Паровые системы, ООО. Гилепп П.А. Редуцировать и побеждать

Представляем вашему вниманию следующий материал, опубликованный в третьем номере журнала «Вестник арматуростроителя». Автором является Павел Александрович Гилепп (технический директор ООО «Паровые системы»).

В этой статье мы не будем говорить про странные закупочные процедуры под названием «редукционы», которые устраивают некоторые предприятия, буквально издеваясь над поставщиками, настаивая не платить со своей стороны за поставленное и порой установленное и приносящее прибыль оборудование как можно дольше. Целые отделы предприятий проходят у так называемых тренеров по закупкам тренинги, как купить дешевле и выжать из поставщика последнее. И только бедные производственники вынуждены потом работать на том, что купили эти «инженеры» по закупкам, а не на том, что реально нужно производству. Выигрывает ли кто-то в этой игре? Конечно, нет, это же очевидно. Поставщики высокотехнологичного оборудования сторонятся таких процедур, т. к. всегда найдется поставщик ценового дна, а покупатель весьма часто не получает ту технику, которая обеспечит ему максимальную прибыль.

Давайте поговорим про редуцирование пара. Здесь довольно легко выиграть всем, если сделать правильный выбор. Мы понимаем, что не каждый может выбрать самостоятельно. И это статья о том, как вам будет проще сделать правильный выбор.

Потребители пара на промышленных предприятиях работают на разных давлениях пара. Требуемое давление определяется техническими условиями теплообменного процесса и теплообменного оборудования. Идеальный вариант, когда давление пара на источнике, т. е. паровой котельной, совпадает с требуемым давлением пара на потребителе. Такое бывает, но на маленьких фабриках и при небольшом, если не сказать единичном количестве потребителей. Бывает так, что давление на выходе парогенератора можно настроить под требуемое давление пара на производстве. Если же потребитель требует меньшее давление пара, то необходимо сперва снизить давление до необходимого значения и затем подать его на установку.

Идеальным и технически самым простым вариантом была бы установка ручного запорно-регулирующего вентиля. Оператор мог бы, вращая маховик, вручную отрегулировать поток пара, выставив за вентилем необходимое давление, пользуясь при этом показаниями манометров перед вентилем и за ним. Это действительно возможно, но только при постоянном давлении пара перед вентилем и постоянном расходе пара на потребителе. В реальной жизни таких условий почти никогда не бывает, этот способ хорош только на словах, или в тех местах, где инженерные системы напоминают каменный век, либо квалификация персонала не соответствует требованиям производства, но это совсем уже другая история.

Всегда, когда требуется безопасно снижать давление, не допуская, чтобы оно неконтролируемым образом росло или падало, или имело бы колебания, речь идет об установке автоматического клапана, называемого редукционным клапаном или редуктором. На этом можно было бы заканчивать рассказ, если бы все было очень просто. Пользователь поставил бы редуктор и был бы уверен, что технологическая установка будет работать как швейцарские часы. Не будет. Если не знать, какие требования имеются у технологической установки в части сразу нескольких критериев, важность которых трудно переоценить. Между тем именно на этом этапе и происходит подавляющее большинство ошибок при выборе редукционного клапана.

Мы уже не говорим о таких вопиющих глупостях, когда поставщики трубопроводной арматуры на интернет-сайтах первой строчкой пишут – «у нас низкие цены». На что низкие цены? На нестабильное поддержание давления? Или на низкую надежность? На неремонтопригодность? Или может быть потому, что клапан изготовлен в Таиланде, а не в высокотехнологичной стране? Начинать необходимо не с хвоста, а с головы, т. е. с технических требований, а не с аргументов продавцов, пытающихся во что бы то ни стало продать товар. Опыт показывает, что в действительности мало кто досконально знает все требования, и работа инженера, подбирающего редуктор, заключается в том, чтобы выяснить или помочь пользователю сформулировать их. Вернемся же к критериям выбора редукционного клапана:

• обеспечение потребителя сухим паром;
• стабильное давление пара на выходе при постоянном расходе пара;
• стабильное давление пара на переходных режимах;
• точность поддержания давления на выходе во всем рабочем диапазоне нагрузок;
• надежность клапана;
• простой и быстрый монтаж/демонтаж;
• низкая стоимость обслуживания/ремонта.

В перечне критериев нет цены. Обычно цена обобщенного редуктора обобщенного производителя на два или три порядка ниже, чем стоимость простоя технологической установки за один час. Поэтому пользователь сам должен понять, может ли он пренебречь семью критериями, от которых зависит его производство, ради одного, от которого производство не зависит. Мы не будем ему в этом помогать. Однако поможем понять, как должен и как может работать редукционный клапан для пара. Здесь существуют стереотипы, которые сильно мешают добиться полноценной работы производственной линии, а следовательно получить качественную продукцию. Мы ведь все хотели бы пользоваться продукцией, заявленные характеристики которой соответствуют фактическим. Тогда мы все на своем месте должны этому содействовать.

Ранее в предыдущих статьях мы делали обзор разных типов редукционных клапанов, поэтому в рамках настоящей статьи рассмотрим еще один тип клапана, который применяется для процессов производства с самыми высокими требованиями по управляемости давлением и точности. Клапан называется MC-COS, производит его японская компания TLV (Trouble Less Valve – Клапаны, не имеющие проблем).

Концептуально редукционный клапан MC-COS представляет собой многокомпонентную станцию, выполненную в одном корпусе (рис. 1), имеющем два присоединительных фланца. В состав станции входит:
• фильтр грубой очистки для защиты главного седельного клапана редуктора;
• запатентованный циклонный сепаратор повышенной эффективности для защиты редуктора от эрозии, создаваемой влажным паром;
• редукционный клапан пистонного типа с пилотным управлением, оснащенный дополнительным электроприводом для автоматического управления заданным давлением;
• конденсатоотводчик со свободноплавающим поплавком для быстрого отвода конденсата на выходе циклонного сепаратора;
• контроллер с готовыми алгоритмами управления давлением, гарантирующими высокую точность управления и адаптированными под клапан MC-COS.

Конструктивно станция не является сложной для ремонта и обслуживания. Все компоненты расположены вертикально один над другим, каждый крепится с другим при помощи четырех болтов. Таким образом, не требуется полностью разбирать устройство для доступа к какому-либо элементу, сепаратору или пилоту, или конденсатоотводчику, как и не требуется даже снимать клапан с трубы. Такая возможность – просто подарок для ремонтных служб. И наказание для аутсорсинговых сервисных компаний – им не за что взять с заказчика деньги… Ремонт и обслуживание этого клапана является очень быстрой, простой и оттого недорогой процедурой.

Однако перейдем к главному – на что способен клапан MC-COS.

1. Точная реакция на изменение уставки. На рисунке 2 изображена работа стандартного регулирующего клапана с пневматическим приводом (синяя линия), выполняющего функцию управления давлением, и работа клапана MC-COS (красная линия). Видно, что при смене режима по давлению, т. е. изменении уставки, стандартный клапан не может обеспечить точный выход на новое заданное давление ни при повышении, ни при снижении уставки. При работающем технологическом процессе данные всплески и просадки могут срывать производственный цикл и влиять на качество выпускаемой продукции.

2. Стабильное давление на выходе при колебаниях давления и расхода на входе. На рисунке 3 показано, как реагирует обычный клапан с пневматическим приводом на изменения давления на входе и на изменение расхода. А между тем это очень даже обычные явления, когда давление источника колеблется из-за работы котла или изменения нагрузок на других потребителях на производстве. Что касается изменения расхода на самом потребителе пара, на который работает редукционный клапан, то это и вовсе обычное явление. Задача редукционного клапана в таком случае – быстро и точно реагировать на все внешние изменения.

3. Не требуется настройка PID-регулятора. Все коэффиценты, характеризующие расходные характеристики клапана, указываются на его индивидуальной табличке на корпусе (рис. 4) и просто вводятся в настройки контроллера на стадии пуско-наладки. Клапан заранее преднастроен.

4. Лимитирование предельно допустимого давления пара на выходе клапана. Комплектная система управления, входящая в состав клапана, позволяет ограничивать максимально допустимое давление на выходе клапана, что является дополнительной функцией безопасности. Данная функция исключает необходимость иметь сигнал обратной связи по давлению на выходе клапана. Это упрощает построение САУ.

5. Готовые программы управления давлением. Если технологическая установка имеет различные режимы, требующие разного давления пара разные промежутки времени, то, разумеется, автоматика управления должна иметь возможность их реализовавать, желательно без написания специальных программ и алгоритмов. Стандарный контроллер, входящий в комплект MC-COS, имеет такие возможности (рис. 5, 6).

Специалисты знают, что далеко не всегда достаточно просто снизить давление перед потребителем, чтобы гарантировать его эффективную работу. Качество управления давлением, а именно точность, быстрая реакция на флуктуации расхода пара и входного давления, неизменность давления на выходе во всем диапазоне рабочих расходов пара (от минимальных до маскимальных) является тем идеалом, который способен обеспечить далеко не каждый редукционный клапан. Для примера, редукционные клапаны прямого действия на это принципиально не способны. Внимательное отношение к требованиям по управлению давлением позволяет пользователю заранее и гарантированно обезопасить производственный процесс от брака, а производственную линию от простоя. Правильно выбрав систему рудуцирования, предприятие может заранее, еще на «бумажном» этапе, создать очень надежную систему, которая в реальной жизни своими характеристиками сэкономит предприятию большие деньги, настолько значительные, что не все могут поверить, что такое возможно. А между тем это достаточно просто посчитать заранее, а значит, и обосновать. Зацикливаясь только на цене (сроке поставки, размере скидки и пр.) редукционного клапана, пользователь сам крадет у себя же смысл своей работы – обеспечивать максимальную эффективность производства.

Снижение давления пара – это понятная задача. Она состоит в том, чтобы давление на выходе редуктора как можно ближе соответствовало идеалу по всем критериям и максимальным образом не зависело бы от внешних условий. И действительно, не пишем же мы в задании так: «Давление пара на входе 10 бар, давление на выходе 4 бар +/-1 бар». Это же явная глупость. Все понимают, что раз написано 4 бар, значит, должно быть 4 бар с минимально осуществимой погрешностью. Не пишем также: «Клапан должен ломаться не чаще пяти раз в год». Да он вообще не должен ломаться хотя бы несколько лет. Только правильно формулируя задачу и подбирая технику, которая отвечает суровым промышленным требованиям, выигрывают все. Поставщик заработает, обеспечит тем самым развитие себе и своим сотрудникам. Заказчик получает… то же самое! Стабильно, без остановок работающее производство, обученный работе с технологически продвинутым оборудованием персонал, сниженные издержки.

Таким образом, сотрудничество может быть взаимовыгодным, а не таким, каким его представляют молодые «коучи по закупкам», большинство из которых никогда не работали в закупках и имеют самое отдаленное представление о реальных потребностях производства. К счастью, промышленность продолжает развиваться и внедрять новые технологии, несмотря на все препятствия (внутренние и внешние).

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 3 (59) 2020