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Valvole di controllo del processo: fare la scelta giusta

Le moderne valvole di controllo del processo offrono una vasta gamma di funzioni e vantaggi per le industrie che richiedono un controllo preciso su fluidi, vapore e altri gas. Con così tante valvole di controllo sul mercato, è importante stabilire le caratteristiche che offriranno il design più conveniente per una particolare applicazione.

Di Ian Webster, Responsabile del segmento di elaborazione igienica presso Bürkert

Ian Webster, responsabile del segmento di elaborazione igienica presso Bürkert

Di Ian Webster, Responsabile del segmento di elaborazione igienica presso Bürkert

Ian Webster, responsabile del segmento di elaborazione igienica di Bürkert, esamina alcuni dei principali fattori di differenziazione e alcuni recenti sviluppi del design.

Le valvole di controllo vengono utilizzate per gestire la portata di un liquido o di un gas e, a loro volta, controllano la temperatura, la pressione o il livello del liquido all'interno di un processo.

Pertanto, le valvole di controllo sono definite dal modo in cui operano per controllare il flusso e comprendono valvole a globo, sedi angolari, diaframma, quarti di giro, valvole a coltello e ad ago, per citarne alcune.

Nella maggior parte dei casi i corpi valvola sono realizzati in metallo; ottone, acciaio forgiato o acciaio inossidabile 316 per applicazioni igieniche.

Stabilire i parametri

Gli attuatori utilizzano un sistema di bordo che misura la posizione della valvola con vari gradi di precisione, a seconda dell'applicazione. Un encoder digitale senza contatto può posizionare la valvola in una qualsiasi delle mille posizioni, rendendola molto accurata, mentre più misure rudimentali possono essere applicate a progetti meno sensibili.

Una delle principali aree di dibattito quando si specificano le valvole di controllo è la determinazione della dimensione della valvola richiesta.

Molto spesso gli ingegneri di processo conosceranno il diametro del tubo utilizzato in un'applicazione ed è allettante considerarlo come la caratteristica che definisce la valvola di controllo. Di maggiore importanza sono le condizioni di flusso all'interno del sistema in quanto determineranno la dimensione dell'orifizio all'interno della valvola di controllo.

La pressione ai lati della valvola e la portata prevista sono informazioni essenziali al momento di decidere il design della valvola.

Process Control Valves

Migliorare l'efficienza

All'interno del corpo valvola, il design dell'attuatore è prevalentemente a pistone o a membrana. Il design del pistone offre in genere una valvola più piccola, più compatta, che è anche più leggera e più facile da maneggiare rispetto al design a membrana.

Gli attuatori sono generalmente realizzati in acciaio inossidabile o polifenolisolfuro (PPS), una plastica chimicamente resistente. L'attuatore è sormontato dalla testa di controllo o dal posizionatore.

I posizionatori più vecchi, ad azionamento pneumatico, avevano una disposizione flapper / ugello e funzionavano su 3-15 psi, quindi indipendentemente dallo stato della valvola, aperto chiuso o da qualche parte nel mezzo, il sistema espelleva sempre aria compressa nell'atmosfera.

L'aria compressa è un prodotto costoso, che richiede una notevole quantità di energia per generare e quando una linea di produzione è dotata di più valvole di controllo del processo che sfiatano tutte nell'atmosfera, ciò può equivalere a un considerevole spreco di energia.

È quindi importante stabilire non solo il design della valvola più appropriato, ma anche una soluzione economica che tenga conto dei costi di gestione annuali.

Le valvole elettropneumatiche moderne, digitali, che utilizzano microelettrovalvole per controllare l'aria all'interno e all'esterno dell'attuatore hanno introdotto miglioramenti significativi per gli operatori. Questo design significa che mentre la valvola è completamente aperta, completamente chiusa o in uno stato stabile, non consuma aria. Questo e molti altri miglioramenti ingegneristici hanno fatto notevoli progressi sia in termini di economia che di precisione.

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Design flessibile

Le sedi delle valvole possono essere intercambiabili all'interno di un corpo valvola standard, che consente alla valvola di adattare le tubazioni esistenti e la sede della valvola alle dimensioni dell'applicazione in modo più accurato. In alcuni casi, ciò può essere ottenuto dopo l'installazione della valvola, il che consentirebbe di accogliere una modifica del processo senza sostituire il gruppo valvola completo.

Anche la selezione dei materiali di tenuta più appropriati è un passo importante per garantire un funzionamento affidabile; I processi a vapore userebbero normalmente tenute metallo su metallo, mentre un processo che includeva una fase di sterilizzazione potrebbe richiedere tenute chimicamente resistenti.

Avendo installato una nuova valvola, configurarla è ora relativamente semplice e richiede molto meno tempo. Le procedure di calibrazione integrate eseguono automaticamente le procedure di impostazione iniziale, misurando l'aria richiesta per aprire e chiudere la valvola, la resistenza delle guarnizioni del pistone sullo stelo della valvola e il tempo di risposta della valvola stessa. Una volta completata, la valvola è pronta per il normale funzionamento.

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Migliorare la sicurezza

Le valvole di controllo devono essere specificate in modo tale che funzionino nell'intervallo 40-85%, quindi se la valvola viene comandata su un'impostazione 10%, può rilevare che qualcosa è potenzialmente andato storto con il sistema di controllo e il miglior modo di agire è chiudere la valvola completamente.

Se la valvola viene comandata in una posizione di 10% o inferiore, ciò può causare velocità del fluido o del gas molto elevate, che hanno effetti dannosi sul sistema e possono causare un rumore notevole e danni alla valvola stessa.

Le moderne funzionalità di controllo possono offrire una soluzione che funge da dispositivo di sicurezza per prevenire danni alle tubazioni e ai componenti del processo. Costruendo in un meccanismo a prova di guasto, qualsiasi impostazione della posizione della valvola al di sotto di una soglia preimpostata comporterà la chiusura completa della valvola, prevenendo danni al sistema circostante.

Gli ingressi di controllo possono anche includere circuiti di sicurezza per garantire condizioni operative sicure all'interno dell'apparecchiatura di processo. Ad esempio, se viene aperto un pannello di accesso su una nave contenente vapore, si aprirà un interruttore di interblocco e la valvola che controlla la fornitura di vapore alla nave può essere chiusa automaticamente contribuendo a mitigare eventuali rischi.

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Miglioramento dell'affidabilità

Molti ambienti di controllo di processo offrono condizioni non ottimali per un'affidabilità a lungo termine. Le atmosfere cariche di umidità, i prodotti chimici corrosivi e i lavaggi regolari hanno tutti la capacità di ridurre la durata di una valvola di controllo del processo. Uno dei potenziali punti deboli dell'attuatore è la camera a molla in cui viene aspirata l'aria atmosferica ogni volta che la valvola funziona.

Una soluzione consiste nell'utilizzare aria pulita e strumentale per riempire la camera a molla, evitando l'ingresso di qualsiasi contaminazione. Ciò offre una difesa contro l'ingresso di contaminanti nell'aria deviando una piccola quantità di aria di controllo pulita nella testa di controllo, mantenendo una leggera pressione positiva, ottenendo così una soluzione semplice e innovativa. Ciò impedisce la corrosione degli elementi interni e può apportare un miglioramento significativo all'affidabilità e alla longevità in determinate condizioni operative.

In definitiva, la scelta della valvola di controllo di processo più appropriata può essere un'attività complessa che spesso viene raggiunta al meglio con l'assistenza di conoscenze specialistiche. La collaborazione diretta con produttori o distributori competenti consente di ottimizzare i sistemi di controllo di processo per affidabilità a lungo termine, nonché precisione ed efficienza.

Process Industry Informer

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