Сегодня, благодаря современным технологическим достижениям, пользователи регулирующей арматуры могут избежать большинства проблем, связанных с неэффективностью использования сжатого воздуха в качестве источника энергии.
Новое решение использует электроэнергию и устраняет зависимость от сжатого воздуха. Это полностью электрическое решение целесообразно и экономически эффективно для большинства применений регулирующей арматуры, включая такие промышленные сектора, как энергетика, химическая, нефтехимическая и в большинстве других отраслей перерабатывающей промышленности. В то время как новое поколение электрических приводов для регулирующей арматуры может не подходить под все технологические процессы, они идеально подходят для многих ситуаций, особенно там, где пользователь сталкивался с проблемами замороженных импульсных линий, а также отсутствием точности процесса. Таким образом, было бы разумно для современного инженера управления технологическим процессом серьёзно рассмотреть, как конструктивные особенности нового поколения полностью электрической регулирующей арматуры могут быть полезны для него. Во многих случаях технологические преимущества этого оборудования могут значительно улучшить качество и количество произведённого продукта в сочетании с уменьшением затрат на технологическое обслуживание и снижением себестоимости установки и эксплуатации. 

Приводы регулирующей арматуры: краткая история

Прежде, чем обсуждать современные технологии, полезно понять, как развивалась автоматизация управления регулирующей арматурой.
Несколько десятилетий назад, основным средством для управления регулирующей арматурой процесса было изменение подаваемого давления воздуха в привод арматуры. Обычно это давление варьировалось от 0,21 до 1 кг/см2. В этом случае закрытое положение арматуры определялось 0,21 кг/см2 и открытое положение 1 кг/см2. 
Это было международным стандартом для позиционирования регулирующей линейной арматуры (и в дальнейшем также поворотной) - уравновешивая давление воздуха относительно противодействующей пружины. Чем выше давление, тем больше сжимается пружина и больше перемещение регулирующей арматуры. Как только давление снижается до 0,21 кг/см2 пружина возвращает шток арматуры в исходное положение.
Это простое управление положением использовалось во многих вариантах управления процессами в промышленности, и было основным решением, предложенным производителями регулирующей арматуры совместно с поставщиками систем управления. Проще говоря, сжатый воздух выступал в качестве энергии для перемещения и управляющего сигнала. Требуемое положение достигалось изменением подаваемого давления, и всей арматурой управлял сжатый воздух, передаваемый по медным трубкам с небольшим диаметром. Задняя часть пультов управления состояла из большого количества труб, умело собранных мастером систем управления. Тем не менее, с появлением компьютеров и программируемых логических контроллеров (ПЛК), дни управляющих сигналов 0,21-1 кг/см2 были сочтены. Вскоре они были заменены электрическими сигналом, передаваемым по медным проводам со скоростью электронов, а не волн давления. Это была революция технологии управления, принесшая значительную экономию средств на установку, а также значительное улучшение возможностей управления.
Другая значительная выгода в изменении технологии – это исключение трудоёмкого обслуживания пневматических систем управления. Фильтры, регуляторы, маслёнки и множество пилотных клапанов были заменены ПЛК и ими управляемыми конечными устройствами. Взамен сигнала давления 0,21-1 кг/см2 общим стандартом стал токовый сигнал 4-20 мА.
Хотя пневматический сигнал управления был заменен токовым сигналом управления, энергия для перемещения большинства регулирующих клапанов - все ещё сжатый воздух. Используемый в прошлом сжатый воздух в качестве управляющего, многими был оценён положительно в качестве использования сжатого воздуха для передачи энергии. Воздух может использоваться для передачи энергии из одного места в другое для дистанционного управления регулирующей арматурой, и другого оборудования. В качестве развития пневматического управления процессами давление воздуха КИП было повышено с 0,21-1 кг/см2 до 5,6 кг/см2. Это позволило развивать большее усилие меньшими по размеру поршнями или диафрагмами. В результате пневматические пружинно – мембранные и поршневые приводы стали основным стандартом для управления положением регулирующей арматуры на многие годы.

Для перевода или передачи прикладываемого управляющего сигнала 4-20 мА в высокое давление, действующее на диафрагму, используется «Позиционер».

Простой пневматический позиционер развился из основной функциональной конструкции, выдающей высокое давление воздуха, используя управляющий сигнал низкого давления, в Смарт-позиционер сегодня. Смарт-позиционер не только управляет воздухом высокого давления в привод арматуры, но также может собирать информацию по требуемому давлению воздуха для различных положений арматуры для обеспечения диагностической информации, возможной к передаче по сигналу 4-20 мА, используя протокол передачи HART. В настоящее время этот метод управления линейной и поворотной регулирующей арматурой является стандартным для всех отраслей промышленности, от извлечения нефти и газа, производства электроэнергии, до химической, нефтехимической и многих других отраслей перерабатывающей промышленности.
Почему электропривод может быть лучше?
Фактически стандартное подключение воздуха КИП со Смарт-позиционером не всегда является лучшим решением для всех применений. Также, как электроника узурпировала технологию управляющего сигнала, электроприводы сейчас предлагают хорошую альтернативу там, где ранее применялись пружинно-мембранные и поршневые конструкции приводов.
В частности, существует много недостатков в использовании сжатого воздуха в качестве источника энергии. В течение многих лет инженерам-технологам приходилось находить сложные обходные пути для преодоления их. Недостатки различаются по степени в зависимости от определённых применений. Использовать электроэнергию для преобразования её в сжатый воздух, а затем передавать его через фильтр-регулятор по длинным трубам с фитингами и направлять в пневматический привод для расширения -  наиболее неэффективный способ передачи энергии из одной точки в другую. 
Неэффективность сжатия и потери на трение при передаче легко составляют потерю до 50% от приложенной энергии. Это можно напрямую сравнить с гораздо более эффективным способом передачи энергии электричеством и преобразованием её в кинетическую энергию в двигателе, напрямую расположенном на регулирующей арматуре. Фактически перенос электрического двигателя с компрессора в привод устраняет промежуточные преобразования передачи совместно с сопутствующими потерями.
В случаях наличия большого количества регулирующей арматуры, возможно значительное сокращение количества вырабатываемого/потребляемого сжатого воздуха, что значительно увеличит производительность и рентабельность работы предприятия в целом. В дополнение, надёжность предприятия и связанная доступность очень важны в нашем рассмотрении. Обеспечение воздухом требует достаточно значительного технического обслуживания для обеспечения допустимой влажности, загрязнённости и других составляющих, не накапливающихся в линиях питания воздухом и не забивающих небольшие отверстия в интеллектуальных позиционерах. Это дополнительное техническое обслуживание имеет значительную стоимость, которую необходимо учитывать в общем анализе. Хотя многие процессы расположены в зданиях, защищающих арматуру и устройства, управляющие процессом, это не всегда так. Часто регулирующая арматура расположена вне здания и подвержена изменениям температуры, которая может опуститься ниже точки замерзания воды. 

Падение температуры ниже точки замерзания приводит к замерзанию линий питания воздухом и выводит из строя пневматический привод регулирующей арматуры и позиционер.
Почему электрический привод для регулирующей арматуры часто лучшее решение?
В Галифаксе, Новая Шотландия, техник с НПЗ рассказал, что каждый год ему приходится менять замороженные импульсные линии, так как они оказывались разорванными. После разрыва трубок некоторыми регулирующими клапанами можно управлять только вручную. Это, безусловно, существенный аргумент в пользу инвестирования в автоматизацию управлением процессом. Другой пример с электростанции в Нью-Гемпшире, где заменили все пружинно-мембранные приводы регулирующей арматуры на управлении топливом из-за эффекта низкой температуры. Низкая температура вызывает негативный эффект не только на привод, но и на увеличение вязкости управляемой среды и увеличение трения в седле арматуры. В результате управлять арматурой очень сложно из-за эффекта сдерживания скольжения, приводящего к «перебегу» арматурой заданного положения.
В применениях в горной промышленности, понижение температуры в сочетании с высотой делают производство сжатого воздуха чрезвычайно дорогостоящим. так как затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию очень значительны. В такой окружающей среде замерзающие импульсные линии янвляются значительной проблемой, приводящей к неисправности привода арматуры и снижению производительности. Есть некоторые случаи, когда подача воздуха необходима только для управления единственным регулирующим клапаном. В этом случае небольшой компрессор в комплекте с воздушной обвязкой занимает значительно места, много весит и стоит. Например, существует большое количество компактных бойлеров, в которых требуется клапан, регулирующий пар и достаточно часто требуется безопасное положение для этого клапана.

Традиционный метод выполнения данного требования - это использование пружинно мембранного привода, при исчезновении воздуха или получении сигнала ПАЗ выпустит воздух чтобы пружина закрыла или открыла клапан в зависимости от требований процесса. С появлением новой технологии Enerdrive System, электроприводы способны запасать электроэнергию в достаточном объёме, чтобы при аварийном отключении основного электропитания перевести арматуру в безопасное положение, запрограммированное в приводе. Кроме того, электроприводы с таким механизмом обладают большими возможностями контроля и безопасное положение может быть запрограммировано в приводе – либо полностью закрыть или открыть, или любое промежуточное положение, при аварийном отключении питания или управляющего сигнала.

Наконец, сжатый воздух, по определению, упругая среда. Фактически в некоторых автомобилях его используют в амортизаторах. Так как сжатый воздух работает как пружина, пневматическая регулирующая арматура не всегда обладает требуемой жёсткостью, необходимой для точного управления процессом. Например, рассмотрим седельный клапан с высоким трением в уплотнении штока или шаровой кран с высоким трением в седле. В любом случае высокое статическое трение требует высокого давления воздуха для начала перемещения арматуры. После начала перемещения арматуры статическое трение замещается динамическим трением, которое значительно меньше. Это препятствует падению избыточного давления воздуха. В результате, арматура перемещается неконтролируемо и часто перебегает требуемое положение, что корректируется обратным перемещением и может приводить к постоянным перемещениях вокруг требуемого положения.

Эта проблема также устраняется электрическим приводом регулирующей арматуры, благодаря высокой жёсткости и управляемости современной механической передачей с электродвигателем и технологией датчиков положения в приводе.

Смотрите также - таблица подбора аналогов расходомеров дял учеа различных сред, в том числе сжатого воздуха