Электрический следящий привод для антипомпажных регулирующих клапанов FESTO разработала cовместно с Shell Global Solution. Это решение дополнительно оснащено уникальной механической системой, обеспечивающей функцию безопасности при аварийной ситуации (решение запатентовано).
Привод обладает более точным позиционированием, лучшими регулирующими характеристиками и требует меньшего обслуживания за счёт более простой конструкции.
Основное назначение антипомпажных клапанов – защита компрессоров от резких пиковых повышений давления, которые могут привести к выходу турбокомпрессора из строя. Эффективные ASCV должны срабатывать быстро и точно – это две основные характеристики, которые и определяют уровень качества нынешнего поколения подобных устройств, которые, как правило, управляются пневмоприводами.
По причине сложной конструкции и высокой трудоёмкости обслуживания существующих пневматических приводов перед экспертом в области автоматизированных клапанов из отдела Global Solution компании Shell Виллемом Ван Рийсом (рис. 1) была поставлена задача определить перспективные технологии, которые могли бы решать текущие проблемы. Стоит отметить, что ему это удалось!
В ходе анализа имеющихся современных технологий в автоматизации воспользовались знаниями из областей роботизации и мехатроники. В самом начале изысканий данные направления не имели технических решений, отвечающих требуемым сложным условиям эксплуатации в нефтегазовой отрасли. Shell обратились за помощью к компании FESTO (как к эксперту в областях роботизации и мехатроники) для проведения разработки и создания прорывного решения. Эти усилия и совместные действия привели к успеху, был разработан инновационный привод, который управляется электрическим сервомотором.
Фолькерт Хеттинга (рис. 3) считает, что основная функция механической системы блокировки заключается в перемещении подпружиненной части аварийного пневматического привода с помощью сервопривода при номинальном режиме работы и аварийном срабатывании за счёт соленоидных клапанов.
1. Система блокировки активируется и деактивируется соленоидным клапаном, управляемым с ПЛК аварийной защиты. В случае необходимости соленоидный клапан обесточивается и вне зависимости от текущего положения основного клапана пружинный привод поднимает мотор с приводом вверх в положение безопасности менее чем за 1 сек.
2. Как правило, производители клапанов используют приводы с пружинным возвратом, которые требуют дополнительного постоянного усилия для преодоления предварительно сжатой пружины на открытие. В противоположном же направлении поджатая пружина даёт сокращение времени закрытия по сравнению с пневмоприводом. Решение на базе сервопривода позволяет использовать накопленную пружиной энергию только при экстренном закрытии клапана (функция ESD). Во время штатной работы не требуется затрачивать дополнительную энергию на преодоление усилия пружины.
3. Это приводит к снижению затрат на производство сжатого воздуха и повышает точность работы привода.
4. Снижается уровень шума. Классический шум от работы пневмопривода отсутствует при перемещении в штатном режиме.
5. Линейный привод может быть подобран для любого диаметра клапана.
6. Сервопривод имеет дополнительный демпфирующий элемент, который позволяет снижать выделяемую энергию и скорость при аварийном перемещении.
7. Может быть установлено на место существующего как на базе пневмо-, так и электропривода.<
Этот прорывной продукт представляет собой модульную конструкцию и состоит из минимального количества компонентов. Использование электричества и отсутствие классического редуктора для передачи усилия на клапан позволило значительно увеличить быстродействие привода по сравнению с пневматическим. Основным вкладом в это является виртуальное устранение «мёртвой зоны», за счёт чего электрический сервопривод начинает двигаться гораздо раньше, приводя тем самым к снижению риска возникновения помпажа компрессора. Стоит отметить и менее сложный монтаж, и обслуживание электрического сервопривода по сравнению с пневматической технологией.
Используемая технология также предлагает широкие возможности для диагностики. В частности, для крупных узлов автоматизированной арматуры это важный аспект, который способствует повышению безопасности и надёжности оборудования. Более того, возможность получения связанных между собой отчётов о состоянии оборудования образует основу для проведения планово-предупредительных ремонтов. В случае применения в сочетании с Системой Управления Активами (IIoT – промышленный интернет вещей, область разработки FESTO) использование такой интеллектуальной системы диагностики приведёт к значительному сокращению совокупной стоимости владения оборудованием (ТСО).
FESTO работает в плотной кооперации с ССС (Compressor Controls Corporation) по дальнейшему развитию и внедрению сервоприводов для оптимальной защиты от помпажа компрессоров и повышения эффективности их работы. ССС является лидером на рынке управления турбоагрегатами и сервисов для добычи, транспортировки и хранения, а также переработки нефти и газа. Начиная с 1974 года, более 37 000 установок успешно отработали в общей сложности более 2 млрд часов, используя системы контроля и компетенцию ССС. Этот колоссальный опыт позволил разработать множество уникальных преимуществ для применений, нацеленных в первую очередь на безопасную и эффективную работу турбоагрегатов. Интеграция сервопривода FESTO с системами контроля ССС позволяет увеличить рабочую зону характеристик компрессора при сохранении стабильности и эффективной защиты от помпажа.
Первая модель привода уже разработана и имеет маркировку EMMA тип 02 (рис. 2), она развивает максимальное усилие в 50 кН. В этом году станут доступны ЕММА тип 01 (усилие до 25кН) и ЕММА тип 03 (усилие 100 кН). Этот привод изначально разрабатывается как модульная конструкция, состоящая из стандартных компонентов. Более того, все три типоразмера оснащены механической аварийной блокировкой (запатентованная технология), а также имеется возможность дополнительно использовать электронную аварийную блокировку (как опция). Обе версии были продемонстрированы на выставке Valve World Expo 2018.
При применении открытых протоколов передачи данных цифровые контроллеры, сертифицированные по АТЕХ, могут быть с лёгкостью интегрированы как отдельные модули в будущих системах DCS с открытым исходным кодом. Эти контроллеры могут быть установлены локально, непосредственно возле антипомпажных клапанов, либо же на расстоянии сотен метров от него (в зависимости от требований заказчика).
На этапе разработки компании SGS и FESTO привлекли пять ведущих производителей, которые единодушно и с энтузиазмом согласились поставить данные сервоприводы на свою арматуру с последующими испытаниями как в собственных лабораториях, так и на территории своих заказчиков. Конечно же, это не единственные производители, которые могут пользоваться данными типами приводов, решение доступно для всех желающих, а в будущем также возможно использование данного сервопривода в качестве управления клапанов ESD (emergency shut-down).
