Dr.-Ing. Jörg Kiesbauer & Dipl.-Ing. Domagoj Vnucec (Samson AG)
SAMCASOL plant, Spanje
Levenscycluskosten van regelventielen Nieuwe uitgangspunten In de industrie vormt het onderhoud een wezenlijk onderdeel van de kostenstructuur. De onderhoudskosten nemen zelfs een grotere plaats in dan de af te schrijven investerings kosten. Daarom is het in het belang van de eigenaar van de installatie om installatiecom ponenten te gebruiken die worden gekenmerkt door een zo lang mogelijke levensduur. De levensduur van een regelventiel wordt
Afhankelijk van de ventieluitvoering en
belangrijker onderdeel van de ventieldi-
gekarakteriseerd door verschillende fasen.
de bedrijfstoestanden waaraan het ventiel
mensionering.
De daaruit resulterende levenscyclus-
is blootgesteld, kunnen de gebruikskosten
Dit artikel moet aantonen dat de kosten
kosten bestaan uit de aanschafkosten en
een aanmerkelijk deel van de totaalkos-
van de gehele productlevenscyclus bij de
de gebruikskosten die het bedrijf en het
ten vormen. Daarom wordt de beschou-
keuze van een regelventiel moeten worden
onderhoud van een regelventiel omvatten.
wing van de levenscycluskosten een steeds
meegenomen.
2 [ Automatie 8 ] 2012
Cycli
hogere productkwaliteit van een regelven-
betreft de investeringskosten, duurdere
De totale levenscycluskosten worden
tiel aan dat er duidelijk lagere onderhouds-
regelventiel de logische consequentie is.
samengesteld uit de aandelen van meer-
kosten optreden dan bij een vergelijkbare
Hierna wordt aangetoond dat het bepalen
dere cycli (zie afbeelding 1). De basis voor
goedkopere ventieluitvoering. Het beschre-
van het terugverdientijdstip vraagt om een
het totale kostenverloop van een product
ven kostengedrag heeft in de gebruiksfase
zeer goede kennis van de levensduur van
wordt in de eerste fase van de ontwikke-
tot gevolg dat vanaf een zeker tijdstip het
de regelventielcomponenten, afhankelijk
ling en productie gelegd. Deze cyclus wordt
regelventiel met de hogere aanschafkosten
van de mogelijk kritische procesomstan-
gekarakteriseerd door het potentieel van
zich weer heeft terugverdiend. Dit terug-
digheden.
de fabrikant, die met zijn knowhow een op
verdientijdstip moet natuurlijk zo dicht
De laatste levenscyclus van een product is
de proceseisen optimaal afgestemd regel-
mogelijk bij het begin van de gebruiksfase
het afvoeren daarvan. Deze fase wordt puur
ventiel kan ontwikkelen en produceren. De
liggen, zodat voor de eigenaar een groot
formeel bij de beschouwing van de totale
hogere productkwaliteit heeft echter, van-
besparingspotentieel realiseerbaar is en
levenscycluskosten meegenomen. Omdat
wege een hoogwaardig design en dienover-
de beslissing ten gunste van het, voor wat
de demontage- en afvoerkosten relatief
eenkomstige materialen, hogere kosten op het gebied van ontwikkeling, materiaalinkoop en fabricage tot gevolg. De tweede fase van de productlevensduur
Versie 2
is de verkoop respectievelijk aankoop van een regelventiel. De prijs is samengesteld
Versie 1
sing zijnde opbrengst. Aan de kant van de gebruiker moet in deze fase echter ook
Kosten
uit de verkoopkosten plus de van toepasTerugverdientijdstip
rekening worden gehouden met aanvullende kosten met betrekking tot de inbedrijfstelling. Omdat de beschreven kosten onafhankelijk zijn van het verkochte respectievelijk toegepaste regelventiel, en dus onafhankelijk van de productontwikkeR&D / Productie
ling, is in deze levenscyclus van het prozien (zie afbeelding 1). De uit het oogpunt van de gebruiker belangrijkste fase van een regelventiel is
Fabrikant
duct een relatief gelijk kostenverloop te
optredende bedrijfskosten voor energie en bijbehorende bedrijfsmiddelen, zijn vooral de kosten voor onderhoud en reparatie van
Gebruiker
de werkelijke bedrijfstijd. Afgezien van de
> ontwikkelingskosten > Materiaalkosten > Fabricagekosten
Aquisitie/ verkoop > Verkoopkosten > Verkoopopbrengst
> Garantiekosten > Service-opbrengst
> Aankoopprijs > Logistieke kosten > Installatiekosten > Inbedrijfnamekosten
> Bedrijfskosten (energie, verbruikkosten...) > Onderhoudskosten (materiaal, laboratorium, stilstand) > Reparatiekosten (materiaal, laboratorium, stilstand)
een ventiel de belangrijkste factoren voor de levenscycluskosten. In deze fase toont de
1
Gebruiksduur
Afvoer
Tijd
Totale levenscycluskosten en -opbrengsten
2012 [ Automatie 8 ] 3
Medium > Fase > Corrosie > Vaste deeltjes > Hoge temperatuur
Proces
Gebruiksplaats
> Natte stoom > Flashing > Verijzing
> Omgevingscondities > Kwaliteit van luchtvoeding
Regelventiel
Inbedrijfnamesupport
> Ventieltype, klepmodel > Snelheid ventieluitlaat > Cavitatie > Afzettingen > Afzettingen > Trillingen > Doorstroomrichting > Ventielbelasting > Materiaalselectie
Ventieldiagnose Aandrijving
Ventiel
Toebehoren > Dimensionele aandrijving > Hyserese > Regeldynamiek
service support 2
Regelapplicatie
Producttraining
Klepstandsteller
> Regelkarakteristiek > Aantal schakelcycli/jaar
Engingeering
Regelventiel als totaalproduct
3
Deeloverzicht van de mogelijke kritische bedrijfstoestanden en eisen
onafhankelijk zijn van het regelventiel, kan
gewaarborgd. Daarom is het belangrijk dit
voorbeeld nodig wanneer corrosieve media
deze fase voor het nemen van de beslissing
totaalpakket samen met de gebruiker op
en ook media met vaste deeltjes worden
tussen twee ventielen buiten beschouwing
de betreffende toepassing af te stemmen,
getransporteerd. Vooral bij vaste stoffen
worden gelaten.
zodat vanuit zijn oogpunt een optimaal
zijn klepsystemen gevoeliger voor vervui-
product met de laagst mogelijke levenscy-
ling in de vorm van inklem- en invreetpro-
cluskosten kan worden aangeboden.
blemen. Er moet natuurlijk ook rekening
Keuze regelventiel Het aanschaffen van een regelventiel is in
worden gehouden met procesafhankelijke
de klassieke zin van het woord alleen het
Engineering
eigenschappen van diverse media.
kopen van een regelventiel met een bijbeho-
De dimensionering van een regelventiel is
Bijvoorbeeld bij vloeibare media kan -
rende aandrijving en eventueel aanwezige
de basisvoorwaarde bij de optimale keuze
afhankelijk van het proces - een blijvende
aanbouwapparaten, zoals bijvoorbeeld een
voor een bepaald ventiel. Hiervoor moet
uitdamping aan de ventieluitlaat, het zoge-
klepstandsteller. Met het oog op de ver-
van de kant van de gebruiker een zo uitge-
naamde flashing, ontstaan. De twee fasen
mindering van de levenscycluskosten moet
breid mogelijke specificatie worden gege-
veroorzaken in vergelijking met een puur
echter het regelventiel als geheel product
ven. Dit betekent bijvoorbeeld dat proces-
vloeibaar medium een duidelijke toename
worden gezien, bestaande uit verschillende
gegevens zo nauwkeurig mogelijk moeten
van de snelheid, gecombineerd met een
features. Behalve de eigenlijke hardware
worden gespecificeerd, zowel voor het
vergroot gevaar voor erosie. Dit kan wor-
zijn ook andere eigenschappen van belang,
regelwerkpunt als ook voor de minimale en
den opgevangen door gehard materiaal
zoals engineering, inbedrijfstellingssup-
maximale doorstroomcapaciteit. De gege-
te gebruiken en aan de andere kant aan
port, ventieldiagnose, serviceondersteu-
ven specificaties moeten door de fabrikant
de uitstroomzijde na de smoring zo min
ning en producttraining (zie afbeelding 2).
op kritische bedrijfs- en omgevingscondi-
mogelijk bochten en een groot uitstroom-
Deze componenten zijn voor wat betreft de
ties worden geanalyseerd. Een voorwaarde
volume te realiseren. Dit betekent bijvoor-
afweging gelijkwaardig. Wanneer de leve-
voor een betrouwbare analyse is kennis van
beeld voor het smoorlichaam, dat meer-
rancier voor een van deze features niet een
de mogelijke kritische bedrijfstoestanden
trapskleparmaturen volledig ongeschikt
gelijkwaardige kwaliteit kan waarborgen,
(zie af beelding 3), die slijtage tot gevolg
zijn, omdat tussen de kleptrappen weinig
dan heeft dit uiteindelijk ook een duidelijk
kunnen hebben.
volume ter beschikking staat en dus een
gereduceerde kwaliteit van het totaalpro-
versterkte slijtage en bovendien ook tril-
duct ‘regelventiel’ tot gevolg. Want met het
Om een optimaal functionerend regel-
lingen zullen optreden.
oog op zo laag mogelijke levenscycluskos-
ventiel te dimensioneren, moet rekening
Een ander criterium dat de levensduur van
ten moet, naast de engineering en de daar-
worden gehouden met de mediumeigen-
een regelventiel aanmerkelijk beïnvloedt, is
uit resulterende hardware, ook een over de
schappen. Hoge eisen aan het binnenwerk
de uitlaatsnelheid. In het bijzonder twee-
gehele levensduur aanwezige service zijn
voor wat betreft vorm en materiaal zijn bij-
fasige toestanden, zoals f lashing, maar
4 [ Automatie 8 ] 2012
4
Diagnosemeldingen bij een regelventiel
ook natte stoom of cavitatie veroorzaken
ffect dichtslaan van de klep in de zitting en
tie. Hiervoor is bijvoorbeeld een zelfbewa-
in combinatie met te hoge ventieluitlaat-
daardoor beschadiging van het binnenwerk
kend regelventiel al voldoende, dat boven-
snelheden extra slijtage. Bovendien kun-
te voorkomen.
dien een voordelig middel is om aan deze
nen ook trillingen worden veroorzaakt
voorwaarde te voldoen. Bij de zelfbewaking
die, vooral bij kegeltypen die alleen in het
Bovendien moeten ook de eisen aan de stel-
van regelventielen kan met behulp van een
bovendeel van het ventiel worden geleid,
dynamica worden gecontroleerd. Snelle
intelligente evaluatie van standaardsigna-
mechanische beschadigingen veroorzaken.
steltijden in combinatie met een hoog, jaar-
len in een vroeg stadium al eventueel aan-
De cavitatietoestand is op zich nog niet
lijks aantal schakelcycli veroorzaken snel-
wezige slijtageverschijnselen gedetecteerd
schadelijk. Maar er kan wel bij hoge druk-
lere slijtage van de stopbus en dus externe
worden, zoals bijvoorbeeld een aandrij-
verschilverhoudingen cavitatie optreden.
lekkage.
vingslekkage, een zittingpositie of ook een
Daarom moet onder deze bedrijfsomstan-
verandering in de wrijvingscondities. De
digheden zo mogelijk geen draaiarmatuur
De beschreven, maar ook andere kritische
geanalyseerde regelventieldiagnose wordt
worden gebruikt, maar moeten afhankelijk
bedrijfstoestanden moeten in overleg met
tenslotte aan het bijbehorende procesbe-
van de verschildruk (∆p > 25 bar) ook bij
de gebruiker worden vermeden om zo een
sturingssysteem doorgegeven (zie afbeel-
voorkeur meertrapskleparmaturen wor-
betrouwbaar regelventiel met een zo lang
ding 4), zodat voldoende tijd overblijft om
den gebruikt.
mogelijke levensduur te kunnen waarbor-
voor het volgende onderhoudstijdstip de
Indien een hoge afdichtingseis in de vorm
gen.
benodigde reserveonderdelen te bestellen
van een hoge lekkageklasse van toepas-
en de eigenlijke onderhouds- en servicetijd zo kort mogelijk te houden.
nabijheid van de gesloten stand liggen. In
Bewaking van prestaties en onderhoud
het bijzonder in combinatie met tweefasige
De afzonderlijke componenten van een
Een ander belangrijk aspect waarmee bij
of met vaste stof beladen media kan een
regelventiel hebben een verschillende
het onderhoud, vooral bij niet geplande
extra slijtage van de afdichtrand en zo een
levensduur. Vooral afhankelijk van de toe-
installatiestilstand, rekening moet worden
vergroting van de interne lekkage worden
passing kan voortijdige uitval van een van
gehouden, is de nabijheid van verkoop- en
verwacht.
de componenten optreden en hierdoor van
servicesteunpunten met opgeleid personeel
Een kritische beschouwing van de aan-
het gehele regelventiel. Om dit, en de daar-
in de omgeving van de installatie. Want
drijving en ook de aanbouwapparaten is
uit resulterende niet-geplande installa-
een lokale levering van reserveonderdelen
tevens noodzakelijk. Zo moet bijvoorbeeld
tie-uitval te voorkomen, is een goed Plant
door deze steunpunten, waarborgt snelle
bij aan de achterzijde aangestroomde slag-
Asset Management noodzakelijk. Een aan-
reactiemogelijkheden door de leverancier
ventielen een zo stijf mogelijke aandrijving
zet voor een eenduidig Asset Management
van de regelventielen en daardoor zo kort
worden gebruikt om vanwege het zuige-
is preventief onderhoud van de installa-
mogelijke onderhoudstijden.
sing is, mogen de werkpunten niet in de
2012 [ Automatie 8 ] 5
Versie 2
Versie 1
Kosten [% voor LCC (t=o) voor versie 1]
Mediumstatus Cavitatie Uitlaatsnelheid ventiel Klepgeleiding Onderhoudsinterval
5
Vloeistof Beginngend < 5 m/s Klepsteel en zitting
8 m/s Alleen klapsteel Een jaar
700
800 700
Versie 1 Versie 2
600
Versie 1 Versie 2
600 500
500
400
400 300
300
200
200
100
100
0
0
5
10
15
20
0
Aanschaf
t [a]
Onderhoud
LCC vergelijking tussen twee ventieluitvoeringen
Kostenanalyse
levenscycluskosten buiten beschouwing
bekend zijn. Dit betekent dat voor kritische
Het nauwkeurig bepalen van de levenscy-
worden gelaten.
bedrijfstoestanden een database beschik-
cluskosten (Life Cycle Costs, LCC) is van de
baar moet zijn, waarin voor ieder afzon-
kant van de ventielleverancier niet moge-
In het algemeen is de berekening van de
derlijk regelventielcomponent toestandsaf-
lijk. Hiervoor is belangrijke informatie van
onderhoudskosten samengesteld uit de vol-
hankelijk bijbehorende empirisch bepaalde
de gebruiker nodig, zoals installatie-, inbe-
gende parameters. Deze moeten voor alle
MTBF-waarden zijn opgenomen.
drijfstelling- en bedrijfskosten. Het middel
componenten van een regelventiel bekend
Daar waar deze waarden niet bekend zijn of
van de levenscycluskostenberekening is
zijn:
door testen kunnen worden bepaald, zullen
meer van belang om meerdere regelventie-
MTBF: gemiddelde tijdsduur tussen twee
luitvoeringen onderling te kunnen vergelij-
uitvalevents (Mean Time Between
ken. Daarom is een relatieve beschouwing
Failures)
van de levenscycluskosten in principe al
b:
voldoende, wanneer alleen een vergelijking
LFCC: ver vangingsg rens (Limit For
van de aanschafkosten van een regelventiel met de in de gebruiksfase optredende
CMi:
slijtagegedrag in de tijd
deze moeten worden verzameld uit informatie van intelligente klepstandstellers. Met behulp van de parameter voor het slijtagegedrag in de tijd (degressief, lineair,
Change Component)
progressief) kan voor iedere component in
onderhouds- en reservedeelkosten
combinatie met de MTBF-waarde op ieder
onderhouds- en reparatiekosten wordt
tijdstip de bijbehorende slijtagetoestand
uitgevoerd. De genoemde installatie- en
Om de optredende onderhoudskosten tij-
worden bepaald.
bedrijfskosten zijn bij ongeveer gelijke ven-
dens de gehele werkelijke bedrijfsduur te
Bij de onderhoudskosten wordt principieel
tieldoorlaat en bij ongeveer gelijke ventiel-
kunnen opgeven, moet in het bijzonder de
onderscheid gemaakt tussen onderhoud
afmetingen relatief constant. Daarom kun-
levensduur MTBF en het slijtagegedrag
veroorzaakt door uitval, en onderhoud dat
nen deze voor de beperkte bepaling van de
in de tijd voor het te beschouwen proces
plaatsvindt binnen een regelmatige planning. Wanneer binnen een onderhoudsinterval wordt vastgesteld dat de slijtage-
Over de auteurs
toestand de toegestane vervangingsgrens
Dr.-Ing. Jörg Kiesbauer (50) is lid van de commissie ‘Onderzoek en ontwikkeling’ van Samson Ak-
LFCC heeft overschreden, dan is vervan-
tiengesellschaft, Mess- und Regeltechnik, Frankfurt am Main. Hij is werkzaam in de Working Group
ging van de betreffende component nodig.
9 Final Control Elements van de IEC SC 65B en in de DKE K 963 regelventielen voor stromende stof-
De vervangingsgrens zelf is een waarde,
fen enstemgerechtigd lid van het ISA SP 75 Standardization Committee for Control Valves.
die af hankelijk is van de eisen aan het
Dipl.- Ing. Domagoj Vnucec (36) is hoofd van de afdeling ‘Ontwikkelingstestbank’ van Samson AG,
regelventiel. Zo is bijvoorbeeld bij een con-
Mess- und Regeltechnik, Frankfurt am Main.
stant vereiste interne lekdichtheid, eerder een vervanging nodig van de zitting/klep
6 [ Automatie 8 ] 2012
Kosten [% voor LCC (t=o) ]
900 800
Onderhoudsinterval: 1 jaar Onderhoudsinterval: 2 jaar
700 600 500 400 300 200 100 0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
t [a] 6
LCC-vergelijking tussen twee onderhoudsstrategieën
samenstel dan bij standaardeisen. Met
variant wordt gekozen, die alleen in het
onderhoud veroorzaakt door uitval moet
bovendeel van het ventiel wordt geleid, dan
daarentegen bij de levenscyclusberekening
zijn weliswaar de aanschafkosten van deze
Conclusie
rekening worden gehouden met de moge-
variant in vergelijking met de optimale uit-
De beschouwing van de levenscycluskosten
lijkheid dat voor een onderhoudsinterval
voering dertig procent lager, de navolgende
vooraf kan alleen zinvol worden uitgevoerd
een complete slijtage van een component
onderhoudskosten vallen echter een veel-
wanneer de karakteristieke levensduur
optreedt. Dan moeten bij de berekening
voud hoger uit.
MTBF van de afzonderlijke regelventiel-
ook de bijbehorende uitvalkosten op basis
gen hierdoor de levenscycluskosten enorm.
componenten voor alle mogelijke, vooral
van niet geplande stilstand worden mee-
Vanwege de kleinere ventieldoorlaat treedt
kritische, bedrijfstoestanden op empiri-
genomen.
een hogere uitlaatsnelheid op. In combi-
sche basis in een berekeningstool beschik-
natie met de beginnende cavitatie heeft
baar zijn. Daardoor is de berekening van
Met een geschikte LCC softwaretool is
dit een extra slijtage, in het bijzonder in
de levenscycluskosten een nuttig middel
een vergelijking van de relevante levens-
het regelventiel, tot gevolg. Dit is de basis
om een neutrale beoordeling van verschil-
cycluskosten tussen meerdere regelven-
voor de enorm snel toenemende levenscy-
lende regelventieluitvoeringen uit te kun-
tieluitvoeringen mogelijk. In deze tool zijn
cluskosten. Hierdoor is de besparing, die
nen voeren. Hierbij wordt al een goed resul-
de getoonde aspecten, in het bijzonder de
bij de aanschaf van de tweede uitvoering
taat bereikt, omdat een vergelijking tussen
toestandsafhankelijke factoren, geïmple-
optreedt, al na ongeveer een jaar bedrijfs-
de aanschafkosten van een regelventiel en
menteerd.
tijd in de vorm van onderhoudskosten
de onderhoudskosten wordt uitgevoerd.
g
opgebruikt. Af beelding 5 toont het resultaat van een levenscycluskostenvergelijking tussen
Een ander voordeel levert de LCC software-
twee verschillende slagventieluitvoerin-
tool, waarmee vooral bij bekende, kritische
gen bij aanwezige, beginnende cavitatie.
regelventielen de optimale onderhoudsin-
Bij een vanuit technisch oogpunt optimale
tervallen worden bepaald. Het voorbeeld
ventieluitvoering (uitvoering 1) zijn na een
van afbeelding 6 toont dat bij een jaarlijks
beschouwde bedrijfsduur van twintig jaar
onderhoud duidelijk lagere levenscyclus-
totale levenscycluskosten opgetreden, die
kosten optreden dan bij een onderhoudsin-
in wezen uit de aanschafkosten van het
terval van twee jaar. De reden hiervoor is
Voor meer informatie:
regelventiel zijn samengesteld. Wanneer
dat bij een langer onderhoudsinterval ook
E
[email protected] - I
daarentegen met uitvoering 2 een kleinere
ongepland onderhoud optreedt. Vooral
www.samson-regeltechniek.nl
ventieldoorlaat en een eenvoudiger klep-
vanwege de bijbehorende uitvalkosten stij2012 [ Automatie 8 ] 7
