Ventilenes Verden 1:5

Riktige reguleringsventiler

Artikkelserien ”Ventilenes Verden” starter med ulike reguleringsventiler.

Riktige reguleringsventiler
(Bilde: Matek Samson Regulering)

Artikkelserien ”Ventilenes Verden” starter med ulike reguleringsventiler.

Utnytter prosessens energi

Selvregulerende ventiler får sitt styresignal ved at den utnytter energien som fins i prosessen. Dette vil være trykk eller temperatur.

For ventiler, som skal regulere et trykk i en eller annen form, skjer dette ved at prosesstrykket øver krefter direkte på et membran inne i aktuatoren. Disse kreftene balanseres så mot en fjær som utgjør settpunktet til ventilen. Endringer i settpunktet gjøres ved å slakke eller stramme fjæra.

Tilsvarende for termostatventiler vil temperaturen i prosessmediet påvirke et temperaturavhengig medium inne i føleren, som i sin tur øver krefter på ventilen. På samme måte, som for trykkstyrte ventiler, vil disse kreftene balanseres mot en fjær som også her utgjør settpunktinnstillingen til ventilen. For å endre settpunktet strammer eller slakker vi fjærkreftene.

Et kjent eksempel på selvregulerende ventiler er reduksjonsventilen mange har på vann-nettet hjemme.

Ventilenes Verden

Automatiserings ”Ventilenes Verden” er utviklet i samarbeid med Arne Møen ved Skogmo vgs.

Møen er en tungvekter innen ventiler. Han har flere år i industrien bak seg, og arbeidet med ventiler hos Matek Samson Regulering fra 1994-2007. Han har også vært engasjert i Profibus Norge og NK 65, en normkomité for blant annet automatisering og industrielle feltbusser.

Andre artikler i serien dekker stengeventiler, aktuatorer, ventilkarakteristikker, trykklasser, kjemiske- og mekaniske egenskaper, støy, kavitasjon, flashing, positionere og feltbusser.

 

Reguleringsventiler arbeider under svært ulike driftsforhold. Det kan være svært høye eller lave temperaturer, eller spesielt vanskelige trykk forhold med store trykkfall. Det kan også være medier som er svært korrosive eller slitende, eller en kombinasjon av flere av disse forholdene. Selv om de fleste reguleringsventiler arbeider i prosesser hvor forholdene er enkle å håndtere, er det likevel svært viktig at fagfolk innen dette feltet har kompetanse til å velge og dimensjonere ventiler riktig særlig når de står overfor mer komplekse driftsforhold.

 

Reguleringsventiler deles inn i to hovedgrupper:

  • styrte ventiler og
  • selvregulerende ventiler.

 

Selvregulerende ventiler

 

Normalt er komponentene i en reguleringssløyfe separate enheter som må tilføres energi for å gjøre jobben de er satt til. For enkle reguleringssløyfer vil ofte et standard oppsett med føler, regulator og pådragsorgan bli både unødvendig komplisert og i dyreste laget. For disse applikasjonene vil selvregulerende ventiler være et meget godt alternativ.

 

Selvregulerende ventiler utfører ikke bare funksjonen til et pådragsorgan, de er i prinsippet en komplett reguleringssløyfe, med måleelement, regulator og pådragsorgan. Det finnes selvregulerende ventiler for trykk (reduksjonsventil, overtrykksventil og differansetrykk), og for flow-regulering. Disse egner seg godt til kontrollsløyfer hvor kravet til nøyaktighet ikke er altfor stort. Selvregulerende ventiler virker uten tilførsel av energi eller styresignal. Dette betyr at vi i tillegg til innkjøpsbesparelser også oppnår betydelig mindre installasjonskostnader. Dette gjelder spesielt hvor det kreves store investeringer ved fremføring av energi til ventilen.

 

En annen fordel med denne ventiltypen, er at de opprettholder sin funksjonalitet selv om det oppstår strøm-/signalbrudd eller bortfall av instrumentluft. Med andre ord en meget god løsning for sikkerhetskritiske applikasjoner. Selvregulerende ventiler får sitt styresignal ved at den utnytter energien som fins i prosessen, se egen boks for detaljer.

 

I tillegg til ventilene som er styrt av et prosesstrykk, finnes det tilsvarende ventiler for temperatur. Her er det en temperaturføler fylt med et temperaturavhengig medium som står i prosessen. Dette mediet vil endre volumet, avhengig av temperaturen i prosessen. Kreftene av volumendringen balanseres mot en fjær som bestemmer settpunktet til ventilen. Når disse kreftene endres i forhold til hverandre, vil dette føre til at ventilen åpner eller stenger.

 

Styrte ventiler

Arbeid med ventiler på Kårstø.
Arbeid med ventiler på Kårstø. Statoil
 

Reguleringsventiler bygges på forskjellige måter basert på de ulike prosesskrav som stilles, i kombinasjon med teknisk/økonomiske fornuftige løsninger. Vi kan dele reguleringsventilene inn i to hovedtyper:

  1. Ventiler som regulerer gjennomstrømmet mengde ved at en spindel med en ventilplugg beveger seg opp og ned, dvs. en seteventil.
  2. Ventiler som regulerer gjennomstrømmet mengde ved at ventilspindelen roterer. Blant disse ventilene finner vi spjeld-, V-port/kalott-, og i noen tilfeller kuleventiler. Sistnevnte er mest kjent som av/på-ventil.

 

Seteventil

 

Seteventilen er svært godt egnet til reguleringsformål, men benyttes også som stengeventil. Denne ventiltypen finnes i prosesser med alle typer medier, både væske, damp og gass. Den er svært godt egnet der det stilles strenge krav til nøyaktig regulering. Den har stort reguleringsområde (for Samson for eksempel typisk 50:1 for ventiler opp til DN 50, og 30:1 for større ventiler).

 

Seteventilen består av ventilhus med trim, yoke og aktuator. Ventilhuset består av trim (sete/plugg) og ventilhuspakning. Trimmen vil ofte være svært utsatt for slitasje og korrosjon. Denne kan imidlertid lett byttes ut. Setet er som oftest skrudd på plass, mens pluggen kun trekkes ut gjennom pakkboks. Også selve ventilhuset vil ofte være utsatt for slitasje.

 

Yoket er ventilens mellomstykke med pakkboks og feste for aktuator. Pakkboksen skal hindre prosessmediet i å komme ut i friluft. Det finnes ulike typer pakkboks. For eksempel selvstrammende V-ring pakkbokser, og en rekke typer som må etterstrammes manuelt i forskjellige materialer, alt etter hvilket medie de skal brukes sammen med.

 

Stopper lekkasjer

 

I lineære ventiler utgjør spindelen en risiko for lekkasje til omgivelsene. Dersom vi har med giftige medier å gjøre, kan vi ikke tåle den minste antydning til lekkasje. For å hindre mediet i å lekke ut, benyttes en pakkboks. I noen tilfeller er imidlertid ikke dette godt nok, da en standard pakkboks alltid vil lekke i større eller mindre grad etter en tids bruk. I slike tilfeller kan vi benytte belgløsninger for å oppnå den nødvendige sikkerhetsgraden.

 

Prinsippet med belg, er at mediet legger seg på utsiden av belgen, mens det er atmosfære på innsiden. Belgen er festet i ventilens mellomstykke (belghuset) i den ene enden og i spindelen i den andre. På denne måten vil det ikke bli noen tetningsflater mot bevegelige deler. På mellomstykket (belghuset) finner vi en ”sniffeplugg” slik at det er mulig å detektere et eventuelt brudd i belgen. I yoke over belgen finnes den samme pakkboksen som ellers ville tette mot mediet, som en ekstra sikkerhet.

 

Mellomstykke med belg benyttes ofte i heatolje applikasjoner og som nevnt i forbindelse med giftige medier.

 

Seteventiler benyttes også som stengeventiler.

 

Spjeldventil

 

Spjeldventilen ble i starten kun benyttet som avstengningsventil, men ble siden også tatt i bruk som reguleringsventil. Den benyttes hovedsakelig i tilfeller med store mengder og små trykkfall. De har begrenset reguleringsevne i forhold til en seteventil. Den jobber i området 20 – 70 grader C. Ventilen leveres i mange utførelser.

 

En vanlig type spjeld er ”Soft-seated” utførelsen, som har et gummiinnlegg rundt setet. Dette gjør at spjeldet får en meget høy tetthetsklasse, men gir et betydelig løsrivingsmoment.

 

Dersom man ønsker et spjeld med lang levetid og god reguleringsevne, er et metalltettende spjeld med eksentrisk eller dobbelteksentrisk lagring å foretrekke.

 

Spjeld med myk tetning er blant de mest benyttede. Grunnen er at de har svært lav lekkasjefaktor. Ofte vil prisen være like avgjørende som lekkasjefaktoren for valget, da metalltettende spjeld har en betydelig høyere pris.

 

Karakteristikken til spjeldventiler er en mellomting mellom lineær og likeprosentlig (logaritmisk).

Ventilhuset har enten flenser eller er konstruert for innspenning (Sandwich). Det finnes også i LUG versjon der boltene gjenges i flensen isteden for å være gjennomgående. Den vanligste versjonen er innspenning. Spjeld som reguleringsventil kommer først og fremst til anvendelse ved store dimensjoner.

 

Kalottventiler

 

Også kalottventiler benyttes der det er ønskelig å regulere store mengder ved lavt trykkfall. Fordelen ved kalottventilen er at den krever forholdsvis lave stengekrefter. Felles for både spjeld og kalottventiler, er at de egner seg godt til applikasjoner der det er fiberholdige eller viskøse medier, og der det er fare for krystallisering. De er også godt egnet for korrosive og slitende medier, da de lett kan utstyres med PTFE- eller keramisk innmat. Mange av dem leveres i eksentrisk eller dobbelt eksentrisk utførelse som standardversjon.

 

Kalottventiler er forholdsvis prisgunstige i forhold til seteventiler, særlig ved store størrelser (DN 80 og oppover). Denne ventil typen har stor utbredelse som reguleringsventil innen papirindustrien.

 

Stengeventiler, som membranventiler og kuleventiler, benyttes også som reguleringsventiler.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå