제어 밸브 유량 특성 이해

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공장 운영 중에 제어 루프를 조정하는 것은 지속적인 작업인 것으로 보이며 이는 제어 엔지니어와 기술자에게 지속적인 좌절감을 안겨줄 수 있습니다. 공정 제어 밸브 흐름 특성으로 인해 정기적인 루프 튜닝이 필요합니다. 기본 사항을 이해하면 좌절감을 완화하고 루프 안정성을 확보할 수 있습니다. 하지만 먼저 이런 일이 발생하는 이유에 대한 몇 가지 기본 사항을 살펴보겠습니다.

일반적으로 프로세스 제어 루프 피드백 전략은 "흐름"을 조작 변수로 사용하여 원하는 변수를 제어합니다. 이를 달성하기 위해 컨트롤러 출력 신호는 제어 변수를 설정점에 최대한 가깝게 유지하기 위해 필요한 유량(조작 변수)을 전달하는 제어 흐름 밸브로 전송됩니다.

이상적인 기대는 제어 밸브를 통과하는 흐름이 컨트롤러 출력 신호에 비례하여 루프 피드백 "이득"이 모든 프로세스 흐름 조건에 대해 거의 일정하게 유지되고 루프에 필요한 튜닝 매개변수가 모든 작동 조건에 대해 동일하게 유지된다는 것입니다. 그러나 모든 경우에 이런 일이 발생하는 것은 아닙니다.

그림 1의 온도 제어 예를 참조하면 증기 입구 압력은 일반적으로 일정합니다. 따라서 밸브 전체의 압력차(Δp)도 거의 일정하며, 제어 밸브를 통과하는 증기 유량은 밸브 열림 위치(밸브 특성이 선형인 경우)에 대략 비례하거나 결과적으로 컨트롤러 출력에 비례합니다. 신호. 이것은 원하는 제어 루프 작동입니다.

그림 2의 펌프 흐름 제어 예를 참조하면, 펌프 출구 압력은 흐름량이 증가함에 따라 감소합니다. 또한 유량이 증가하면 파이프라인 압력 강하도 증가합니다. 결과적으로 밸브 전체의 Δp는 유량이 증가함에 따라 감소합니다. 온도 제어 예(그림 1)와 동일한 밸브 유형이 사용되는 경우 밸브를 통과하는 유량은 밸브 개방 위치에 비례 관계가 없습니다. 이는 컨트롤러 출력 신호와 제어 밸브 유량 사이의 관계가 다양한 작동 조건 전반에 걸쳐 변경되고 루프 튜닝 매개변수가 실제 프로세스 작동 조건에 따라 다시 조정되어야 함을 의미합니다.

일부 최신 디지털 제어 시스템에는 루프 튜닝의 불편함을 줄이거나 최소화할 수 있는 자체 튜닝/자동 튜닝 기능이 있습니다. 그러나 올바른 밸브 유량 특성을 선택하면 많은 수고와 비용을 절약할 수 있습니다.

연속 공정 제어 밸브의 경우 밸브 주문 시 지정할 수 있는 세 가지 고유한 흐름 특성이 있습니다. '고유한 밸브 특성'과 '설치된 밸브 특성'에는 차이가 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

밸브의 "고유 특성"(그림 3)은 테스트 밸브 전체의 압력 강하가 모든 밸브 개구부에서 일정하게 유지되도록 세심한 주의를 기울이는 시스템에서 수행된 테스트를 기반으로 제조업체가 발표한 특성입니다. 유량. "설치된 특성"(그림 4)은 흐름과 배관 압력 손실 사이의 대략 흐름 제곱 관계로 인해 제어 밸브에 사용할 수 있는 Δp의 변화를 고려하여 고려 중인 특정 시스템의 밸브 위치와 흐름 사이의 관계입니다. 또는 원심 펌프 헤드 곡선.

세 가지 제어 밸브 특성은 다음과 같습니다.

고유한 제어 밸브 흐름 특성은 밸브 전반에 걸쳐 일정한 Δp를 가정하여 설정됩니다. 유량이 증가함에 따라 밸브 Δp가 감소하는 경우(즉, 밸브 압력 강하 감소(vpdd)가 있음을 의미) "설치된 제어 밸브 특성"이 달라져 컨트롤러 신호 출력에서 ​​제어 밸브 유량으로의 비율이 변경됩니다.

일부 최신 디지털 제어 시스템에는 루프 튜닝의 불편함을 줄이거나 최소화할 수 있는 자체 튜닝/자동 튜닝 기능이 있습니다.