背压调节器设置：采样系统工程师提示

背压调节器设置：采样系统工程师提示

产品经理 Jon Kestner

背压调节器在维持上游压力和保护许多工业设施中使用的采样系统中的敏感设备方面​​发挥着重要作用。然而，为了正确使用背压调节器，采样系统工程师必须警惕一些常见的采样系统设计错误。其中包括：

• 忽略上游限流装置的重要性
• 允许过多的流量通过分析仪
• 将减压调节器与背压调节器串联放置，两个设备之间没有流动阻力

在这篇博文中，我们将讨论使用背压调节器设计和构建采样系统的最佳实践，以及如何避免这些常见的设计错误。

设置背压调节器

与减压调节器不同，背压调节器控制入口压力（上游压力），通常安装在管线末端。另一方面，减压调节器控制出口压力（下游压力），通常安装在管线的开头。两种类型的调节器都可以平衡系统压力产生的力和建立设定压力时产生的弹簧加载力。

如果由于外部压力的增加或减少而破坏了这种平衡，则调节器的阀门或提升阀将移近或远离阀座。根据阀门运动的性质，这将使流量更容易或不太容易地通过调节器的孔口，直到调节器重新建立平衡。

图 1 显示了分析采样系统的典型背压调节器设置。当分析仪没有使用流量时（参见图 1 中的 A），调节器的工作是将流量转移到旁路中。随着源压力的变化，调节器也会改变分流的流量，以确保调节器入口处的压力保持恒定，因此稳定的流量到达分析仪。

背压调节器在上游需要一些流量限制（通常是针阀），以帮助管理入口压力（参见图 1 中的 R1）。如果背压调节器和系统之间没有限制（即使是很长的管道也可能在气体系统中具有最小的压降），则背压调节器将打开，以试图移动足够的气体以降低上游压力。这不会有效。然而，在限制装置到位的情况下，增加的流速将导致超过该限制装置的压降增加，从而有助于降低下游压力。

采样系统设计人员经常犯的一个错误是忽略流量限制器，认为背压调节器可以直接控制上游压力。但如果没有限流器，当系统流量发生变化时，压力几乎没有变化。调节器将继续浪费过程流体以试图增加流量，因为它试图控制的入口压力不会显示任何变化。这可能导致调节器大开。

允许大量流量通过分析仪限流器（参见图 1 中的 R2）是另一个设计错误，因为它会导致调节器的入口压力降至其设定压力以下。这会导致调节器完全关闭，从而限制排气流量。为了更好地控制，上游限流器 (R1) 的尺寸应允许一些流量通过调节器，即使在最大分析仪流速下也是如此。

要设置如图 1 所示的功能系统，系统设计人员应首先关闭 R2，调整 R1 以充分允许旁路流量以达到所需的分析响应时间，然后微调 R2 以获得所需的分析仪流量。旁路流量应自动下降相同的量。如果需要，慢慢打开 R1，直到旁通流量至少与分析仪排气流量一样快。这将允许调节器在源压力变化时控制其入口压力。如果您预计源压力会发生很大变化，请调整 R1 以在预期的最低源压力下产生少量旁通流量。

通过背压调节器与流量限制器 R1 和 R2 控制的压力，我们可以控制流向分析仪和排气管的流量。

由于这三个组件控制流向分析仪的流量和旁通流量，因此不需要在旁通排气管路中使用针阀或其他限制装置。然而，没有针阀的旁通流量计有助于确认调节器正在通过一些流量并控制其入口压力。

串联使用减压和背压调节器

如图2所示，当背压调节器紧跟减压调节器时，会出现另一个设计错误。由于两个调节器无法控制相同的压力 - 其中一个必须失去。

为了演示这种损失，考虑两种情况。首先，如果背压调节器的设定点高于从上游调节器进入的压力，它将保持关闭状态，因为没有足够的力将背压提升阀从阀座上提起并允许流量通过背压调节器。在这种情况下，将没有旁通流量，因为背压调节器将保持关闭状态。

第二种情况，背压调节器的设定点较低。由于现在流量增加，来自减压调节器的输送压力将以上游调节器的下降曲线的速率下降。流速急剧增加，将背压调节器推高其累积曲线并增加其入口压力。

这个增加的结果取决于两个调节器的设置：

• 如果两个设置相近，流量将上升，直到第一个调节器的下垂压力与第二个调节器的累积压力相匹配。但这会导致流速非常高。
• 如果两个设置相距较远，流量将上升，直到该调节器不再受控。一个调节器将控制压力，另一个将成为流量限制器。

旁通流量取决于两个设定点之间的差异。它会增加，直到监管机构“宣布休战”。当上游压力变化或流向分析仪的流量发生变化时，两个调节器会尝试在其设定点之间保持一个中间压力，但结果不确定。如图 3 所示。

这并不意味着这两个调节器不能串联工作，但成功发生这种情况的唯一方法是在它们之间安装一个限流器。图 4 显示了这种情况，在正确的设置下，两个调节器都按应有的方式运行，并且两个限流器两端的压力是恒定的。这种压力的一致性使流量保持稳定，并保护分析仪免受源压力和排气压力变化的影响。

一个正常运行的系统

为保证背压调节器的正常运行，必须仔细设计采样系统，以确保调节器在控制压力方面发挥作用。压力过高或过低都会导致系统损坏或延迟。

如果您在采样系统中设置调节器时遇到问题，我们可以提供帮助。世伟洛克现场工程师可以访问您的设施，以评估您的取样系统、提供设计建议或解决问题。或者，您可以通过我们的过程分析仪采样系统 (PASS) 或采样系统问题解决和维护 (SSM) 培训课程了解有关采样系统设计和使用的所有信息。