In che modo la prevenzione-della temperatura eccessiva è integrata in un sistema di controllo del riscaldamento? 11 settembre 2019

Quando si riscaldano sostanze caustiche o sensibili, una grande preoccupazione è che "il mio controller principale potrebbe guastarsi". Cosa si può fare per fermare il surriscaldamento prima che il riscaldatore in PTFE danneggi il processo o se stesso? Questa domanda dimostra che hai una buona conoscenza dei rischi connessi alla gestione di un’impresa. Non dovresti fidarti di una sola parte, non importa quanto sia buona, come unica linea di difesa. Nei sistemi di riscaldamento ben-progettati, la protezione-dalla temperatura eccessiva viene ottenuta utilizzando una strategia ridondante a più livelli anziché un solo meccanismo di controllo.

Limite di sicurezza rispetto al setpoint di controllo
La prima cosa da sapere è la differenza tra un limite di sicurezza e un setpoint di controllo. Il setpoint di controllo è un componente del ciclo che funziona normalmente. Un controller di temperatura PID mantiene tutto in funzione senza intoppi confrontando la temperatura osservata con il setpoint desiderato e modificando la potenza del riscaldatore secondo necessità. Il suo scopo è essere precisi e veloci.

Un limite di sicurezza, d’altro canto, esiste solo per evitare che le cose diventino pericolose. Non cerca di mantenere la temperatura costante. Funziona invece come un interruttore indipendente che entra in funzione solo quando viene raggiunta una determinata temperatura. In breve, il limite di sicurezza è un guardrail che funziona in modo autonomo, separato dal sistema di controllo principale.

Questa divisione delle responsabilità è molto importante. Se un sensore o un controller esegue sia la regolazione che la protezione, l'intero sistema potrebbe guastarsi.

L’idea di sicurezza a più livelli
La maggior parte dei sistemi di riscaldamento industriale dispone di diversi livelli di sicurezza, ciascuno costruito per gestire un tipo di guasto distinto. Il controller di processo, che comunemente è un controller PID, è lo strato principale che mantiene la normale temperatura operativa.

Lo strato successivo è un gadget che protegge da solo dal surriscaldamento. Potrebbe trattarsi di un controller del limite di temperatura con un proprio sensore o di un interruttore termico meccanico integrato nel riscaldatore. Questo livello funziona anche se il circuito di controllo principale si guasta perché non è collegato in alcun modo al controller principale.

Nelle applicazioni con un rischio più elevato, è possibile aggiungere altri livelli, inclusi sensori aggiuntivi, interblocchi collegati a interruttori di flusso o di livello o circuiti di arresto di emergenza che funzionano nell'intero sistema. Ogni livello riduce la probabilità che un errore possa causare danni alle apparecchiature o problemi di sicurezza.

Sensori dedicati e controllori del limite di temperatura
Uno dei dispositivi di protezione secondaria più frequenti è un regolatore del limite di temperatura. Di solito ha una temperatura massima fissa invece di un setpoint variabile, che è diverso da un controller PID. Il controller interrompe immediatamente l'alimentazione al riscaldatore se la temperatura rilevata supera questo limite. Nella maggior parte dei casi, il riscaldatore deve essere ripristinato manualmente.

Questi controller utilizzano spesso un sensore diverso rispetto al circuito di controllo primario, il che è molto importante. Questo sensore può essere posizionato più vicino alla superficie del riscaldatore o in un punto caldo riconosciuto, il che renderà più facile individuare quando la temperatura aumenta troppo rapidamente. Anche se un controller PID si guasta o è impostato in modo errato, il limite di sicurezza continuerà a funzionare perché funziona da solo.

La possibilità di ripristinare manualmente è una caratteristica cruciale. Fa sì che l'operatore esamini la causa del surriscaldamento-invece di lasciare che il sistema si riavvii da solo, cosa che potrebbe causare il ripetersi del problema.

Dispositivi di protezione termica integrati
Alcuni tubi riscaldanti in PTFE hanno una protezione aggiuntiva integrata direttamente nell'unità riscaldante. I fusibili termici o gli interruttori termici bimetallici sono realizzati per interrompere permanentemente o temporaneamente il circuito elettrico quando viene raggiunta una determinata temperatura.

Questi dispositivi ti proteggono solo meccanicamente. Non necessitano di sensori, cablaggi o logica di controllo dall'esterno. Ciò li rende estremamente utili come ultima linea di difesa contro situazioni molto gravi come il fuoco a secco, la perdita del livello del liquido o gravi guasti al controllo.

Tuttavia, la protezione termica-integrata dovrebbe essere vista come un'aggiunta, non come una sostituzione. Alcuni dispositivi necessitano di un nuovo riscaldatore una volta accesi e non offrono la stessa quantità di supervisione a livello di processo-dei controller esterni.

Controllo extra e idee di "voto".
Nei sistemi molto sofisticati o di grande valore, la ridondanza può andare oltre un solo dispositivo di backup. Il sistema di controllo può confrontare le letture di due sensori che misurano lo stesso punto. Se le letture sono troppo distanti, il sistema emette un allarme o si spegne. Questo metodo aiuta a individuare la deriva o il guasto del sensore prima che le temperature diventino pericolose.

Alcuni sistemi più complessi possono utilizzare una logica di voto semplice, il che significa che due segnali su tre devono concordare prima che il sistema possa continuare a funzionare. Questi tipi di progetti sono più tipici nelle grandi industrie di processo, ma l'idea di base è la stessa: non dovrebbe esserci un punto di guasto che renda il sistema insicuro.

Cose a cui pensare durante l'implementazione e il test
Realizzare strati di sicurezza è semplicemente una parte della soluzione. I test periodici sono altrettanto cruciali. Al momento della messa in servizio e successivamente a intervalli regolari, i controllori del limite di temperatura dovrebbero essere ispezionati per assicurarsi che si spengano correttamente. Controllare i sensori per verificare la presenza di ruggine, accumulo di rivestimento o danni meccanici che potrebbero rallentare la loro risposta.

È anche importante avere registrazioni chiare dei setpoint di sicurezza. I limiti di sicurezza dovrebbero essere impostati in modo che siano più alti delle temperature operative tipiche ma inferiori ai livelli che potrebbero danneggiare il riscaldatore, il fluido di processo o altre apparecchiature vicine. le restrizioni troppo elevate per la sicurezza falliscono il loro scopo e le restrizioni troppo basse per la sicurezza possono creare viaggi non necessari.

Considerazioni finali
Un singolo controller o funzionalità non fornisce protezione-dalla temperatura eccessiva negli impianti di riscaldamento. Dipende dalla disponibilità di backup, dall'indipendenza e da un'attenta progettazione del sistema. Un controller PID primario mantiene le cose normalmente e, se qualcosa va storto, limiti di sicurezza indipendenti, tagli termici e altri controller sono pronti a intervenire. Nell'attuale ingegneria dei sistemi termici, il modo migliore per difendersi da liquidi corrosivi, alte temperature o grandi minacce alla sicurezza è utilizzare un piano di protezione multi-livello che includa protezioni sia elettriche che meccaniche.