Energiecentrales zijn afhankelijk van elektrische kleppen voor de regeling van koelwater, brandstofondersteuningssystemen, ventilatielijnen en waterbehandelingsprocessen. Wanneer de externe stroomtoevoer uitvalt, kan een standaard elektrische actuator in zijn laatste positie stoppen. Als die positie niet overeenkomt met de procesvereiste, kan de isolatie, de koeling van apparatuur of het herstel van het systeem worden beïnvloed.
Een fail-safe elektrische actuator gebruikt opgeslagen energie om de klep naar een vooraf gedefinieerde positie te bewegen na detectie van een stroomuitval. De juiste veiligheidspositie kan echter volledig open, volledig gesloten of de laatst bevolen positie zijn. Dit moet worden bepaald door middel van een procesrisicobeoordeling in plaats van één regel voor elke klep toe te passen.
Fail-close is geschikt voor veel isolatietaken, maar het is geen universele vereiste in een energiecentrale.
Typische voorbeelden zijn:
-
Kleppen die gevaarlijke media isoleren, moeten mogelijk gesloten falen;
-
Koelwater- of brandwaterkleppen moeten mogelijk open falen;
-
Sommige regelkleppen moeten op hun plaats blijven om een plotselinge procesverandering te voorkomen;
-
Ventilatiedampers kunnen verschillende posities vereisen voor afzuiging, rookbeheersing of koeling van apparatuur.
De projectspecificatie moet daarom fail-open, fail-close of fail-in-place definiëren voordat het actuatormodel en het energieopslagsysteem worden geselecteerd.
Tijdens normale werking laadt het interne regelcircuit een supercondensator of batterij op. Wanneer het detecteert dat de externe voeding is losgekoppeld, schakelt het de motorvoeding over naar het opgeslagen energieapparaat en drijft het de klep naar de ingestelde veiligheidspositie.
De DCL fail-safe module werkt met een DC24V voeding. Afhankelijk van de actuatorafmeting gebruiken kleinere modellen een supercondensator, terwijl modellen met een hoger koppel een batterij gebruiken. De productdocumentatie specificeert opgeslagen energie voor ten minste vier volledige slagbewegingen.
Wanneer de externe stroom terugkeert, verlaat de actuator de fail-safe modus en hervat de normale bedrijfsmodus. Of de klep automatisch terugkeert naar zijn vorige commando, moet worden bepaald door de besturingslogica en de plantinterlocks.
Het DCL-ontwerp maakt gebruik van een supercondensator of batterij om de elektromotor aan te drijven. Het is geen mechanische veerretour actuator. Deze technologieën verschillen in retour tijd, beschikbaar koppel, onderhoudsvereisten en energieopslagmethode, dus 'veerretour' en 'batterijback-up' mogen niet door elkaar worden gebruikt.
Opgeslagen energiesystemen vereisen ook inspectie van de batterijspanning, triggerrecords en de staat van de energieopslag. Een fail-safe actuator vervangt niet het noodstroomsysteem van de installatie, de interlocking logica of het veiligheidsinstrumentatieontwerp.
Tijdens een stroomuitval moet het opgeslagen energiesysteem nog steeds het werkelijke bedrijfskoppel van de klep overwinnen. De dimensionering moet uitgaan van het maximale koppel van de klepfabrikant en rekening houden met differentiële druk, zittingontwerp, afzettingen en een hoger aanloopkoppel na lange periodes van stilstand.
DCL-documentatie raadt aan om ongeveer 1,1 tot 1,3 keer het klep testkoppel te selecteren. De bedrijfstijd van de actuator moet ook voldoen aan de procesreactievereiste. Hoger koppel alleen bevestigt niet dat de klep zijn veiligheidspositie binnen de vereiste tijd zal bereiken.
Een aan/uit fail-safe configuratie kan passieve schakelsignalen gebruiken voor open- en sluitcommando's en passieve contacten bieden voor volledig open en volledig gesloten status. Modulerende configuraties ondersteunen 4-20 mA ingang en uitgang, met 2-10 VDC of 1-5 VDC beschikbaar op geselecteerde versies.
Modbus RTU kan kleppositiebewaking, batterijspanningsrapportage en fail-safe triggerrecords ondersteunen. Ingenieurs moeten nog steeds bepalen welke signalen beschikbaar blijven tijdens een volledige stroomuitval van de locatie.
Buitenkoelwater-, pomp- en behandelingssystemen kunnen gebruik maken van het DCL weerbestendige bereik, dat standaard IP67 is met IP68 beschikbaar op geselecteerde configuraties. Brandstofbehandelingsgebieden of locaties met brandbare gassen vereisen een aparte beoordeling van gevaarlijke gebieden. Het DCL explosiebestendige bereik omvat een IP68 behuizing en Class I, Division 1 configuraties.
Ingress protection, explosiebeveiliging en fail-safe werking zijn aparte selectievereisten. De ene vervangt de andere niet.
Het DCL weerbestendige bereik omvat standaard uitgangskoppel van 16 tot 3000 Nm, terwijl het explosiebestendige bereik 50 tot 3000 Nm omvat. Beide productfamilies kunnen worden geconfigureerd met fail-safe retour, aan/uit-regeling, 4-20 mA modulatie en Modbus RTU, afhankelijk van het geselecteerde model.
De fail-safe module vermeldt ook 1 kV overspanningsbeveiliging en een 4 kV EFT-interface. Deze parameters beschrijven elektrische immuniteitsfuncties, maar vormen geen SIL-certificering of goedkeuring voor gebruik als het eindelement van een veiligheidsinstrumentatiesysteem.
Het selecteren van een fail-safe elektrische actuator voor een energiecentrale moet beginnen met de vereiste veiligheidspositie, gevolgd door kleppenkoppel, bedrijfstijd, energieopslagmethode, besturingssignalen, omgevingsclassificatie en onderhoudsplan. De actuator kan de veiligheidsstrategie van de installatie alleen ondersteunen wanneer deze vereisten samen worden gedefinieerd.