А.С.Плешков Совмещение запорной и регулирующей функции ТПА с пневмоприводом.
От редакции:
Пневматический привод ТПА широко применяется в системах управления ТПА, особенно велика частота применения пневмоприводов в системах противоаварийной защиты. Требования систем безопасности, такие как быстродействие, резервирование, предопределенное положение привода и арматуры, сделали пневмоприводы ТПА, по сути, безальтернативными для применения в определенных технологических процессах.
Пневматический привод ТПА широко применяется в системах управления ТПА, особенно велика частота применения пневмоприводов в системах противоаварийной защиты. Требования систем безопасности, такие как быстродействие, резервирование, предопределенное положение привода и арматуры, сделали пневмоприводы ТПА, по сути, безальтернативными для применения в определенных технологических процессах.
Также на потенциально опасных производственных объектах ряд единиц ТПА применяется на определенных технологических линиях, в которых требуется совмещение функций арматуры.
В штатном режиме единица ТПА выполняет функции регулирования расхода рабочей среды. При аварии и выходе технологической установки из штатного режима работы функция ТПА меняется на запорную. Привод арматуры от сигнала АСУ должен перевести ЗЭл в крайнее, заранее предопределенное технологией положение «открыто» или «закрыто».
Для пневмоприводов данное совмещение функции является стандартной инженерной задачей. По сути, любой функциональный алгоритм работы ТПА с пневмоприводом решается за счет комбинаторики пневматических элементов управления пневмоприводом.
В данной статье автор рассмотрит одну из самых распространённых пневматических схем управления пневматическим приводом ТПА, позволяющую совместить запорную и регулирующую функцию в ТПА.
Запорная функция или функция безопасности пневматического привода или пневматического цилиндра ТПА является аварийной. При штатной работе арматуры не используется и активируется только в случае выхода процесса в режим аварии. Функция заключается в переводе ЗЭл арматуры в заранее предопределенное положение. Это конструктивно реализуется за счет пневмопривода одностороннего действия (пневмопривод с пружинным возвратом) или пневмопривода двухстороннего действия и внешнего источника сжатого воздуха (пневматический ресивер), независимого от штатного источника воздуха КИП. Основная идея применения пневмопривода ОД заключается именно в конструктивной реализации функции безопасности непосредственно за счет привода, т. е. в случае отсутствия сжатого воздуха пневмопривод с помощью установленных в одну из полостей возвратных пружин переведет ЗЭл в положение «открыто» или «закрыто». Соответственно, при поступлении сигнала ПАЗ (противоаварийной защиты) на элемент пневматической системы управления пневмоприводом ТПА (чаще всего этот элемент – электропневмораспределитель) происходит отсечка беспружинной полости пневмопривода от источника сжатого воздуха КИП, и под действием пружин привод переводит арматуру в крайнее положение (рис. 1).
В штатном технологическом режиме эксплуатации арматура работает в регулирующем режиме, а пневмопривод управляется от позиционера и позиционирует РЭл в промежуточных положениях в зависимости от задающего сигнала АСУ ТП. В данной пневматической системе управления распределитель не задействован (рис. 2).
Также довольно часто применяется несколько модернизированный вариант данной системы управления. Вместо одного распределителя в пневматическую систему управления вводятся два распределителя. Один из них выполняет основную функцию, второй – резервный. При неисправности любого из распределителей второй (исправный) продублирует основной и при поступлении (или пропаже) сигнала ПАЗ выполнит функцию отсечки воздуха КИП от беспружинной полости пневмопривода. Функция безопасности ТПА будет выполнена (рис. 3).
Для пневмоприводов данное совмещение функции является стандартной инженерной задачей. По сути, любой функциональный алгоритм работы ТПА с пневмоприводом решается за счет комбинаторики пневматических элементов управления пневмоприводом.
В данной статье автор рассмотрит одну из самых распространённых пневматических схем управления пневматическим приводом ТПА, позволяющую совместить запорную и регулирующую функцию в ТПА.
Запорная функция или функция безопасности пневматического привода или пневматического цилиндра ТПА является аварийной. При штатной работе арматуры не используется и активируется только в случае выхода процесса в режим аварии. Функция заключается в переводе ЗЭл арматуры в заранее предопределенное положение. Это конструктивно реализуется за счет пневмопривода одностороннего действия (пневмопривод с пружинным возвратом) или пневмопривода двухстороннего действия и внешнего источника сжатого воздуха (пневматический ресивер), независимого от штатного источника воздуха КИП. Основная идея применения пневмопривода ОД заключается именно в конструктивной реализации функции безопасности непосредственно за счет привода, т. е. в случае отсутствия сжатого воздуха пневмопривод с помощью установленных в одну из полостей возвратных пружин переведет ЗЭл в положение «открыто» или «закрыто». Соответственно, при поступлении сигнала ПАЗ (противоаварийной защиты) на элемент пневматической системы управления пневмоприводом ТПА (чаще всего этот элемент – электропневмораспределитель) происходит отсечка беспружинной полости пневмопривода от источника сжатого воздуха КИП, и под действием пружин привод переводит арматуру в крайнее положение (рис. 1).
В штатном технологическом режиме эксплуатации арматура работает в регулирующем режиме, а пневмопривод управляется от позиционера и позиционирует РЭл в промежуточных положениях в зависимости от задающего сигнала АСУ ТП. В данной пневматической системе управления распределитель не задействован (рис. 2).
Также довольно часто применяется несколько модернизированный вариант данной системы управления. Вместо одного распределителя в пневматическую систему управления вводятся два распределителя. Один из них выполняет основную функцию, второй – резервный. При неисправности любого из распределителей второй (исправный) продублирует основной и при поступлении (или пропаже) сигнала ПАЗ выполнит функцию отсечки воздуха КИП от беспружинной полости пневмопривода. Функция безопасности ТПА будет выполнена (рис. 3).
Также хотелось бы отметить, что пневмопривод отличается от электропривода принципиальным конструктивным и функциональным свойством. Это свойство – модульность конструкции и возможность реализовать необходимые функциональные возможности для требования конкретного технологического процесса за счет внешнего навесного оборудования. По сути, пневмопривод – это одна или две изолированные полости. Весь функционал конкретного привода реализуется за счет дополнительных пневмоэлементов и их комбинаторики. Электропривод ТПА в 99 % случаев – законченный механизм с определенным функционалом, т. е. уже при выпуске готового изделия функционал и режим работы электропривода предопределены. Запорная или регулирующая функция, частота включений и продолжительность работы – все это заложено для всего жизненного цикла электропривода. Модернизация или изменение функционала электропривода при эксплуатации, по сути, невозможны или экономически нецелесообразны.
В свою очередь за счет внешних пневматических элементов и их комбинаторики пневмопривод можно перевести из запорного в регулирующий режим, добавить функцию безопасности; за счет изменения в конструкции пневмопривода – переделать из нормально закрытого режима безопасности в нормально открытый режим на любом этапе жизненного цикла (рис. 4).
В свою очередь за счет внешних пневматических элементов и их комбинаторики пневмопривод можно перевести из запорного в регулирующий режим, добавить функцию безопасности; за счет изменения в конструкции пневмопривода – переделать из нормально закрытого режима безопасности в нормально открытый режим на любом этапе жизненного цикла (рис. 4).
Именно данное свойство натолкнуло автора на мысль о своеобразном определении терминов «привод» или «исполнительный механизм» относительно пневматического типа управления для ТПА.
В ГОСТ 24856-2014 приведены определения терминов «привод» и «исполнительный механизм»:
«11.1 привод: Устройство для управления арматурой, предназначенное для перемещения запирающего элемента, а также для создания, в случае необходимости, усилия для обеспечения требуемой герметичности затвора
Примечание. В зависимости от потребляемой энергии привод может быть ручным, электрическим, электромагнитным, гидравлическим, пневматическим или их комбинацией.
11.2 исполнительный механизм (Нрк. сервопривод): Устройство для управления арматурой, предназначенное для перемещения регулирующего элемента в соответствии с командной информацией, поступающей от внешнего источника энергии».
Как же тогда по-русски будет звучать термин «pneumaticactuator»? Не может просто пневматический привод (подразумевается изделие без позиционера или распределителя) нести функционал регулирующего или запорного актуатора. Данный функционал определяется не конструкцией пневматического актуатора, а пневматической системой управления пневматическим актуатором.
В ГОСТ 24856-2014 приведены определения терминов «привод» и «исполнительный механизм»:
«11.1 привод: Устройство для управления арматурой, предназначенное для перемещения запирающего элемента, а также для создания, в случае необходимости, усилия для обеспечения требуемой герметичности затвора
Примечание. В зависимости от потребляемой энергии привод может быть ручным, электрическим, электромагнитным, гидравлическим, пневматическим или их комбинацией.
11.2 исполнительный механизм (Нрк. сервопривод): Устройство для управления арматурой, предназначенное для перемещения регулирующего элемента в соответствии с командной информацией, поступающей от внешнего источника энергии».
Как же тогда по-русски будет звучать термин «pneumaticactuator»? Не может просто пневматический привод (подразумевается изделие без позиционера или распределителя) нести функционал регулирующего или запорного актуатора. Данный функционал определяется не конструкцией пневматического актуатора, а пневматической системой управления пневматическим актуатором.
Автор статьи ясно осознает, что в столь сжатом объеме невозможно полностью и всесторонне отразить все существующие на практике аспекты и методы совмещения штатного и аварийного режимов работы ТПА с пневмоприводом, но тем не менее надеется, что данный материал будет полезен специалистам, занятым при проектировании и эксплуатации ТПА с пневматическим приводом.
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 1 (57) 2020