alert icon

Данный сайт не поддерживается браузером Internet Explorer 8. Пожалуйста, обновите ваш браузер до более поздней версии или воспользуйтесь другим браузером.

Скрыть hide icon

Как тщательные испытания гарантируют надежную работу регуляторов

Регуляторы серии Swagelok RHPS

Как тщательные испытания гарантируют надежную работу регуляторов

28 августа 2019 г. | Джон Кестнер (Jon Kestner), руководитель направления, отдел промышленных регуляторов общего назначения 

Линейку продуктов нужно подстраивать под меняющиеся отраслевые требования, чтобы обеспечить соответствие характеристик современным потребностям и добиться эффективности в любых условиях применения — от обычных до экстремальных. Это утверждение применимо и в сфере жидких и газовых систем, где диапазоны характеристик клапанов, фитингов, регуляторов и других компонентов постоянно меняются. 

Тщательное проектирование и испытание гарантируют, что компоненты жидкостных и газовых систем будут эффективно функционировать под нагрузкой в реальных условиях применения. Испытания не только дают уверенность в том, что изделия будут работать надлежащим образом, но и позволяют экспериментальным путем  узнать, как переменные величины, которые не оценивались напрямую, могут повлиять на работу в реальных условиях. Ничего нельзя принимать как данность, особенно если изделия используются в тяжелых условиях эксплуатации, иначе это может негативно отразиться на продуктивности и даже подвергнуть риску персонал. 

Регуляторы давления, предназначенные для применения при температуре ниже нуля, представляют собой хороший пример компонентов, которые нуждаются в тщательных испытаниях для подтверждения работоспособности в экстремальных условиях. Они должны контролировать давление и при этом реагировать на системные изменения в тех областях применения, где сбой может не только привести к потере прибыли и имущества, но и подвергнуть риску безопасность персонала. В случае если низкие температуры угрожают функциональности критичных компонентов, тщательное проектирование и продуманный лабораторный анализ регуляторов — неотъемлемые условия успеха.

Почему характеристики низкотемпературных регуляторов имеют большое значение

Низкотемпературные регуляторы часто применяются в таких областях, как промышленная передача газов и передача газов в больших объемах. Регуляторы используются для контроля давления в системах с переменным расходом, и их отказ может привести к серьезным проблемам. Утечка жидкости или газа может привести к большим убыткам, но это еще не самое худшее. Падение давления из-за отказа регулятора может нарушить работу всей системы и повлечь за собой серьезные риски для безопасности.

Одна из основных причин отказов регуляторов — неспособность выдерживать экстремальные температуры, свойственные области применения, например при передаче больших объемов газов. Системы снижения давления при передаче газов часто устанавливаются вне помещений, в местах, где отсутствует оборудование климат-контроля. В результате по всему миру контейнеры для хранения газа подвергаются воздействию экстремальных температур: от сильной жары вблизи экватора до существенного холода вблизи полюсов. Снижение температуры газа при падении давления может усилить воздействие низкой температуры окружающей среды. В случае с большинством газов значительное падение давления приводит к серьезному охлаждающему эффекту Джоуля – Томпсона, который вызывает существенное снижение температуры в результате передачи энергии. Это может привести к воздействию на промышленные регуляторы температур до –40 °C или даже ниже.

Такие низкие температуры могут отрицательно сказаться на работе регуляторов, зачастую делая эластомерные компоненты менее гибкими и уменьшая их в размерах, что приводит к утечкам или увеличению времени отклика. Главный чувствительный элемент регуляторов — эластомерная мембрана или поршень с эластомерным уплотнительным кольцом. Если этот элемент станет слишком хрупким, он может треснуть и вызвать утечки или стать негибким настолько, что это отрицательно повлияет на способность регулятора реагировать на изменения потребности системы в расходе. Другие компоненты регуляторов также, как правило, состоят из эластомеров, включая главное седло, на котором установлены уплотнения золотника, разделяющее зоны высокого и низкого давления, динамическое уплотнение между золотником и корпусом, уплотнение мембраны или поршня и статические уплотнения в корпусе, которые ограничивают давление. Кроме того, регуляторы содержат неэластомерные полимеры, например материалы седла из твердого пластика, которые под воздействием экстремально низких температур могут стать настолько жесткими, что обеспечить герметичность будет сложно или даже невозможно. Все это приводит к ухудшению характеристик регуляторов под воздействием низких температур.

Чтобы свести к минимуму риск возникновения дорогостоящих и опасных утечек газа, важно выбрать правильные материалы при проектировании регуляторов, в частности предназначенных для применения при низкой температуре. 

Подбор подходящих материалов для низкотемпературных регуляторов

Подбор материалов имеет важное значение при выборе регулятора не только потому, что в таких областях применения, как передача больших объемов газа, могут требоваться компоненты, устойчивые к воздействию низких температур, но и потому, что не каждый эластомерный материал совместим с соответствующими химическими веществами. Например, этиленпропилен подходит для низких температур, но химически несовместим с углеводородами, которые особенно часто применяются в областях, связанных со сжиженным природным газом (СПГ). Для того чтобы материал был эффективен на практике, характеристики окружающей среды и химической устойчивости должны соответствовать области применения.

Независимо от выбранного материала, испытания имеют важное значение для подтверждения надежной работы уплотнений регулятора при экстремально низких температурах. Только испытания могут подтвердить отсутствие внутренних утечек через седло и утечек через корпус в результате отказа уплотнений, а также то, что регулятор будет и далее выполнять надлежащие динамические функции и постоянно саморегулироваться, чтобы обеспечивать заданный уровень давления.

Обзор низкотемпературных испытаний

Не все методики проведения температурных испытаний одинаковы. Не существует единой стандартной процедуры проведения низкотемпературных испытаний, которая признана во всех отраслях, поэтому тщательность испытаний оборудования существенно различается. Можно использовать низкотемпературные испытания, регламентированные Американским обществом инженеров-механиков (ASME), Американским национальным институтом стандартов (ANSI) или более специализированными учреждениями, например Американским институтом нефтяной промышленности (API). Однако подобные испытания зачастую предназначены для конкретных областей применения со специализированными требованиями, и недостаточно широки, чтобы учесть все области, в которых применяются жидкостные и газовые системы. 

Другим фактором, который затрудняет испытания, является сложность проведения полного анализа кривой расхода при экстремально низких температурах в связи с ограничениями, характерными для работы на прогретом объекте. Тем не менее испытания необходимо провести, чтобы удостовериться в том, что регулятор обеспечивает надлежащий поток газа, открывается и закрывается, сохраняет герметичность, а его характеристики не ухудшаются под воздействием существенных изменений температуры. 

Следует использовать индивидуальный подход к температурным испытаниям, чтобы убедиться, что характеристики низкотемпературного регулятора в самых экстремальных условиях соответствуют номинальным. Чтобы понять, как это сделать, рассмотрим меры, принятые отделом разработки продукции Swagelok во время анализа характеристик недавно выпущенного низкотемпературного регулятора давления серии RHPS, который оснащен компонентами, обеспечивающими надежную герметичность в условиях низких температур.

Реализация проекта: разработка плана проведения низкотемпературных испытаний регуляторов

Каталог стандартных промышленных регуляторов серии RHPS включает приблизительно 900 вариантов изделий, и прежде чем разработать методику проведения испытаний, нужно было найти способ достоверной оценки для всех них. Каждая функция была протестирована с точки зрения статических характеристик (чтобы убедиться, что уплотнения и уплотнительные кольца надлежащим образом ограничивают давление и предотвращают утечки в окружающую среду) и динамических характеристик (чтобы убедиться, что уплотнительные кольца и мембраны, вокруг которых происходит движение, сохраняют идеальные характеристики). 

Группа инженеров рассмотрела существующие стандартные процедуры проведения низкотемпературных испытаний для клапанов и фитингов. Как правило, при испытаниях используется серия температурных циклов — от комнатной температуры до низких или высоких температур. Это подходит для большинства изделий в самых разных областях применения, поскольку позволяет удостоверится, что уплотнения работают, а клапаны срабатывают, и зафиксировать ухудшение характеристик на протяжении нескольких температурных циклов.

Для надлежащей оценки низкотемпературных регуляторов диапазон испытаний был расширен, чтобы охватить все необходимые функции регуляторов давления. Испытатели знали, что низкие температуры могут отрицательно сказаться на характеристиках и привести к ситуациям, когда для клапанов потребуется высокий крутящий момент для приведения в действие или уплотнения начнут демонстрировать утечки при низких температурах в связи с уменьшением в размерах. В результате был разработан план проведения испытаний, охватывающий все потенциальные проблемы, включая вышеперечисленные, чтобы клиенты не сталкивались с неприятными сюрпризами при установке изделий на месте эксплуатации.

Работая по проверенным протоколам проведения испытаний, испытатели задействовали для проверки низкотемпературных регуляторов серии RHPS цикл «жар-холод, жар-холод». Температура колебалась от экстремально низкой до комнатной, чтобы любое ухудшение характеристик, произошедшее во время цикла и, возможно, оставшееся незамеченным при однократном падении температуры, выявилось при последующих падениях температуры до низкой. Столь тщательный подход гарантировал надлежащую работу изделий в самых разных областях применения с низкой температурой.

Для регуляторов обратного давления и редукторов давления использовались отдельные процедуры, чтобы обеспечить индивидуальный подход к испытаниям каждого типа изделия в соответствии с его конструкцией. В конечном счете для компании была разработана отдельная процедура испытаний промышленных регуляторов тепловыми низкотемпературными циклами, а также модельный ряд изделий для работы в экстремальных условиях.

Перед приобретением изделий убедитесь, что они будут работать надлежащим образом

Испытания должны быть стандартной частью любого процесса разработки изделия, однако это не следует принимать как данность. Как показывает представленный выше пример реализации проекта, нужно тщательно проверить, что изделие подходит для работы при экстремальных температурах. Номинальные параметры температуры не должны основываться на совокупности деталей изделия — чтобы убедиться в его безопасной и надежной работе, необходимы реальные лабораторные испытания. Недостаточно просто подвергнуть изделие воздействию низких температур — производители должны использовать тщательно продуманную процедуру испытания тепловыми циклами, чтобы удостовериться в надежности изделия и в том, что никакие непредвиденные обстоятельства не повлияют на его работу в реальных условиях.

Если вам нужна помощь с подбором компонентов, подходящих для вашей области применения, обращайтесь в региональный центр продаж и сервисного обслуживания Swagelok в любое время. А если у вас возникли сомнения относительно текущих характеристик уже работающих жидкостных или газовых систем либо вам нужна экспертная помощь при проектировании новых систем, специалисты Swagelok по оценке и анализу готовы провести их осмотр на месте эксплуатации и предоставить рекомендации по улучшению характеристик таких систем..

Обратиться в центр продаж и сервисного обслуживания