Säätöventtiilin valinnan perusteet
Tässä blogikirjoituksessa nostan esiin seikkoja, jotka vaikuttavat säätöventtiilin valintaan ja mitoitukseen. Säätöventtiilin huolellinen valinta on suoraan verrannollinen prosessin toimivuuteen ja laitteen kestoikään.

Saamme tiedusteluita uusista säätöventtiileistä lähes päivittäin. Tyypillinen tiedustelu sisältää tarvitun kappalemäärän lisäksi putken nimelliskoon ja paineluokan, toimilaitteen käyttövoiman sekä väliainetyypin. Näillä tiedoilla päästään jo hyvään alkuun – käytetyn väliaineen perusteella valitaan venttiilityyppi. Esimerkiksi kylläiselle höyrylle Ari Armaturenin istukkasäätöventtiili, kun taas lietteelle saattaisimme harkita Wey Sistagin valikoimista löytyvää levyluistiventtiiliä V-muotoisella virtausaukolla taikka AZ Armaturenin tulppasäätöventtiiliä. Joka tapauksessa - kaikki saatavilla olevat tiedot väliaineesta, paineesta, lämpötilasta, puhtaudesta ja muista fysikaalisista ominaisuuksista on hyvä tuoda ilmi. Näillä tiedoilla on ratkaiseva vaikutus venttiilityypin, paineluokan, runkomateriaalin, tiivistemateriaalien ja sulkuelimen muodon valinnassa sekä optimoinnissa – olemme tyytyväisiä kun saamme valita asiakkaallemme kestävän, hyvin toimivan tuotteen kilpailukykyiseen hintaan.

KVS-arvo määrittelee säätöventtiilin koon

Venttiilityypin ja materiaalin valinnan jälkeen siirrymme tarkastelemaan ehkäpä hankalinta asiaa säätöventtiileiden mitoituksessa – venttiilin KVS-arvoa. Venttiilivalmistaja ilmoittaa säätöventtiileilleen KVS-arvon, jonka yksikkö on m³/h. Se kertoo venttiilin suurimman mahdollisen läpäisykyvyn täysin auki-asennossa, mittaus suoritetaan 20 °C vedellä ja 1 barin paine-erolla. Venttiilille ilmoitettu KVS-arvo on verrannollinen prosessille laskettavaan, vaadittuun KV-arvoon. KV-arvon laskeminen perustuu metriseen järjestelmään ja on yleisesti käytössä Euroopassa ja Aasiassa. Toisinaan alalla törmää myös ilmoitettuun CV-arvoon (GPM, gallonaa minuutissa), joka on KV-arvon vastine imperiaalisessa mittajärjestelmässä.

Säätöventtiilin kokoluokkaa ei määritellä siis putkiston DN-koon, vaan prosessin vaatiman KV-arvon perusteella. Tästä syystä hankinnan yhteydessä vähintään maksimi, mutta toisinaan myös minimi virtausmäärä, ovat tärkeitä mitoitusparametreja. Yleisesti ottaen suuri venttiili ei pysty säätämään hyvin pieniä virtausmääriä, pieni venttiili taas ei kykene läpäisemään suurta virtausmäärää.

Säätöventtiilin käyttötarkoitukset

Säätöventtiilin avulla halutaan tyypillisesti säätää yhtä neljästä eri määreestä: pinnankorkeutta, virtausmäärää, painetta taikka lämpötilaa. Valitun säätöelimen (keila, tulppa, runko) muodon lisäksi säätötapahtumaan vaikuttaa rungon DN-, eli nimelliskoko. Se mitoitetaan läpäisemään koko putkessa kulkeva virtausmäärä (prosessin vaatima KV-arvo), mutta ei yhtään suuremmaksi. Tällöin säätöventtiilin avautuessa ja sulkeutuessa – eli säätyessä – virtausmäärän vaihtelu venttiilin lävitse on mahdollisimman pientä suhteessa karan liikkeisiin ja venttiilin säätöresoluutio on parempi. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että venttiilin avautuessa esimerkiksi silloin kun prosessin lämpötilaa halutaan nostaa 10 °C, lämpötila ei ns. ”ammu yli” tavoitellusta, jolloin venttiiliä jouduttaisi jälleen sulkemaan. Tällaista säätökäyttäytymistä kutsutaan automaatiotermein epästabiiliksi.

Seuraavaksi tarkastelemme käyttöympäristöä ja -lämpötilaa. Haluttaessa esimerkiksi mahdollisimman halpa EN-JL1040 valuraudasta valmistettu venttiili on varmistuttava, että ympäristön käyttölämpötila ei laske alle -10 °C. Tällöin kyseinen materiaali muuttuu hyvin hauraaksi. Yhtälailla kuumassa tai kosteassa laitosprosessiympäristössä joudumme tarkastelemaan esimerkiksi toimilaite-elektroniikan suojausta.

Säätöventtiilien toimilaitteet

Säätöventtiiliin on saatavana toimilaitteita muutamaa erilaista tyyppiä, joista yleisimmät toimintaperiaatteet ovat sähköinen ja sähköpneumaattinen. Esimerkkeinä toimikoot edustamamme Ari Armaturenin DP ja Premio -sarjat. Voimanlähteinä toimivat nimensä mukaisesti sähkömoottori ja toisessa mekaaninen mäntä, jonka pintaan vaikuttava paineilmalla aikaansaatu voima työntää mäntää sylinteriputken sisällä liikuttaen samalla venttiilin karaa. Molemmissa laitteissa on hyvät puolensa ja jatkuvasti kehittyvän tekniikan ansiosta sähköiset toimilaitteet ovat olleet yleistymään päin.

Pneumaattinen toimilaite on ehdoton valinta esimerkiksi täriseviin ympäristöihin, kuten laivoihin. Itse toimilaite on yleisesti sähköistä edullisempi, mutta yhdistelmän hintaa nostaa pneumaattiseen toimilaitteeseen asennettava asennoitin, jonka tehtävänä on tarkkailla venttiilikaran asentoa ja johon ohjaussignaalit syötetään. Asennoitin päästää kaksitoimisessa toimilaitteessa paineilmaa halutulle puolen toimilaitteen mäntää ja täten ohjaa koko yhdistelmän toimintaa. Yksitoimisessa, eli jousipalautteisessa toimilaitteessa vastavoiman paineilmalle luo jousivoima, joka vastaa samalla myös yhdistelmän sulkeutumisesta tai avautumisesta sähkö- tai paineilmakatkoksen aikana. Tyypillinen käyttämämme asennoitin on Siemens PS2.

Silloin kun eropaine venttiilissä on suuri ja sulkuvoimaa vaaditaan paljon, on sähköinen toimilaite järkevämpi ratkaisu. Lisäksi se on kokonaiskustannuksiltaan tavallisesti halvempi. Sähköisen toimilaitteen puolesta mainittakoon vielä kompaktin kokonsa lisäksi sen ominaisuuksien määrä: Esimerkiksi Ari Premio Plus 2G:tä voidaan vakiona ohjata 3-pistekytkennällä, jännitesignaalilla taikka milliampeerisignaalilla. Toimilaite on itsestään säätyvä ja vakiona tulee myös operointimahdollisuus käsipyörän avulla. Jousipalautteisiakin malleja löytyy, mikäli turvatoiminnoille on tarvetta. Tällöin mallina toimii Ari FR 1.2 tai FR 2.2.

Toimilaitteen valintaan tarvittavia tietoja ovat halutun käyttövoiman lisäksi käyttöpaine tai -jännite (bar, V), ohjaussignaali (3-p, V, mA), sekä mahdollisesti halutut lisäominaisuudet kuten rajakytkimet (auki/kiinni asennon tarkkailu), potentiometrit (jatkuva asentotieto), ATEX-hyväksynnät, ym. Mikäli aivan tarkkaa tietoa näistä ei ole, tuo avun monesti automaatiomyyjän kanssa käyty keskustelu mitä säätöventtiiliyhdistelmällä yritetään saada aikaan ja miten sen toimintaa halutaan tarkkailla.

Yhteenveto - säätöventtiilin valintaan ja mitoitukseen vaikuttavat tekijät

Lyhyesti mitä useampaan kohtaan saamme mitoitustiedon venttiilikyselyn yhteydessä, sitä varmemmin saavutetaan haluttu lopputulos ja tarjouksen saaminen nopeutuu:

  • Venttiilin käyttötarkoitus prosessissa
  • Väliaine, lämpötila, tulopuolen paine p1 ja jättöpuolen paine p2, sekä virtausmäärä massa- tai tilavuusvirtana (kg/s, m³/h, tms.).
  • Käyttöympäristö: mahdolliset ympäristön erikoisolosuhteet (esim. tärinä, kosteus, lämpötilat)
  • Toimilaitetyyppi, ohjaussignaali, pneumaattisessa toimilaitteessa ohjauspaine taikka sähköisessä käyttöjännite. Mahdolliset ATEX-vaatimukset.
  • Tilausta tehdessä vaaditut todistukset

Loppusanat

Noniin, nyt asiaa alkoikin tulla jo yhdelle kertaa sulateltavaksi. Kirjoitettavaa löytyisi eropaineista, kavitoinnista, väliaineiden vaikuttavista tekijöistä, keilatyypeistä ynnä muusta, mutta jätän nämä tulevaisuuteen. Mikäli olet kiinnostunut oppimaan lisää, voin suositella myös kaksi kertaa vuodessa järjestettävää LABRA-koulutustamme. Siellä käymme läpi höyry- ja lauhdeprosessin laitteita, mitoitusta, käsiventtiileitä, säätöventtiileitä, putkitusta, ynnä muuta ja olen itsekin osallistumassa kevään 2017 kurssille.

Kaasu- ja polttoainepuolen ihmisille jotka toimivat pääasiassa säiliön/verkon ja polttimen välillä aloimme järjestää LIEKKI-kurssia syksyllä 2016, seuraavan ollessa aikataulutettu maaliskuulle 2017. Tarkempia tietoja löytyy nettisivujemme koulutukset -osiosta.

Tämä oli elämäni ensimmäinen blogikirjoitus, toivottavasti se miellytti. Olen muuten siirtynyt vuodenvaihteessa 2017 myynnin teknisen tuen puolelta Konwellin säätöventtiileiden ja automaatiolaitteiden myyntiin, toivottavasti ollaan tulevaisuudessa yhteydessä. Mikäli mieleen pulpahti kysymyksiä aiheista joista voisin kirjoittaa jatkossa, otan niitä mielelläni myös vastaan.

  • sähköiset toimilaitteet
  • pneumaattiset toimilaitteet
  • toimilaitteelliset säätöventtiilit
Bloggaajan muut kirjoitukset