Станислав Горобченко - Курс «Инженер по расчету и выбору регулирующей арматуры»

Рис. 2.8. Алгоритм расчета KPI

Уроки, извлеченные из реальных проектов, помогут в дальнейшем сформировать режимы работы арматуры так, чтобы стать более эффективными для будущих проектов. Это приведет к повышению эффективности отдачи от инвестиций в крупномасштабных проектах и стать достаточно привлекательными, чтобы полноценно использовать KPI в качестве центрального элемента контроля качества для калибровки и выбора клапанов.

В заключение следует отметить, что, несмотря на трудности применения ключевых индикаторов эффективности KPI арматуры в крупномасштабных капитальных проектах, связанные с согласованием их с производителями клапанов, EPC контракторами и конечными пользователями, полученные возможные выгоды значительно превысят возможные сложности при внедрении. Насыщая программное обеспечение другими расчетными подпрограммами, такими, например, как подпрограмма расчета энергосбережения арматуры, уже на предварительном этапе можно значительно повысить технико-экономические показатели проектов. По всей видимости, это дело ближайшего будущего.

Рабочие точки являются частью статической характеристики системы

Статическая характеристика системы означает, что основные технологические данные управляемой системы (такие как давление, расход, температура и свойства жидкости) не изменяются при работе регулирующего клапана. Она характеризуется перепадом давления Δp, пропорциональным по отношению к расходу q 2.

В динамических системах задействованы и другие управляющие устройства, например насос с областями оптимальных динамических характеристик. Также динамические системы часто встречаются в системах антипомпажной защиты.

Характеристики могут быть рассчитаны только в том случае, если заданы, хотя бы две рабочие точки статической системы.

Системы со статической характеристикой являются наиболее распространенными в технологическом процессе. Термин "статический" означает, что во время воздействия на поток регулирующего клапана основные технологические данные заданных (от 1 до n) рабочих точек, такие как давление, расход и температура, свойства среды, а также резисторы и другие конструктивные элементы, создающие гидравлическое сопротивление регулируемой системы (т. е. потери давления вверх и вниз по потоку от регулирующего клапана в заданных рабочих точках), не изменяются, или только незначительно изменяются из-за загрязнения или влияния других управляющих устройств. Так обстоит дело, например, с нерегулируемой характеристикой насоса.

Соединение кривых давления между рабочими точками осуществляется по гидравлическому соотношению Δp пропорционально q 2, которое можно рассматривать как полезное приближение даже при не турбулентном течении или при высоких перепадах давлений сжимаемых сред. Сами рабочие точки также учитывают истинное состояние потока ламинарной жидкости или сжимаемых газов и паров.

Большое значение для характеристики статической системы имеет логическая корреляция кривых входного и выходного давлений от q minдо q normи q max.

Примеры частых ошибок планирования при указании рабочих точек статических "нелогичных " характеристик показаны ниже:

Пример 1: давление на входе 8 бар при q maxтребует расчета новой характеристики системы с дополнительным насосом. Данные по примеру приведены в табл. 2.1.

Табл.2.1. Данные по примеру 1.

На рис. 2.9. представлены результаты расчета.

Рис. 2.9. Результаты расчета в программе CONVAL

Пример 2: Давление за клапаном (ниже по потоку), равное 4,5 бар, было принято за постоянное для показанного увеличения q max. Это не кажется "логичным", так как оно должно быть увеличено по правилу: "Δp пропорционально q 2". Регулирующий клапан спроектирован слишком маленьким из-за неправильного предположения (отсутствует расчет перепада давления в технологическом процессе). Плановые показатели не достигнуты.

Табл. 2.2. Данные по примеру 2.

Результаты расчета представлены на рис. 2.10.

Рис.2.10. Результаты расчета в программе CONVAL

Пример 3: пример авторитета клапана показывает статическую "логическую" характеристику регулирования питательной воды, включающую важную рабочую точку qmin для условий пуска.

Рис. 2.11. Результаты расчета в программе CONVAL

Выбор оптимальной конструкции требует большого опыта, особенно при частых критических пусках с пусковым клапаном в контуре с несколькими регулирующими клапанами с разной пропускной способностью.

При использовании управляемых проточных машин с использованием антипомпажного регулирования карта динамических характеристик или модификация интегрированной системы управления приводит к появлению множества" динамических " характеристических кривых, которые могут быть объединены в 1-n статических характеристик системы для заданной скорости. При этом оптимальный выбор клапана и соблюдение требований безопасности требуют инженерного опыта. Здесь имеет смысл выбрать данные для расчета min. значение Cvs с наименьшим количеством и максимальным перепадом давления и максимальное значение Cv (точка 1 на рис.2.10) с данными наибольшего количества и с минимальным перепадом давления (точка 3 на рис.2.10). Для расчета максимального уровня звукового давления требуется рабочая точка, соответствующая максимальной мощности P [кВт], т. е. максимум Δp x q (точка 2 на рис.2.10).

Рис. 2.12. Расчет звукового давления по программе CONVAL

Две красные линии – это заданные точки для антипомпажного регулирования.

Три синие линии, показывающие три важные рабочие точки для расчета клапанов,

которые расположены слева направо:

1: мин. Cv = 63,6 при макс. скорости регулятора

2: макс. Cv = 231,0 Ат мин. скорости регулятора

3: макс. SPL = 118 дБ (А) при макс. скорости регулятора

В случае высоких динамических характеристических кривых системы, расчет характеристики регулирующего клапана невозможен. Это часто бывает при управлении большими горелочными системами (управление горением в печах). Если в результате динамического процесса происходит слишком много изменений в параметрах вещества, то для данных каждой проточной линии необходимо рассчитать индивидуальные значения характеристик клапанов и выбрать один (или несколько) клапанов в режиме раздельного диапазона регулирования, чтобы оптимально охватить рабочие диапазоны. Необходимые пары давления и расхода должны быть выбраны аналогично примеру 2.