résistance sismique. Le coût des accessoires pour cette exigence de conception est relativement élevé et la conception du circuit est également relativement plus complexe.
Comment sélectionner le bon mode de défaillance de la vanne de régulation
Ci-dessus, nous avons appris les 6 principaux modes de défaillance des vannes de régulation, et nous savons tous qu'une excellente ingénierie de sécurité exige que les facteurs de risque du processus déterminent le mode de défaillance de vanne approprié, et non les conventions ou les habitudes du système de contrôle.
Par exemple, les vannes de régulation d'air pour ouvrir sont généralement fermées dans leur état normal, ce qui signifie qu'il est plus sûr d'utiliser une vanne qui "ne se ferme pas" que d'utiliser une vanne qui "ne s'ouvre pas" dans ce processus. Si le processus est plus sûr à l'aide d'une vanne "fail open", nous devons sélectionner la vanne de contrôle de l'air pour fermer (FO).
Ainsi, dans le mode de défaillance de la vanne de contrôle sélectionnée, nous devons combiner la base de toutes les actions d'instrumentation dans la boucle de contrôle critique, puis déterminer le mode de défaillance le plus sûr pour le processus.
La sélection ou la configuration des actions d'instrumentation correspondantes fait en sorte que la vanne de régulation se déplace en permanence vers la position la plus sûre.
Étude de cas - Système de refroidissement automatique pour moteur de génération
Par exemple, prenez cette étude de cas d'un système de refroidissement automatique pour un gros moteur de production d'électricité.
D'après le dessin technique de conception, nous pouvons savoir qu'une soupape fermée est plus nocive pour le moteur qu'une soupape ouverte. En effet, si la soupape est fermée, le moteur va certainement surchauffer en raison d'un manque de refroidissement.
Si le défaut est ouvert, le moteur est simplement plus froid que prévu, et la seule conséquence négative est une diminution de l'efficacité. Dans cet esprit, le seul choix raisonnable pour une vanne de régulation est une vanne de régulation à ouverture par défaut (air pour fermer).
Cependant, dans tout le système, nous devons considérer non seulement la conception des défauts de la vanne de régulation, mais également observer les actions d'autres instruments, et dans ce système, nous devons considérer comment combiner les transmetteurs de température, les contrôleurs et moi Capteurs /P pour une efficacité maximale.
Dans les deux cas, nous devons d'abord nous assurer que la vanne est grande ouverte dans la position de sécurité, indépendamment de la défaillance de la source de gaz ou de l'apparition d'une défaillance du signal d'entrée.
Le rôle du capteur I/P est de convertir le signal de courant 4-20 mA en la pression d'air correspondante que l'actionneur de vanne peut utiliser.
Comme nous savons que le mode de défaillance de la vanne est basé sur la perte de pression d'air d'actionnement, nous voulons que l'I/P soit configuré de manière à ce qu'il délivre une pression minimale en cas de défaillance du signal électrique dans ses 4-20 Câblage du signal d'entrée mA.
Le résultat d'un court-circuit de câblage ou d'un défaut de circuit ouvert est de 0 mA aux bornes d'entrée de l'I/P. Par conséquent, le capteur I/P doit être configuré de sorte que le signal d'entrée de 4 à 20 mA produise une pression de sortie de 3 à 15 PSI, respectivement, c'est-à-dire que le courant d'entrée minimum produit la pression de sortie minimum.
Le prochain instrument du cycle est le contrôleur. Ici, nous nous attendons à ce que la défaillance du signal d'entrée la plus probable se traduise par un signal de sortie minimum, de sorte que la vanne passera (encore) par défaut à la position « sécurité intégrée ».
Par conséquent, nous devons configurer le contrôleur pour qu'il agisse directement, comme nous l'avons fait avec le capteur I/P (c'est-à-dire qu'un fil cassé ou une connexion perdue dans le circuit d'entrée entraîne un signal PV réduit et un signal de sortie réduit).
Enfin, nous arrivons au dernier instrument de la boucle de régulation : le transmetteur de température. Comme avec la plupart des instruments, nous avons la possibilité de le configurer pour une action directe ou inverse. L'action directe signifie un moteur plus chaud = plus de sortie mA, tandis que l'inverse signifie un moteur plus chaud = moins de sortie mA, alors comment choisissons-nous ?
Ici, notre choix doit être tel que l'effet global du système de contrôle soit une rétroaction négative. En d'autres termes, nous devons configurer l'émetteur pour qu'un moteur plus chaud provoque une augmentation du débit de liquide de refroidissement (la soupape de commande s'ouvre plus largement).
Puisque nous savons que le reste du système a été conçu pour que le signal minimum n'importe où tende à conduire la vanne vers son mode de sécurité (grande ouverture), nous devons choisir un émetteur qui agit en sens inverse, de sorte qu'un moteur plus chaud provoque la diminution du signal en milliampères de l'émetteur.
Si l'émetteur a un interrupteur pour le mode de « rodage » du capteur, nous devons basculer ce commutateur sur la position de rodage à basse échelle, de sorte qu'un capteur rodé se traduira par une sortie de 4 mA (l'extrémité basse du 4- échelle 20 mA), qui amène la vanne dans sa position la plus sûre (grande ouverture).
Une telle configuration - air pour fermer la soupape de commande et transmetteur à action inverse - peut sembler étrange et contre-intuitive, mais c'est la conception la plus sûre pour ce système de refroidissement du moteur.
Nous sommes arrivés à cette configuration d'instrumentation "étrange" en sélectionnant d'abord le mode de défaillance de la vanne de régulation le plus sûr, puis en sélectionnant l'action d'instrumentation de telle sorte que la défaillance la plus probable du chemin du signal n'importe où dans le système entraînerait la même réponse cohérente de la vanne.
Il va sans dire, bien sûr, que fournir une documentation précise sous la forme d'un diagramme en anneau avec une indication claire des actions d'instrumentation est une partie absolument essentielle du système global.
Si la sécurité d'un système de contrôle dépend de l'utilisation de configurations d'instruments « non standard », il est préférable de documenter ces configurations afin que ceux qui maintiendront le système à l'avenir sachent quoi faire !
Un autre détail important de ce système est de configurer le contrôleur de manière à ce que l'affichage du signal de sortie par l'opérateur soit toujours enregistré de manière intuitive : 0 % représente une vanne de régulation fermée, tandis que 100 % représente toujours une vanne complètement ouverte.
Étant donné que la vanne est fermée par l'air (fermeture du signal du point de vue du contrôleur), cela signifie que le contrôleur doit être configuré pour indiquer l'inverse sur l'affichage de la sortie, de sorte qu'une sortie de 4 mA (une vanne grande ouverte) se lit comme suit : 100 % ouvert, tandis qu'une sortie de 20 mA (une vanne entièrement fermée) indique 0 %.
Bien que cela puisse être déroutant pour le technicien qui entretient le contrôleur, plus important encore, cela a un sens intuitif pour ce que l'opérateur qui utilise le contrôleur fait tous les jours.
En résumé
La conception du contrôle des processus industriels est constamment mise à niveau et les vannes de contrôle et les systèmes d'instrumentation doivent être mis à niveau pour correspondre à l'itération de l'automatisation. THINKTANK, en tant que fabricant fiable de vannes de régulation à Taiwan, nous espérons partager plus d'expertise avec nos clients, si vous avez des doutes, n'hésitez pas à nous contacter.
