Panduan Pakar Pengaturan Regulator Tekanan Balik untuk Insinyur Sampel

Pengaturan Regulator Tekanan Balik: Tips untuk Insinyur Sistem Sampel

Jon Kestner, Manajer Produk

Regulator tekanan balik memainkan peran penting dalam mempertahankan tekanan hulu dan melindungi peralatan sensitif dalam sistem sampel yang digunakan di banyak fasilitas industri. Untuk menggunakan regulator tekanan balik dengan tepat, insinyur sistem sampel harus waspada terhadap beberapa kesalahan desain sistem sampel yang umum. Ini meliputi:

• Mengabaikan pentingnya perangkat pembatas aliran hulu
• Mengizinkan terlalu banyak aliran melalui analyzer
• Menempatkan regulator tekanan reduksi berurutan dengan regulator tekanan balik tanpa resistensi aliran di antara kedua perangkat

Dalam tulisan blog ini, kita akan membahas praktik terbaik untuk merancang dan membangun sistem sampel menggunakan regulator tekanan balik dan cara menghindari kesalahan desain umum ini.

Mengatur regulator tekanan balik

Berbeda dengan regulator tekanan reduksi, regulator tekanan balik mengontrol tekanan masuk (tekanan hulu) dan biasanya dipasang di akhir garis. Di sisi lain, regulator tekanan reduksi mengontrol tekanan keluar (tekanan hilir) dan biasanya dipasang di awal garis. Kedua jenis regulator bekerja untuk menyeimbangkan gaya yang dihasilkan oleh tekanan sistem dengan gaya pemuatan di pegas yang dibuat saat menetapkan tekanan set.

Jika keseimbangan ini terganggu karena tekanan eksternal meningkat atau menurun, klep atau poppet regulator akan bergerak lebih dekat atau lebih jauh dari kursi. Bergantung pada sifat gerakan klep, ini akan memungkinkan aliran untuk bergerak melalui orifice regulator dengan lebih mudah atau kurang mudah hingga regulator menetapkan kembali keseimbangan.

Gambar 1 menunjukkan pengaturan regulator tekanan balik yang umum untuk sistem sampel analitik. Ada aliran yang tidak digunakan oleh analyzer (lihat A pada Gambar 1), tugas regulator adalah mengalihkan aliran tersebut ke bypass. Seiring dengan perubahan tekanan sumber, regulator juga mengubah jumlah aliran yang dialihkan untuk memastikan tekanan konstan di inlet regulator dan oleh karena itu aliran yang konsisten mencapai analyzer.

Regulator tekanan balik memerlukan beberapa pembatas aliran (biasanya katup jarum) hulu untuk membantu mengelola tekanan masuk (lihat R1 pada Gambar 1). Jika tidak ada pembatas di antara regulator tekanan balik dan sistem (bahkan panjang tabung yang panjang mungkin memiliki penurunan tekanan minimal dalam sistem gas), regulator tekanan balik akan terbuka lebar dalam upaya untuk memindahkan cukup gas untuk menurunkan tekanan hulu. Ini tidak akan efektif. Dengan pembatas yang ada, laju aliran yang meningkat akan menghasilkan penurunan tekanan yang lebih besar di atas pembatas, membantu menurunkan tekanan hilir.

Salah satu kesalahan yang sering dilakukan oleh perancang sistem sampel adalah menghilangkan pembatas aliran, berpikir bahwa regulator tekanan balik dapat mengontrol tekanan hulu secara langsung. Namun tanpa pembatas, saat aliran sistem berubah, akan terjadi sedikit atau tidak ada perubahan tekanan. Regulator akan terus membuang cairan proses dalam upaya untuk meningkatkan aliran karena tekanan inlet yang ingin dikendalikan tidak akan menunjukkan perubahan apa pun. Ini dapat mengakibatkan regulator terbuka lebar.

Mengizinkan banyak aliran melalui pembatas analyzer (lihat R2 pada Gambar 1) adalah kesalahan desain lain karena dapat menyebabkan tekanan inlet regulator menurun di bawah tekanan setnya. Ini dapat mengakibatkan regulator tertutup sepenuhnya, membatasi aliran ventilasi. Untuk kontrol yang lebih baik, pembatas aliran hulu (R1) harus diukur untuk mengizinkan beberapa aliran melalui regulator bahkan pada laju aliran analyzer maksimum.

Untuk mengatur sistem yang fungsional seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, perancang sistem harus mulai dengan menutup R2, menyesuaikan R1 untuk cukup mengizinkan aliran bypass untuk waktu respons analisis yang diinginkan, dan kemudian menyesuaikan R2 secara halus untuk aliran analyzer yang diinginkan. Aliran bypass harus secara otomatis menurun dengan jumlah yang sama. Jika perlu, buka R1 perlahan hingga aliran bypass setidaknya sama cepatnya dengan aliran ventilasi analyzer. Ini akan memungkinkan regulator untuk mengontrol tekanan inletnya saat tekanan sumber berubah. Jika Anda mengharapkan tekanan sumber akan berubah secara luas, sesuaikan R1 untuk menghasilkan sedikit aliran bypass pada tekanan sumber terendah yang diantisipasi.

Dengan tekanan yang dikontrol oleh regulator tekanan balik dalam kombinasi dengan pembatas aliran R1 dan R2, kita dapat mengontrol aliran ke analyzer dan ke garis ventilasi.

Karena ketiga komponen ini mengontrol aliran ke analyzer dan aliran bypass, katup jarum atau perangkat pembatas lainnya di garis ventilasi bypass tidak diperlukan. Namun, flowmeter bypass tanpa katup jarum berguna untuk mengonfirmasi bahwa regulator mengalirkan beberapa aliran dan mengontrol tekanan inletnya.

Menggunakan regulator tekanan reduksi dan regulator tekanan balik secara berurutan

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, kesalahan desain lain terjadi ketika regulator tekanan balik ditempatkan segera setelah regulator tekanan reduksi. Karena dua regulator tidak dapat mengontrol tekanan yang sama—salah satunya harus kalah.

Untuk menunjukkan kehilangan ini, pertimbangkan dua situasi. Pertama, jika titik set regulator tekanan balik lebih tinggi dari tekanan yang masuk padanya dari regulator hulu, ia akan tetap tertutup karena tidak ada gaya yang cukup untuk mengangkat poppet tekanan balik dari kursi dan mengizinkan aliran melalui regulator tekanan balik. Dalam skenario ini, tidak akan ada aliran bypass, karena regulator tekanan balik akan tetap tertutup.

Dalam situasi kedua, titik set regulator tekanan balik lebih rendah. Karena aliran sekarang meningkat, tekanan pengiriman dari regulator tekanan reduksi akan menurun pada laju kurva droop regulator hulu. Laju aliran meningkat secara drastis, mendorong regulator tekanan balik ke atas kurva akumulasi dan meningkatkan tekanan inletnya.

Hasil dari peningkatan ini bergantung pada pengaturan kedua regulator:

• Jika kedua pengaturan dekat, laju aliran akan naik hingga tekanan droop dari regulator pertama cocok dengan tekanan akumulasi ke regulator kedua. Namun ini menghasilkan laju aliran yang sangat tinggi.
• Jika kedua pengaturan lebih jauh, laju aliran akan naik hingga regulator tersebut tidak lagi mengontrol. Satu regulator akan mengontrol tekanan dan yang lain akan menjadi pembatas aliran.

Laju aliran bypass bergantung pada selisih antara kedua titik set. Ini meningkat hingga regulator “mengumumkan perdamaian.” Saat tekanan hulu berubah atau aliran ke analyzer bervariasi, kedua regulator mencoba mempertahankan tekanan perantara di antara titik set mereka, tetapi dengan hasil yang tidak pasti. Ini diilustrasikan pada Gambar 3.

Ini tidak berarti bahwa dua regulator tidak dapat berfungsi secara berurutan, tetapi satu-satunya cara untuk ini terjadi dengan sukses adalah dengan memiliki pembatas aliran di antara mereka. Gambar 4 menunjukkan skenario ini di mana dengan pengaturan yang benar, kedua regulator beroperasi sebagaimana mestinya, dan tekanan konstan di setiap ujung kedua pembatas. Konsistensi tekanan ini memungkinkan aliran menjadi stabil dan melindungi analyzer dari variasi tekanan sumber dan ventilasi.

Sistem yang berfungsi dengan baik

Untuk menjamin fungsi yang tepat dari regulator tekanan balik, sistem sampel harus dirancang dengan hati-hati untuk memastikan bahwa regulator melakukan pekerjaannya dalam mengontrol tekanan. Tekalan terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat menyebabkan kerusakan atau keterlambatan dalam sistem.

Jika Anda memiliki pertanyaan saat mengatur regulator dalam sistem sampel Anda, kami dapat membantu. Insinyur lapangan Swagelok dapat mengunjungi fasilitas Anda untuk mengevaluasi sistem sampel Anda, memberikan saran desain, atau memecahkan masalah. Alternatifnya, Anda dapat mempelajari semua tentang desain dan penggunaan sistem sampel melalui kursus Pelatihan Sistem Sampel Analitik Proses (PASS) atau Pemecahan Masalah dan Pemeliharaan Sistem Sampel (SSM) kami.