Najważniejszymi warunkami uzyskania krótkich czasów reakcji elementu regulacyjnego są: krótki skok, małe siłowniki i wynikające z nich niskie siły napędowe. Zawór żaluzyjny łączy w sobie wszystkie te cechy. Podczas pracy dwa szczelinowe dyski przesuwają się względem siebie poprzecznie do kierunku przepływu. Dzięki temu zawór żaluzyjny uszczelnia się bez konieczności stosowania metalowego gniazda. Typowy skok między otwarciem i zamknięciem wynosi zaledwie 6–9 mm. Jedną z najważniejszych zalet wynikających z tej zasady działania jest niewielka siła napędowa wymagana do przedsterowania zaworu.

Siłę napędową F można wyznaczyć dla zaworu żaluzyjnego na podstawie współczynnika tarcia pary ślizgowej µ, powierzchni szczelin Aszczeliny wystawionej na przepływ oraz różnicy ciśnień ∆p za pomocą wzoru F1 = µ Aszczeliny ∆p. Wymaganą siłę dla zaworu grzybkowego użytego do porównania oblicza się ze wzoru F2 = Agniazda ∆p. Matematyczne porównanie tych dwóch sił daje wynikF1 / F2 = µ Aszczeliny / Agniazda = 0,1 dla zaworów o tej samej wartości Kvs i tym samym ciśnieniu różnicowym. Oznacza to, że zawór żaluzyjny potrzebuje zaledwie jednej dziesiątej siły napędowej wymaganej przez zawór grzybkowy w tych samych warunkach procesowych. Bezpośrednim skutkiem tego jest fakt, że siłownik zaworu żaluzyjnego jest odpowiednio lżejszy i mniejszy.

Dynamika regulacji na najwyższym poziomie

Ocenę dynamiki sterowania zaworu regulacyjnego można przeprowadzić poprzez analizę jego odpowiedzi częstotliwościowej. Odpowiednie badanie eksperymentalne przeprowadzono na przykład w [1] dla różnych układów zaworów sterujących. Ogólny wniosek jest taki, że zastosowanie zaworów żaluzyjnych w pętli regulacji pozwala na uzyskanie wyższych wzmocnień krytycznych. Z jednej strony regulator procesu może być dzięki temu ustawiony bardziej „agresywnie”, a z drugiej – redukowane jest przeregulowanie podczas zbliżania się do zmienionej wartości zadanej, która jest osiągana szybciej.

W zależności od instalacji i procesu, możliwe jest zatem uzyskanie dodatkowych oszczędności po prostu poprzez wymianę zaworu grzybkowego na żaluzyjny. Dzięki temu zmniejsza się ilość pary niepotrzebnie wprowadzanej do systemu wskutek przeregulowania. Korzyści dla środowiska, jakie można w ten sposób osiągnąć, znajdują potwierdzenie w danych liczbowych operatorów różnych systemów parowych.

Chiński producent tytoniu Hongta Tobacco redukuje zużycie pary o 30%

Na trzech liniach produkcyjnych chińskiego producenta tytoniu Hongta Tobacco tytoń jest kondycjonowany w różnych temperaturach. Dokładne ustawienie temperatury na poziomie 60, 65 lub 70°C jest parametrem decydującym o jakości produktu. Wcześniej firma Hongta Tobacco potrzebowała do tego celu nawet 990 kg pary na godzinę, w zależności od ustawionej temperatury. W tym systemie parowym operator zastąpił tradycyjne zawory stożkowe zaworami żaluzyjnymi bez wprowadzania jakichkolwiek innych modyfikacji w instalacji. Następnie dokonano ponownej regulacji temperatury i zmierzono aktualne zużycie pary, uzyskując następujące, imponujące wyniki.

Pomiary wykazały, że zużycie pary zmniejszyło się:

- na linii o temperaturze 60 stopni o 200 kg/h, czyli o 36%,
- na linii o temperaturze 65 stopni o 200 kg/h, czyli o 25%,
- na linii o temperaturze 70 stopni o 150 kg/h, czyli o 17%.

Inwestycja w zawory żaluzyjne zwróciła się w ciągu kilku miesięcy.

Producent oleju palmowego Palmaju Edible Oil oszczędza 5 ton pary dziennie

Oprócz tego, że zawory żaluzyjne posiadają zalety związane z systemem, można je także łatwo zautomatyzować. Potencjalne oszczędności, jakie można osiągnąć dzięki zastosowaniu zaworu żaluzyjnego ze zintegrowanym, inteligentnym pozycjonerem, pokazuje imponujący przykład operatora fabryki oleju palmowego Palmaju Edible Oil w Johor w Malezji. Dzięki zastosowaniu małego zaworu żaluzyjnego o średnicy nominalnej DN32 z cyfrowym pozycjonerem zamiast regulatora bezpośredniego działania w firmie Palmaju Edible Oil udało się zmniejszyć zużycie pary o 5 ton dziennie. Biorąc pod uwagę koszty produkcji energii w Malezji, potencjalne oszczędności operatora instalacji dzięki zastosowaniu tego jednego zaworu wynoszą ponad 25 000 euro rocznie.

Zintegrowany regulator procesu

Opcjonalnie, stosowany tutaj pozycjoner 8049 posiada zintegrowany regulator procesu (IPC) do lokalnego sterowania. Łączy on funkcję pozycjonera i sterownika. Pozwala to na tworzenie lokalnych pętli regulacji – typowych dla obiegów pary – przy minimalnych nakładach na instalację i okablowanie. Czujnik zmiennej procesowej podłącza się bezpośrednio do zaworu, a konfiguracja odbywa się lokalnie lub przez oprogramowanie „DeviceConfig”. Koszt cyfrowego pozycjonera sterującego zaworem żaluzyjnym zwraca się w ciągu kilku tygodni ze względu na wysoką jakość sterowania, zwłaszcza w systemach parowych. Zminimalizowane nakłady pracy związane z instalacją i okablowaniem sprawiają, że przejście z zaworów sterowanych ręcznie na zawory automatyczne jest całkowicie bezproblemowe.

Krótki skok to mniejsze zużycie

Dzięki konstrukcji zaworu żaluzyjnego z powierzchniowym uszczelnieniem dysków w elemencie dławiącym ciśnienie medium działające na ruchomy dysk wspomaga funkcję uszczelniania zaworu. Ta zasada działania zapewnia efekt samodocierania ruchomego dysku. Dzięki temu uszczelnienie powierzchniowe jest znacznie mniej podatne na awarie, a osiągane wskaźniki przecieku wynoszą < 0,0001% wartości Kvs.

Co więcej, nasuwające się na siebie dyski szczelinowe są praktycznie nienarażone na zużycie, dzięki czemu zawory te łączą w sobie długą żywotność z wysoką, trwałą szczelnością, nawet przy wymagających warunkach działania towarzyszących np. systemom parowym. Opcjonalnie dostępne są tarcze suwakowe wykonane z węgla, które gwarantują doskonałe uszczelnienie nawet w bardzo wysokich temperaturach dzięki zastosowaniu połączenia materiałów twardych i miękkich. Bardzo krótki skok to także dłuższa żywotność: mały zakres ruchu i krótkie czasy przełączania chronią dławnicę i napęd. W przypadku zaworu żaluzyjnego oba elementy podlegają znacznie mniejszym naprężeniom. Wiele zaworów żaluzyjnych nie wykazuje śladów zużycia na membranie napędu ani w obszarze uszczelnienia, nawet po kilku latach użytkowania. Montaż zaworów żaluzyjnych jest niezwykle szybki. Dają się one łatwo zamontować między dwoma kołnierzami i są poręczne – zawór o średnicy DN 150 waży zaledwie 15 kg, łącznie z siłownikiem. Oznacza to, że instalacji, demontażu i konserwacji urządzenia można dokonać w pojedynkę. Zawory żaluzyjne produkowane są w rozmiarach od DN 15 do DN 250 dla ciśnień do PN 160 i temperatur medium od –200°C do maks. 530°C.

Zdjęcie 1: Wysoka precyzja sterowania zaworów żaluzyjnych stanowi podstawę pętli sterowania o bardzo krótkich czasach reakcji. Okazuje się, że jest to kluczowy czynnik pozwalający oszczędzić nawet 30% pary.

 

 

 

 

Zdjęcie 2: Dzięki zastosowaniu zaworów żaluzyjnych producent oleju palmowego Palmaju Edible Oil oszczędza 5 ton pary dziennie.

 

 

 

 

 

 

Bibliografia: [1] Lange, R.: Dynamisches Verhalten von Stellventilen, Industriearmaturen Jahrgang 8, Heft 2, Vulkan-Verlag Essen, 2000