Beheben von Problemen und Beseitigen von Problemen im Zusammenhang mit Regelventilen

Ein oszillierendes Steuerventil scheint die Ursache für die Steuerinstabilität zu sein, und die Reparaturbemühungen konzentrieren sich normalerweise nur darauf. Wenn das Problem dadurch nicht gelöst werden kann, beweisen weitere Untersuchungen häufig, dass das Klappenverhalten lediglich das Symptom einer anderen Erkrankung war. In diesem Artikel werden Fehlerbehebungstechniken erläutert, die dem Anlagenpersonal helfen sollen, das Offensichtliche zu überwinden und die wahre Ursache von Steuerungsproblemen herauszufinden.

„Das neue Steuerventil funktioniert wieder!“ Ähnliche Worte wurden von Tausenden von Kontrollraumbedienern auf der ganzen Welt geäußert. Die Anlage läuft nicht gut und die Bediener identifizieren schnell den Übeltäter – ein kürzlich installiertes, sich schlecht verhaltendes Steuerventil. Es kann sein, dass es radelt, es könnte quietschen, es könnte sich anhören, als würden Steine ​​hindurchgehen, aber es ist definitiv die Ursache.

Oder ist es? Bei der Behebung von Steuerungsproblemen ist es wichtig, aufgeschlossen zu bleiben und über das Offensichtliche hinauszuschauen. Es liegt in der Natur des Menschen, für jedes neue Problem die „letzte Änderung“ verantwortlich zu machen. Auch wenn ein unregelmäßiges Verhalten des Steuerventils der offensichtliche Grund für die Besorgnis sein kann, liegt die wahre Ursache meist woanders.

Die folgenden Anwendungsbeispiele verdeutlichen dies.

Schreiendes Steuerventil. Ein Hochdrucksprühventil quietschte nach einigen Monaten Betrieb. Das Ventil wurde gezogen, überprüft und schien normal zu funktionieren. Als das Gerät wieder in Betrieb genommen wurde, ertönte das Quietschen erneut und die Anlage verlangte den Austausch des „defekten Ventils“.

Der Verkäufer wurde zur Untersuchung aufgefordert. Eine kleine Überprüfung ergab, dass das Ventil vom Steuersystem 250.000 Mal im Jahr zwischen 0 % und 10 % geöffnet wurde. Die sehr hohe Zyklusrate bei so geringen Durchflussmengen und hohem Druckabfall verursachte das Problem. Durch Anpassen der Schleifenabstimmung und Anlegen eines leichten Gegendrucks an das Ventil wurde der Zyklus gestoppt und das Quietschen beseitigt.

1. Das Rückführventil einer Kesselspeisewasserpumpe würde beim ersten Öffnen um 15 bis 20 % springen (dargestellt durch die grüne Linie). Dies führte aufgrund der ansteigenden Wasserströme zu erheblichen Kontrollproblemen. Mit freundlicher Genehmigung: Emerson

Sprunghafte Ventilreaktion. Ein Rückführventil der Kesselspeisewasserpumpe klemmte beim Start im Sitz. Wenn sich das Ventil zum ersten Mal vom Sitz lösen würde, würde es aufspringen, was zu Steuerungsstörungen aufgrund unkontrollierten Durchflusses führen würde (Abbildung 1).

Der Ventilverkäufer wurde zur Diagnose des Ventils gerufen. Die Diagnose wurde durchgeführt und es wurde festgestellt, dass der Luftversorgungsdruck deutlich über der Spezifikation lag und viermal höher war, als für einen angemessenen Sitz erforderlich war. Als das Ventil zur Inspektion herausgezogen wurde, stellten die Techniker Schäden am Sitz und den Sitzringen fest, die auf die übermäßige Betätigungskraft zurückzuführen waren und dazu führten, dass der Ventilkegel hängen blieb. Diese Komponenten wurden ausgetauscht, der Luftversorgungsdruck gesenkt und das Ventil wieder in Betrieb genommen, wo es wie erwartet funktionierte.

2. Das Kesselniveau-/Speisewasserregelventil schwankte ständig. In diesem Screenshot stellt die orange Linie den Kesselfüllstand dar, Magenta zeigt den Speisewasserdurchfluss, Grün ist der Speisewassersollwert und Blau zeigt das Speisewasserventilsignal an. Mit freundlicher Genehmigung: Emerson

Unzufriedener Kesselstand. Ein Kesselsteuerungssystem wurde kürzlich modernisiert. Nach kurzer Betriebszeit wurde die Niveauregelung immer unregelmäßiger (Abbildung 2). Der Systemintegrator wurde gerufen, um den Kesselniveauregler neu abzustimmen.

Die wiederholten Schwankungen des Speisewasserflusses deuteten stark darauf hin, dass das Speisewasserventil klemmte, weshalb der Ingenieur der Anlage vorschlug, das Speisewasserregelventil zu überprüfen. Das Ventil wurde auf Bypass geschaltet, überprüft und getestet, es konnte jedoch kein Festsitzen festgestellt werden. Der Automatisierungsingenieur und Techniker ging noch einmal hinaus und testete das Ventil noch einmal, indem er es ganz langsam betätigte. Der Ventilschaft hing ein paar Prozent und sprang dann plötzlich. Letztendlich wurde festgestellt, dass die Ursache des Zyklus ein verschlissenes Bauteil im Stellungsregler war. Die ursprüngliche Prüfung konnte die Ursache nicht finden, da das Ventil in Schritten von 10 % bewegt wurde.

Seltsames Verhalten des Steuerventils. Ein neues Steuerventil würde während des Betriebs unregelmäßig reagieren, wobei der Durchfluss stark ansteigt und das Ventil als Reaktion darauf heftig schwingt. Am Ventil wurde eine Online-Diagnose durchgeführt und es wurden Anpassungen an der Einstellung des Stellungsreglers, dem Versorgungsluftdruck und den pneumatischen Relais vorgenommen. Diese Korrekturen haben geholfen, aber die Ventilschwingungen blieben bestehen.

Letztendlich wurde festgestellt, dass die Ursache des Verhaltens ein undichtes Bypassventil war, das übermäßigen Durchfluss durchließ, wenn der Differenzdruck am Ventil einen bestimmten Wert erreichte. Wenn der Bypass vollständig geschlossen war, arbeitete das Steuerventil normal.

Bei der Behebung eines Steuerungsproblems sollte das Team damit beginnen, das Problem vollständig zu verstehen und zu identifizieren. Häufig konzentrieren sich die Bediener auf einen einzelnen Effekt (z. B. unregelmäßige Durchflussregelung, ungewöhnliches Verhalten des Steuerventils oder laute Geräte) und beschweren sich darüber. Durch das Stellen der richtigen Fragen können Ermittler jedoch einen umfassenderen Überblick über das Problem gewinnen. Passiert das ständig oder nur gelegentlich? Gibt es bestimmte Situationen, in denen dies immer oder nie passiert? Was geschah sonst noch in dieser Zeit? Solche Fragen legen häufig die beitragenden Bedingungen offen und können die Untersuchung in eine völlig andere Richtung lenken.

Tools zur Fehlerbehebung. Gespräche mit Betriebs-, Wartungs- und Technikpersonal sind von unschätzbarem Wert, es ist jedoch ratsam, gegebenenfalls andere Tools zur Fehlerbehebung zu nutzen. Historische Daten können die Situation besser definieren und anzeigen, wann sie eintritt. Andere Prozesstrends aus demselben Zeitraum könnten vor- oder nachgelagerte Bedingungen aufdecken, die dazu beitragen. Druckanstiege, schwankende Strömungen oder andere Prozessschwankungen könnten die Ursache des Problems sein.

3. An Ventilen können Diagnosen durchgeführt werden, um Probleme zu lokalisieren. Mit freundlicher Genehmigung: Emerson

Diagnosetools an digitalen Stellungsreglern können auch Aufschluss über die Leistung des Ventils geben (Abbildung 3). Dies kann Probleme bestätigen (oder beseitigen), die durch den Versorgungsluftdruck, die Einstellung des Stellungsreglers oder mechanisches Hängenbleiben verursacht werden.

Analysieren Sie Daten sorgfältig. Leider können Daten sehr irreführend sein. Schlechte Auflösungs- oder Aktualisierungszeiten für einen historischen Trend können Probleme verschleiern oder auf Probleme hinweisen, die möglicherweise nicht tatsächlich auftreten. Wenn historische Daten selten erfasst werden, kann es sein, dass die Daten einen Spitzenwert vollständig übersehen und eine flache Linie zeigen, da viele historische Trends glatte Kurven zwischen den erfassten Datenpunkten „ausfüllen“. Wenn die Auflösung historischer Daten niedrig ist, sieht der Trend möglicherweise wie Treppenstufen aus, obwohl der eigentliche Prozess reibungslos verlief.

Aktuelle Trends werden beim Zeichnen häufig in voller Auflösung angezeigt und bieten in der Regel eine wesentlich genauere Darstellung des Prozesses. Die Verwendung dieser Informationen während Tests kann viel aufschlussreicher sein, als nachträglich einen historischen Trend abzurufen.

4. Abgenutzte Gestängekomponenten können zu Problemen bei einem Ventilstellungsregler führen. Die abgenutzte Ventilkupplung auf der linken Seite führt dazu, dass der Stellungsregler anzeigt, dass sich das Ventil bewegt, obwohl dies nicht der Fall ist. Mit freundlicher Genehmigung: Emerson

Auch die Ventildiagnose hat ihre Grenzen. Positionsdaten sind nur so gut wie die Positionsinformationen, die sie empfangen. Wenn die Verbindung locker oder abgenutzt ist, stimmt die angezeigte Position nicht mit der tatsächlichen Funktion des Ventils überein (Abbildung 4). Wenn ein Drehventil klemmt, erkennt der Stellungsregler möglicherweise eine Wellenbewegung, die durch Torsion oder Schlupf verursacht wird, obwohl sich die Ventilkugel überhaupt nicht bewegt hat.

Wenn man über ein umfassendes Verständnis des Problems und relevante Daten verfügt, kann man damit beginnen, die Grundursache zu verfolgen, indem man alle möglichen Schuldigen identifiziert und sie durch weitere Tests systematisch beseitigt. Es ist wichtig, bei diesen Tests sorgfältig vorzugehen – ein klebriges Ventil kann nur unter bestimmten Prozessbedingungen und bei Bewegung in kleinen Mengen stecken bleiben. Das Betätigen eines Ventils in Schritten von 25 % testet praktisch nichts. Bei einem vor Ort installierten Gerät kann es zu einem Kurzschluss kommen, obwohl es einwandfrei funktionieren kann, wenn man in der Wartungswerkstatt auf einer isolierten Gummimatte sitzt.

Versuchen Sie nach Möglichkeit, das Problem mithilfe des „Teile-und-Herrsche“-Ansatzes einzugrenzen. Wenn beispielsweise ein stabiles 4–20-mA-Signal vom Steuersystem gelesen wird, während das angeschlossene Ventil unerwartet weiterhub, werden die Verkabelung, die Eingangs-/Ausgangskarte (I/O) und das Steuersystem wahrscheinlich als Ursache ausgeschlossen.

Sobald die Liste der möglichen Ursachen so weit wie möglich verfeinert ist, beginnen Sie mit der Lösung des Problems durch die Implementierung einfacher und kostengünstiger Lösungen. Das Anpassen der Stimmung ist einfacher als der Austausch eines Stellungsreglers. Der Austausch eines Stellungsreglers ist günstiger als der Austausch eines Ventils. Auch wenn die kostengünstigen und einfachen Lösungen unwahrscheinlich erscheinen, ist es oft sinnvoll, mit ihnen zu beginnen, da es kaum Kosten und Aufwand erfordert, sie auszuprobieren.

Wenn Sie mit einem Kontrollproblem konfrontiert werden, gehen Sie mit offenen Augen und unvoreingenommenem Geist vor. Schauen Sie über die offensichtliche Ursache des Problems hinaus. Wie Sherlock Holmes sagte: „Es ist ein großer Fehler, Theorien aufzustellen, bevor man Daten hat.“ Unbewusst beginnt man, Fakten zu verdrehen, um sie an Theorien anzupassen, anstatt Theorien an Fakten anzupassen.“

Ein langes Gespräch mit dem Betriebspersonal und ein paar Sondierungsfragen bringen oft neue Informationen ans Licht und helfen dabei, besser zu erkennen, was möglicherweise passiert. Dieser Aufwand, kombiniert mit etwas Datenerfassung und sorgfältiger Analyse, wird es dem Ermittlungsteam in der Regel ermöglichen, Verdächtige schnell zu eliminieren und letztendlich die Grundursache zu ermitteln.

—Sean Raymond ist technischer Marketingmanager für Fisher Instrumentation bei Emerson Automation Solutions in Marshalltown, Iowa. Er ist außerdem Marketingmanager für ValveLink Software Integration und leitet das Marshalltown Solution Center.

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