Einrichtung des Gegendruckreglers:Tipps für Techniker von Probenahmesystemen

Einrichtung des Gegendruckreglers:Tipps für Techniker von Probenahmesystemen

Jon Kestner, Produktmanager

Vordruckregler spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des Eingangsdrucks und dem Schutz empfindlicher Geräte in Probenahmesystemen, die in vielen Industrieanlagen eingesetzt werden. Um einen Gegendruckregler richtig zu nutzen, müssen sich die Ingenieure von Probenahmesystemen jedoch vor einigen häufigen Fehlern bei der Konstruktion von Probenahmesystemen in Acht nehmen. Dazu gehören:

• Übersehen der Bedeutung einer vorgeschalteten strömungsbeschränkenden Vorrichtung
• Zu viel Durchfluss durch das Analysegerät zulassen
• Schalten Sie einen Druckminderer in Reihe mit einem Vordruckregler ohne Strömungswiderstand zwischen den beiden Geräten

In diesem Blog-Beitrag werden wir die bewährten Verfahren für die Entwicklung und den Bau eines Probenahmesystems mit einem Gegendruckregler diskutieren und erläutern, wie diese häufigen Konstruktionsfehler vermieden werden können.

Einrichten eines Gegendruckreglers

Im Gegensatz zu Druckminderern regelt ein Vordruckregler den Eingangsdruck (Vordruck) und wird in der Regel am Ende einer Leitung installiert. Ein Druckminderer hingegen regelt den Ausgangsdruck (Hinterdruck) und wird meist am Anfang einer Leitung installiert. Beide Arten von Reglern haben die Aufgabe, die aus dem Systemdruck resultierenden Kräfte mit der Belastungskraft in der Feder auszugleichen, die beim Herstellen des Einstelldrucks entsteht.

Wenn dieses Gleichgewicht aufgrund eines steigenden oder fallenden Außendrucks gestört wird, bewegt sich das Ventil oder der Kegel des Reglers entweder näher an den Sitz heran oder weiter davon weg. Abhängig von der Art der Ventilbewegung kann der Durchfluss dadurch leichter oder weniger leicht durch die Öffnung des Reglers fließen, bis der Regler das Gleichgewicht wiederhergestellt hat.

Abbildung 1 zeigt einen typischen Aufbau eines Gegendruckreglers für ein analytisches Probenahmesystem. Wenn ein Durchfluss vorhanden ist, der nicht vom Analysator verwendet wird (siehe A in Abbildung 1), besteht die Aufgabe des Reglers darin, diesen Durchfluss in einen Bypass umzuleiten. Wenn sich der Quellendruck ändert, ändert der Regler auch die Menge des umgeleiteten Flusses, um sicherzustellen, dass am Reglereinlass ein konstanter Druck aufrechterhalten wird und daher ein konstanter Fluss den Analysator erreicht.

Ein Gegendruckregler erfordert eine gewisse Durchflussbegrenzung (normalerweise ein Nadelventil) stromaufwärts, um den Einlassdruck zu steuern (siehe R1 in Abbildung 1). Wenn zwischen dem Gegendruckregler und dem System keine Einschränkung besteht (selbst eine lange Schlauchlänge kann in Gassystemen einen minimalen Druckabfall aufweisen), öffnet sich der Gegendruckregler weit, um zu versuchen, genügend Gas zu bewegen, um den stromaufwärtigen Strom abzulassen Druck. Dies wird nicht wirksam. Wenn jedoch eine Drossel vorhanden ist, führt die erhöhte Durchflussrate zu einem erhöhten Druckabfall über dieser Drossel, was dazu beiträgt, den Druck stromabwärts zu senken.

Ein Fehler, den Konstrukteure von Probenahmesystemen häufig machen, besteht darin, die Durchflussbegrenzer wegzulassen, weil sie glauben, dass der Gegendruckregler den vorgeschalteten Druck direkt steuern kann. Aber ohne die Drossel, wenn sich der Systemdurchfluss ändert, würde sich der Druck kaum oder gar nicht ändern. Der Regler würde weiterhin Prozessflüssigkeit verschwenden, um den Durchfluss zu erhöhen, da der Einlassdruck, den er zu steuern versucht, keine Änderung zeigen würde. Dies kann dazu führen, dass der Regler weit geöffnet ist.

Das Zulassen eines großen Durchflusses durch die Analysatordrossel (siehe R2 in Abbildung 1) ist ein weiterer Konstruktionsfehler, da dies dazu führen kann, dass der Eingangsdruck des Reglers unter den eingestellten Druck fällt. Dies kann dazu führen, dass der Regler vollständig schließt und den Entlüftungsfluss einschränkt. Für eine bessere Kontrolle sollte der vorgeschaltete Durchflussbegrenzer (R1) so bemessen sein, dass auch bei maximaler Analysator-Durchflussrate ein gewisser Durchfluss durch den Regler fließen kann.

Um ein funktionierendes System wie das in Abbildung 1 gezeigte einzurichten, sollten Systemdesigner damit beginnen, R2 zu schließen, R1 so einzustellen, dass ein ausreichender Bypass-Fluss für die gewünschte Reaktionszeit der Analyse möglich ist, und dann R2 für den gewünschten Analysatorfluss fein abzustimmen. Der Bypass-Fluss sollte automatisch um den gleichen Betrag sinken. Öffnen Sie bei Bedarf R1 langsam, bis der Bypass-Fluss mindestens so schnell ist wie der Entlüftungsfluss des Analysators. Dadurch kann der Regler seinen Eingangsdruck steuern, wenn sich der Quellendruck ändert. Wenn Sie davon ausgehen, dass sich der Quellendruck stark ändern wird, stellen Sie R1 so ein, dass beim niedrigsten erwarteten Quellendruck eine kleine Bypass-Strömung erzeugt wird.

Mit dem vom Gegendruckregler gesteuerten Druck in Kombination mit den Durchflussbegrenzern R1 und R2 können wir den Durchfluss zum Analysator und zur Entlüftungsleitung steuern.

Da diese drei Komponenten den Fluss zum Analysator und den Bypass-Fluss steuern, ist ein Nadelventil oder eine andere Drosselvorrichtung in der Bypass-Entlüftungsleitung nicht erforderlich. Ein Bypass-Durchflussmesser ohne Nadelventil ist jedoch nützlich, um zu bestätigen, dass der Regler einen gewissen Durchfluss durchlässt und seinen Einlassdruck regelt.

Verwendung von Druckreduzier- und Gegendruckreglern in Reihe

Wie in Abbildung 2 gezeigt, tritt ein weiterer Konstruktionsfehler auf, wenn ein Vordruckregler unmittelbar nach einem Druckminderer platziert wird. Da zwei Regler nicht denselben Druck regeln können, muss einer verlieren.

Betrachten Sie zwei Situationen, um diesen Verlust zu demonstrieren. Erstens, wenn der Sollwert des Gegendruckreglers höher ist als der Druck, der vom vorgeschalteten Regler in ihn gelangt, bleibt er geschlossen, da die Kraft nicht ausreicht, um den Gegendruckkegel vom Sitz abzuheben und den Durchfluss zu ermöglichen Gegendruckregler. In diesem Szenario gibt es keinen Bypass-Fluss, da der Gegendruckregler geschlossen bleibt.

In der zweiten Situation ist der Sollwert des Gegendruckreglers niedriger. Da der Durchfluss nun ansteigt, sinkt der Lieferdruck vom Druckminderer mit der Rate der Droop-Kurve des vorgeschalteten Reglers. Die Durchflussrate steigt drastisch an, wodurch der Gegendruckregler seine Akkumulationskurve nach oben drückt und seinen Eingangsdruck erhöht.

Das Ergebnis dieser Erhöhung hängt von den Einstellungen der beiden Regler ab:

• Wenn die beiden Einstellungen nahe beieinander liegen, steigt die Durchflussrate, bis der Droop-Druck aus dem ersten Regler mit dem Staudruck im zweiten übereinstimmt. Dies führt jedoch zu einer sehr hohen Durchflussrate.
• Wenn die beiden Einstellungen weiter auseinander liegen, steigt die Durchflussrate, bis dieser Regler nicht mehr die Kontrolle hat. Ein Regler regelt den Druck und der andere dient als Durchflussbegrenzer.

Die Bypass-Durchflussrate hängt von der Differenz zwischen den beiden Sollwerten ab. Sie steigt, bis die Aufsichtsbehörden „einen Waffenstillstand erklären“. Wenn sich der Eingangsdruck ändert oder der Durchfluss zum Analysator schwankt, versuchen die beiden Regler, einen mittleren Druck zwischen ihren Sollwerten zu halten, jedoch mit unsicheren Ergebnissen. Dies ist in Abbildung 3 dargestellt.

Dies bedeutet nicht, dass die beiden Regler nicht in Reihe funktionieren können, aber die einzige Möglichkeit, dies erfolgreich zu erreichen, besteht darin, einen Durchflussbegrenzer zwischen ihnen zu haben. Abbildung 4 zeigt dieses Szenario, bei dem bei den richtigen Einstellungen beide Regler ordnungsgemäß funktionieren und der Druck an jedem Ende der beiden Drosseln konstant ist. Die Konsistenz dieses Drucks ermöglicht einen stabilen Durchfluss und schützt den Analysator vor Schwankungen des Quellen- und Entlüftungsdrucks.

Ein ordnungsgemäß funktionierendes System

Um die ordnungsgemäße Funktion eines Gegendruckreglers zu gewährleisten, muss das Probenahmesystem sorgfältig entworfen werden, um sicherzustellen, dass der Regler seine Aufgabe erfüllt, den Druck zu kontrollieren. Ein zu hoher oder zu niedriger Druck kann zu Schäden oder Verzögerungen im System führen.

Wenn Sie beim Einrichten von Reglern in Ihren Probenahmesystemen Fragen haben, können wir Ihnen helfen. Außendiensttechniker von Swagelok können Ihre Einrichtungen besuchen, um Ihr Probenahmesystem zu bewerten, Ratschläge zum Design zu geben oder Probleme zu beheben. Alternativ können Sie in unseren Schulungskursen „Process Analyzer Sampling System (PASS)“ oder „Sampling System Problem Solving and Maintenance (SSM)“ alles über das Design und die Verwendung von Probenahmesystemen lernen.