Вопрос №19. Проектирование пропускной способности клапанов. Регулировочные характеристики клапана. Присоединительные атрибуты исполнительных органов.

При выборе ИУ прежде всего следует оценить его основные характеристики:

– Пропускную способность (Kv) – расход (м3/ч) с плотностью, равной 1000 кг/м3, пропускаемой регулирующим органом при перепаде давления в нем в 1 кгс/см² и температуре +20 ^оС.

– Пропускную характеристику – зависимость пропускной способности от перемещения затвора: Kv = f(h).

– Условный проход Dy, мм, – диаметр входного патрубка клапана.

– Расходную характеристику регулирующего органа – это зависимость расхода через ИУ от степени его открытия: q = f(h), где q = Q/Q_max – относительный расход, h=H/H_max – относительный ход затвора регулирующего органа.

Решающим значением для оптимального регулирования и достижения желаемой производительности исполнительного органа (клапана) являются:

– правильный выбор пропускной способности, которая в значительной степени определяется сечением клапана;

– хорошее согласование сечения клапана с давлением и учетом гидравлических сопротивлений.

При известных значениях давления до и после клапана, при которых должно быть достигнуто максимальное желаемое значение расхода Q_max(м³/ч), пропускную способность Kv (м³/час) рассчитывают по формуле

,

где – потеря давления на клапане (ее принимают равной 1 кгс/см²); – изменение давления в трубопроводе до и после клапана; – плотность среды (кг/м³); =1000 кг/м³ – плотность воды (в соответствии с определением значения Кv). При выборе диаметра условного прохода пользуются таблицей зависимости диаметра трубопровода от расхода жидкости.

Поскольку расходная характеристика регулирующего органа зависит от гидравлического сопротивления трубопроводной сети, в которой он установлен, необходимо иметь возможность корректировать эту характеристику. Для облегчения корректировки расходной характеристики выпускают клапана с различными видами пропускной характеристики: линейной и равнопроцентной.

У клапанов с линейной характеристикой увеличение пропускной способности пропорционально ходу плунжера, т. е.

dKv = a * dh,

где а – коэффициент пропорциональности, * – знак пропорциональности.

У клапанов с равнопроцентной пропускной характеристикой увеличение пропускной способности пропорционально ходу плунжера и текущему значению пропускной способности, т. е.

dKv = a * Kv* dh.

Различие между пропускной и расходной характеристиками тем больше, чем больше гидравлическое сопротивление трубопроводной сети. Отношение пропускной способности клапана Kv к пропускной способности сети Kvn – гидравлический модуль системы:

n = Kv / Kvn.

При значениях n > 1,5 клапана с линейной пропускной характеристикой становятся непригодными из-за непостоянства коэффициента пропорциональности a на протяжении всего хода. Для регулирующих клапанов с равнопроцентной пропускной характеристикой расходная характеристика близка к линейной при значениях n от 1,5 до 6.

Рисунок 50. Статическая характеристика регулирующего клапана

Присоединительные атрибуты исполнительных механизмов к процессу: стандарт ANSI или DIN, номинал фланца DN/PN, материал, длину выступающей части, резьбу: G3/4A, G1A, G1,5A, способ монтажа: камера, патрубок и др.

Вопрос №20. Описать назначение и содержательную часть процедуры HAZOР. Описать процедуру анализа рисков. Привести пример структурной схемы дерева отказов.

Для идентификации потенциально опасных факторов в ходе эксплуатации технологического процесса, и для разработки мер, необходимых для защиты персонала, населения и окружающей среды проводят анализа опасности процесса PHA(Process Hazards Analysis). Объем проведения РНА может меняться от простейшего классификационного анализа до всестороннего исследования опасности и работоспособности HAZOP (Hazard and Operability Study). Процедура HAZOP представляет собой систематическую и методическую проверку технологического процесса, в ходе которой идентифицируются опасные факторы и проблемы эксплуатации, способные стать причиной аварии. Процедура HAZOP обеспечивает приоритетный базис для внедрения стратегий снижения риска, таких как системы безопасности SIS (Safety Instrumented System).

Если в результате анализа опасности процесса выясняется, что механическая целостность оборудования и стандартное управление процессом недостаточны для снижения потенциальной опасности, то утверждается, что необходима система защиты. Она состоит из измерительных приборов и органов управления, устанавливаемых с целью уменьшения опасности или перевода процесса в безопасное состояние в случае нарушения нормального хода технологического процесса, либо сбоя самой системы защиты. Если в ходе анализа опасности процесса выявляется, что необходима система безопасности, в соответствии с требованиями стандарта ANSI/ISA 84.01-96 задается целевой уровень допуска безопасности SIL. По завершению процедуры HAZOP определяется серьезность и вероятность возникновения связанных с данным процессом рисков.

Серьезность риска оценивается по степени ожидаемого воздействия и последствиям, к которым относятся: последствия на территории установки; травмы или смерть производственного персонала; ущерб оборудованию; последствия за пределами установки; воздействие на население, в том числе травмы и смерть; ущерб собственности; воздействие на окружающую среду; выброс опасных химических веществ и т.д.

Степень риска - это оценка вероятности наступления неблагоприятного события. Для преобразования данных HAZOP в SIL используются различные методы - от принятия корпоративного решения по всем установкам системы безопасности до более точных методик, таких как диаграмма риска стандарта IEC 61508, заимствованная из немецкого стандарта DIN V 19250.

Процедура анализа рисков включает в себя следующие этапы: планирование и организацию работ; идентификацию опасностей; оценку риска; разработку рекомендаций по уменьшению риска.

На этапе планирования работ следует определить анализируемый опасный производственный объект и дать его общее описание; описать причины и проблемы, которые вызвали необходимость проведения анализа риска; четко определить цели и задачи проводимого анализа риска; обосновать используемые методы анализа риска; прочие организационные вопросы

Основные задачи этапа идентификации опасностей - выявление и четкое описание всех источников опасностей и путей (сценариев) их реализации.

Основные задачи этапа оценки риска: определение частот возникновения инициирующих и всех нежелательных событий; оценка последствий возникновения нежелательных событий; обобщение оценок риска.

Разработка рекомендаций по уменьшению риска является заключительным этапом анализа риска. В рекомендациях представляются обоснованные меры по уменьшению риска, основанные на результатах оценок риска.

Для анализа причин возникновения аварийных ситуаций используют «дерево отказа». Структура «дерева отказа» включает одно головное событие (аварию, инцидент), которое соединяется с набором соответствующих нижестоящих событий (ошибок, отказов и т.п.), образующих причинные цепи (сценарии аварий). Для связи между событиями в узлах «деревьев» используются знаки «И» и «ИЛИ». Логический знак «И» означает, что вышестоящее событие возникает при одновременном наступлении нижестоящих событий. Знак «ИЛИ» означает, что вышестоящее событие может произойти вследствие возникновения одного из нижестоящих событий.

Ответы по дисциплине «Технические средства автоматизации»