naar top
Menu
Logo Print
31/01/2018 - SAMMY SOETAERT

JUISTE REGELKLEP LEIDT TOT EFFICIENTIE EN BEDRIJFSZEKERHEID

Keuze volledig afhankelijk van het beschouwde proces

Regelkleppen zitten midden in het proces en houden dit op elk moment van de dag draaiende, zoals bepaald vanuit de controlekamer. Een fout gekozen klep kan echter resulteren in corrosie, cavitatie of andere schade, met alle gevolgen van dien. Bij de keuze streeft men dan ook telkens naar een zo hoog mogelijke efficiëntie en betrouwbaarheid, precies om deze problemen tegen te gaan. Er moet daarbij echter met heel wat parameters rekening worden gehouden, waardoor dit vaak specialistenwerk is. Voor een correct advies komt het erop aan de kleppenleverancier zeker voldoende informatie te verschaffen.

IN HET HART VAN HET PROCES

Situering

Regelkleppen zijn mechanische instrumenten in een actieve omgeving, midden in het proces, en zijn dan ook onderhevig aan heel wat invloeden uit dit proces (zie verder). Ze zorgen ervoor dat het proces loopt zoals het hoort en dus voordelig is voor de onderneming. Dit doen ze door hun opening in de tijd te variëren, waardoor ze meer of minder doorstroming van het medium toelaten; aan de juiste druk en het juiste debiet. Het regelen zelf kan manueel gebeuren, maar verloopt tegenwoordig vrijwel altijd geautomatiseerd. In dit laatste geval spreken we van een continue 'loop' tussen een meetpunt, een vergelijkingspunt (in de controlekamer) en een uitvoeringspunt, waarbij dit laatste element dan de regelklep is. Die bestaat op haar beurt telkens uit drie vaste onderdelen: de sturing, de aandrijving en het kleplichaam.

Werkingsprincipe

De sturing, positioner of klepstandsteller zorgt er hierbij voor dat wat gevraagd wordt na de meting, effectief wordt uitgevoerd. De aandrijving zet een elektrisch signaal om in een pneumatisch signaal en zorgt zo voor de juiste beweging van het kleplichaam, dat als eigenlijk controlegeheel de juiste druk en het juiste debiet aflevert.

Typologieën en technologieën

Afhankelijk van hun opbouw kunnen we drie soorten typologieën van regelkleppen onderscheiden. Vlinderkleppen zijn de goedkoopste variant. Zij hebben een roterend element, net zoals Vee-balls. Globe valves, tot slot, zijn rechtlijnig en hebben dus een op en neer bewegend element voor de regeling. Zoals alle proceskleppen hebben ook regelkleppen af te rekenen met fysicochemische invloeden zoals slijtage, wrijving, hysteresis … Om schade of andere problemen (lawaaihinder, trillingen ...) tegen te gaan, wordt elk van deze typologieën verder voorzien van doorgedreven technologieën (zie verder). De ideale regelklep is dus vrijwel nooit een standaard-'off the shelf'-product: fabrikanten voorzien klantspecifieke designs, speciaal ontworpen voor de beschouwde applicatie.

DE JUISTE KLEP OP DE JUISTE PLAATS

Bij de keuze voor een nieuwe klep is een veelheid aan parameters van belang: de drukval over de klep, het medium dat erdoor stroomt, de temperatuur, de dampspanning … Wanneer het productieproces onderhevig is aan snelle veranderingen, geniet een tijdelijke oplossing de voorkeur op een definitieve oplossing met een te hoge ROI ('return on investment'). Bij een vervanging kan zelfs de reden daartoe interessante informatie zijn voor de kleppenleverancier, zodat die dan de beste oplossing kan adviseren.

Bovendien is het nodig om ook voldoende te weten over het leidingsysteem waarin de klep geplaatst wordt. Regelkleppen moeten voldoende autoriteit te hebben om een goede regeling te kunnen bewerkstelligen. Bij snelle sluitingen kunnen door waterslageffecten ontoelaatbare drukken optreden, waarbij dit dynamische gedrag primair bepaald wordt door het eigenlijke leidingsysteem waarin de klep zich bevindt. Het is duidelijk onbegonnen werk om hier een algemene keuzeleidraad op te stellen. Wel kunnen we stellen dat men bij nieuwe investeringen telkens een maximale efficiëntie en betrouwbaarheid van de kleppen nastreeft.

Efficiëntie

De Cv- of Kv-waarde ('flow coëfficiënt', in respectievelijk imperiale of Europese eenheden) is een maat voor de efficiëntie of het gemak waarmee de vloeistof of het gas door de klep stroomt. Ze varieert uiteraard met het openingspercentage van de klep. Het uitzetten van deze waarde tegenover de procentuele opening van de klep resulteert in een specifieke regelcurve (lineair, equiprocentueel, quick opening ...). Die is nodig voor hersimulaties en voor de bepaling van de juiste technologie voor het binnenwerk van de klep, wat van heel eenvoudig tot heel complex kan variëren (zie kaderstuk).

De Cv-waarde (gallons/h) is recht evenredig met het debiet (Q, gallons/h) en het soortelijk gewicht van het medium (SG, kg/m3), en omgekeerd evenredig met het drukverschil (P, PSI) net voor en achter de klep: Cv = 1,156 Q √(SG/?P). De Kv-waarde (m3/h) wordt gedefinieerd als de capaciteit bij een drukverschil van 1 bar over de klep: Kv = Q √(SG/?P).

Hier komen dus meteen een aantal belangrijke parameters aan bod, die bij extreme uitersten telkens resulteren in een andere aangewezen typologie en/of technologie. Een foute keuze kan hier leiden tot grote energieverliezen (lekdebieten) en dus zware kosten voor de onderneming.

Betrouwbaarheid

Daarnaast streven procestechnologen natuurlijk ook een maximale betrouwbaarheid en bedrijfszekerheid na bij de investering in een nieuwe regelklep.

De kleppen moeten onder alle omstandigheden nauwkeurig werken, hun levensduur moet zo hoog mogelijk zijn en ze moeten bij voorkeur weinig onderhoud vergen, om zo productiestilstanden te vermijden of in ieder geval in te perken. Om deze redenen kan ook een doorgedreven RCA ('root cause analysis') een nuttige denkoefening zijn bij een vervanginvestering, om de problemen met de oude klep te kunnen voorkomen bij het nieuwe toestel.

Uiteraard zijn ook kleppenfabrikanten tegenwoordig bezig met zaken als predictief onderhoud en het Internet of Things. Ze rusten hun tools uit met slimme sensoren, om zo zaken op voorhand te zien aankomen en een onderhoudsbeurt te kunnen inplannen. Zo kan een eventuele grotere storing voorkomen worden en valt het kostenplaatje daarvan weg.

CONCLUSIE

Door enerzijds de immer voortschrijdende stand der techniek en anderzijds het stijgende gebrek aan bedrijfsinterne specialisten moeten bedrijven in de procestechniek hun medewerkers geregeld op cursus sturen of bij fabrikanten of verdelers aankloppen om tot de juiste keuze van regelklep te komen. Het is hierbij van cruciaal belang om deze experten van voldoende informatie te voorzien, zodat zij tot een correct en snel advies voor de beschouwde applicatie kunnen komen.

TECHNOLOGIEEN OM SCHADE TE VOORKOMEN OF TE BEPERKEN


  • CAVITATIE
    Fenomeen dat schade berokkent aan het materiaal (vergelijkbaar met lavasteen, putjes) en aanzienlijke trillingen kan veroorzaken. Dit kan vermeden worden door een klep met een correcte 'recovery factor' (kleine FL-waarde) te gebruiken, of kan worden weggewerkt via 'pressure staging'. Hierbij leiden de openingen tot de juiste recovery factor, om zo boven de desbetreffende dampspanning (PV) te blijven. De gekozen technologie zal uiteindelijk afhangen van het beschouwde medium en van het proces waarin dit medium zich bevindt.
  • FLASHING
    Bij flashing wordt er materiaal weggesleten door de verhoogde snelheid van het medium, wat resulteert in een heel glad oppervlak. Dit in tegenstelling tot het ruwe oppervlak bij cavitatie. Nog in tegenstelling tot cavitatie kan men flashing niet wegwerken. De enige oplossing is hier om het fenomeen gecontroleerd te laten gebeuren. Naargelang van de intensiteit zullen er ook hier verschillende uitvoeringen bestaan.
  • GELUIDSPROBLEMATIEKEN
    Hier ligt de drukval of de snelheid van het medium aan de oorzaak. Geluidsproblematieken kunnen aan de oorsprong worden weggewerkt door de juiste technologie in te zetten. Hoe groter het te doorlopen oppervlak (meerdere niveaus boven elkaar), hoe lager de snelheid en hoe minder geluid.
  • CORROSIE
    In corrosiegevoelige applicaties is niet zozeer de opbouw, maar wel de materiaalkeuze van de klep van groot belang. Afhankelijk van het gebruikte materiaal zal de schade dan ook heel verschillend zijn. Op de foto: Alloy 6 die niet bestendig was tegen het medium ('grey water'); schadebeeld na veertien maanden ingebruikname. Het correct te gebruiken materiaal was hier Inconel 718 met Tungsten Carbide.
  • EROSIE
    Ook media die partikels bevatten, kunnen aanzienlijke schade veroorzaken. Erosie is te vergelijken met het zandstralen van materialen en ook hier ligt de snelheid van het medium aan de oorsprong van het probleem. Hier zijn er drie mogelijke oplossingen: zorgen dat er geen harde deeltjes in het medium terechtkomen, kiezen voor harde materialen (al zal de materiaalkeuze de opgelopen schade alleen maar vertragen) of de snelheid van het medium (of de partikels) naar beneden halen met geavanceerde technologieën.