Wie pilotgesteuerte selbsttätige Druckregler funktionieren

Was ist ein selbsttätiger Druckregler mit Vorsteuerung?

Ein selbsttätiger Druckregler mit Vorsteuerung nutzt den Druck des Prozessmediums als seine Betriebenergie. Im Gegensatz zu einem extern gespeisten Regelventil benötigt er kein elektrisches Signal oder ein separates pneumatisches Steuersystem.

Diese Art von Regler wird häufig zur Druckregelung in Niederdruckanwendungen wie Stickstoff-Inertisierungssystemen eingesetzt. Die Vorsteuerung erfasst den nachgeschalteten Druck und steuert die Öffnung des Hauptventils, um den Tank- oder Rohrleitungsdruck nahe dem voreingestellten Wert zu halten.

Der grundlegende Regelkreis ist einfach:

Nachgeschalteter Druck → Vorsteuerungs-Erfassung → Hauptventil-Steuerung → Druckkorrektur

Für Stickstoff-Inertisierungsanwendungen kann diese Anordnung eine automatische Druckregelung bieten und gleichzeitig das System relativ einfach halten.

Wie funktioniert der Regler?

Der Regler besteht im Allgemeinen aus einem Hauptventil, einem Vorsteuerungsventil, einer Messleitung, einem Federverstellmechanismus und Komponenten zur Druckversorgung.

1. Druck-Einstellung

Die Feder im Vorsteuerungsventil bestimmt den Ziel-Druck.

Durch Verstellen der Federvorspannung kann der Druck-Sollwert geändert werden. Nachdem der erforderliche Druck erreicht ist, sollte die Einstellung mit den Sicherungsmuttern gesichert werden, um unbeabsichtigte Änderungen während des Betriebs zu verhindern.

2. Druck-Erfassung

Der nachgeschaltete Druck wird über die Messleitung in die Vorsteuerungs-Membrankammer geleitet.

Der erfasste Druck wirkt auf die Membran oder das Sensorelement und wird mit der Kraft der voreingestellten Feder verglichen.

Die Differenz zwischen diesen Kräften bestimmt die Position des Vorsteuerungsventils.

3. Hauptventil-Steuerung

Wenn der nachgeschaltete Druck höher als der Sollwert ist, nimmt die Erfassungskraft zu. Die Vorsteuerung bewegt sich in Richtung der geschlossenen Position und reduziert den Druck, der auf die Hauptventil-Aktuator-Kammer wirkt. Das Hauptventil bewegt sich dann in Richtung der geschlossenen Position, wodurch der Stickstofffluss reduziert wird.

Wenn der nachgeschaltete Druck niedriger als der Sollwert ist, wird die Federkraft dominant. Die Vorsteuerung öffnet und lässt den vorgelagerten Druck in die Hauptventil-Aktuator-Kammer eintreten. Das Hauptventil öffnet weiter, erhöht den Stickstofffluss und hilft dem nachgeschalteten Druck, sich zu erholen.

Dieser kontinuierliche Rückkopplungsprozess ermöglicht es dem Regler, automatisch auf Änderungen des Tankdrucks zu reagieren.

Warum wird dieser Ventiltyp für die Stickstoff-Inertisierung verwendet?

Stickstoff-Inertisierungssysteme werden häufig verwendet, um einen kontrollierten Druck in Lagertanks aufrechtzuerhalten und das Risiko des Eintritts von Luft in den Tank zu verringern.

Ein selbsttätiger Druckregler mit Vorsteuerung kann in diesen Systemen nützlich sein, da der Druckregelmechanismus nicht von einer externen Stromquelle abhängt.

Typische Überlegungen umfassen:

• Niederdruck-Tankregelung
• Stickstoff-Einlassregelung
• Schutz des Lagertankdrucks
• Druckstabilisierung
• Einfache selbsttätige Regelung
• Kontinuierliche Reaktion auf Änderungen des nachgeschalteten Drucks

Die tatsächliche Konfiguration des Reglers und der Druckbereich sollten entsprechend der Tankkonstruktion, dem Stickstoffversorgungsdruck, dem erforderlichen Sollwert, der Durchflussrate und den Betriebsbedingungen ausgewählt werden.

Wichtige Einstellpunkte während der Inbetriebnahme

Eine korrekte Einstellung ist für eine stabile Druckregelung wichtig. Drei Bereiche sollten besondere Aufmerksamkeit erhalten.

1. Einstellung des Sollwerts

Die Vorsteuerungsfeder wird zur Einstellung des Ziel-Drucks verwendet.

Für die in dieser Anwendung beschriebene Konfiguration:

• Drehen Sie im Uhrzeigersinn, um die Gaszufuhr-Einstellung zu erhöhen.
• Drehen Sie gegen den Uhrzeigersinn, um die Einstellung zu verringern.
• Ziehen Sie nach der Einstellung die beiden Sicherungsmuttern fest.

Die genaue Einstellrichtung sollte immer anhand der aktuellen Betriebsanleitung des Herstellers überprüft werden, da sich Vorsteuerungs-Konstruktionen unterscheiden können.

2. Druck des Filterreglers

Das vorsteuerungsgesteuerte Ventil verwendet den vorgelagerten Druck als Antriebskraft und den nachgeschalteten Druck als Steuersignal.

Der Filterregler ist daher ein wichtiger Bestandteil des Systems.

Für die hier beschriebene Konfiguration liegt der Druck des Filterreglers normalerweise bei etwa 0,23–0,25 MPa.

Wenn der Druck zu niedrig ist, reagiert das Hauptventil möglicherweise nicht richtig, selbst wenn sich der nachgeschaltete Druck ändert.

3. Einstellung des Pilot-Gasverteilers

Die schwarze Kappe dient als interner Gasverteiler.

Die Werkseinstellung für dieses Ventil ist:

Im Uhrzeigersinn festziehen, dann etwa 1/4 Umdrehung zurückdrehen.

Normalerweise muss diese Einstellung nicht geändert werden.

Wenn der Vorsteuerungsfluss zu niedrig ist, kann eine kleine Drehung im Uhrzeigersinn den Fluss erhöhen. Wenn der Fluss zu hoch ist, kann eine kleine Drehung gegen den Uhrzeigersinn ihn reduzieren.

Denken Sie daran, nach der Einstellung die Sicherungsmutter festzuziehen.

Häufiges Problem: Tankdruck ist niedrig, aber das Ventil öffnet nicht

Ein Feldproblem ist, dass der Tankdruck unter den Sollwert fällt, das selbsttätige Ventil aber kaum oder gar nicht reagiert.

Eine praktische Inspektionssequenz ist:

1. Prüfen Sie den Druck des Filterreglers.
2. Stellen Sie sicher, dass die Vorsteuerung über ausreichenden Antriebsdruck verfügt.
3. Prüfen Sie die Messleitung auf Verstopfung oder abnormalen Druck.
4. Beobachten Sie, ob ein abnormaler kontinuierlicher Gasfluss vorhanden ist.
5. Inspizieren Sie den Sitz und den Ventilkegel des Hauptventils auf interne Leckage.

Wenn der Druck des Filterreglers niedrig ist und ein leichtes kontinuierliches Gasflussgeräusch zu hören ist, sollte eine interne Leckage des Ventils in Betracht gezogen werden.

Warum tritt interne Leckage auf?

Bei dem in dieser Anwendung beschriebenen selbsttätigen Ventil Wuxi Intelligent V1 verwendet der Ventilkegel ein PTFE-Material.

Wenn Feststoffe oder andere Verunreinigungen im Medium vorhanden sind, können sie am Ventilkegel oder an der Dichtfläche haften bleiben.

Beim Schließen des Ventils können diese Partikel die PTFE-Dichtfläche zerkratzen oder beschädigen. Sobald die Dichtfläche beschädigt ist, kann das Ventil nicht mehr vollständig schließen.

Dies kann zu einem kontinuierlichen Stickstofffluss führen, auch wenn das Ventil geschlossen sein sollte.

Das Problem ist besonders wichtig in Stickstoff-Inertisierungssystemen, da ein kontinuierlicher Leckstrom den nachgeschalteten Druck allmählich erhöhen kann.

Was passiert nach interner Leckage?

Wenn interne Leckage auftritt, kann Stickstoff weiter in Richtung der nachgeschalteten Seite strömen.

Wenn der nachgeschaltete Druck steigt, kann der Tank oder das geregelte System schließlich den beabsichtigten Druckbereich erreichen oder überschreiten.

Ein weiteres Problem ist, dass Druckregelsysteme eine Reaktionszeit haben. Selbst wenn der nachgeschaltete Druck eine Bedingung erreicht, die die Reaktion des Ventils auslösen sollte, reagiert das Ventil möglicherweise nicht sofort.

Daher löst eine einfache Erhöhung oder Neukalibrierung des Sollwerts möglicherweise nicht das zugrunde liegende Problem.

Wenn eine interne Leckage bestätigt wurde, ist der geeignetere Ansatz, den Ventilkegel und die Dichtkomponenten zu inspizieren und den beschädigten Ventilkegel bei Bedarf zu ersetzen.

Wie kann das Risiko interner Leckage reduziert werden?

Für selbsttätige Druckregler mit Vorsteuerung, die in Stickstoffsystemen eingesetzt werden, können mehrere Wartungspraktiken helfen, Probleme zu reduzieren:

• Halten Sie das vorgelagerte Medium so sauber wie möglich.
• Prüfen Sie den Filterregler regelmäßig.
• Inspizieren Sie die Messleitung auf Verstopfung oder abnormalen Druck.
• Vermeiden Sie unnötige Einstellungen des Pilot-Gasverteilers.
• Prüfen Sie den Ventilsitz und den Ventilkegel, wenn Leckage vermutet wird.
• Überprüfen Sie den tatsächlichen nachgeschalteten Druck im Vergleich zum Sollwert.
• Ersetzen Sie beschädigte Dichtkomponenten, anstatt den Vorsteuerungsregler wiederholt einzustellen.
• Bestätigen Sie die Reglerfunktion nach der Wartung.

Für Systeme mit empfindlichen Druckanforderungen ist eine regelmäßige Inspektion besonders wichtig, da eine relativ kleine interne Leckage den nachgeschalteten Druck im Laufe der Zeit weiter beeinflussen kann.

Praktische Checkliste zur Fehlerbehebung

Wartungsempfehlungen für Stickstoff-Inertisierungssysteme

Der wichtigste Punkt ist die Unterscheidung zwischen einem Problem mit der Regelungseinstellung und einem Problem mit der mechanischen Abdichtung.

Wenn der Sollwert falsch ist, kann die Einstellung der Vorsteuerungsfeder das Problem lösen. Wenn jedoch der Ventilkegel oder die Dichtfläche bereits beschädigt ist, wird eine fortgesetzte Einstellung die ordnungsgemäße Abdichtung nicht wiederherstellen.

Aus diesem Grund sollten Wartungspersonal, wenn ein Tank ein abnormales Druckverhalten zeigt, zuerst den Pilot-Versorgungsdruck und das Messsignal prüfen und dann das Hauptventil auf interne Leckage inspizieren.

Für die in diesem Artikel diskutierte V1-Ventilkonfiguration ist der Austausch eines beschädigten Ventilkegels eine wichtige Korrekturmaßnahme, wenn eine Beschädigung der PTFE-Dichtung bestätigt wurde.

Schlussfolgerung

Selbsttätige Druckregler mit Vorsteuerung bieten eine relativ einfache Möglichkeit, Druck ohne externe Stromquelle zu regeln. In Stickstoff-Inertisierungssystemen nutzt die Vorsteuerung den nachgeschalteten Druck als Rückkopplungssignal und steuert das Hauptventil zur Regelung des Stickstoffflusses.

Ein stabiler Betrieb hängt jedoch von mehr als nur dem Druck-Sollwert ab. Pilot-Versorgungsdruck, Messleitungen, Einstellung des internen Gasflusses, Ventilsauberkeit und Dichtungszustand beeinflussen alle die Leistung des Reglers.

Wenn ein Ventil nicht richtig reagiert oder der nachgeschaltete Druck weiter ansteigt, sollte eine interne Leckage in Betracht gezogen werden, bevor die Druckeinstellung wiederholt angepasst wird.

Für Ersatz- oder Projektanforderungen geben Sie bitte das Ventilmodell, den Einlassdruck, den Auslassdruck, die erforderliche Durchflussrate, das Medium, die Temperatur und die Anschlussinformationen an, damit der geeignete selbsttätige Druckregler und Ersatzteile geprüft werden können.