راهنمای انتخاب شیر کنترل

راهنمای انتخاب شیر کنترل رو با هم بررسی میکنیم:

شیرهای کنترل نقش مهمی در تلاش روزمره برای افزایش سودآوری کارخانه فرآیند و صرفه جویی در انرژی دارند.

انتخاب مناسب این شیرها می تواند تأثیر مالی قابل توجهی بر هزینه کلی یک پروژه و میزان کنترل این فرآیند داشته باشد.

راهنمای انتخاب شیر کنترل

برای محدود کردن انتخاب‌ها، مهندس باید بداند که چگونه ویژگی‌های کلی هر نوع شیر با الزامات طراحی سوپاپ‌ها مطابقت دارد.

کنترل شیر

یک حلقه کنترل شامل یک عنصر حسگر، یک کنترل کننده و عنصر کنترل نهایی – شیر و محرک آن است. عنصر حسگر سیگنالی را به یک کنترلر یا یک سیستم کنترل توزیع شده ارسال می کند (DCS ).

کنترل کننده سیگنال را با نقطه تنظیم مقایسه می کند، و سپس با ارسال سیگنال به شیر کنترل، اصلاحات مورد نیاز را انجام می دهد. تصحیح توسط عنصر حسگر اندازه گیری و تأیید می شود و حلقه را تکمیل می کند.

در شکل زیر، مبدل I/P یک سیگنال الکترونیکی را به سیگنالی که پنوماتیک است تغییر می دهد. یک شیر کنترل باید فوراً به هر تغییری در سیگنال واکنش نشان دهد.

برای موثر بودن، یک شیر باید:

• عملکرد در طیف وسیعی از جریان ها (دارای محدوده وسیعی هستند)؛
• به هر سیگنالی در محدوده عملیاتی خود به دقت پاسخ دهید؛
• زمان مرده یا پسماند کمی را نشان دهید.
• به تنظیمات افزایشی کنترلر واکنش نشان دهید (رزولوشن); و
• با سرعت مورد نیاز (سرعت نوازش) پاسخ دهید.
• پاسخ سریع ممکن است برای همه برنامه ها مناسب نباشد.

به عنوان مثال، کاهش سریع یا ناگهانی حفره یک شیر در یک خط لوله ممکن است مضر باشد و باعث ایجاد موج شوک شود. توانایی یک شیر برای کنترل جریان به کیفیت محرک آن بستگی دارد.

ممکن است برای به دست آوردن کنترل دقیق تر، یک موقعیت دهنده اضافه شود. موقعیت‌رسان عملکرد را با تقویت سیگنال کنترل‌کننده بهبود می‌بخشند. ، در نتیجه به پاسخ دقیق تری دست می یابد. این همچنین به غلبه بر اثرات هرگونه اصطکاک ساقه سوپاپ و بهبود خاموشی کمک می کند.

کیفیت هر دستگاه کنترلی را می توان بر حسب بهره، ثابت زمانی و تاخیر زمانی تعیین کرد. از این میان، بهره برای یک شیر کنترل مهم ترین است. بهره، نسبت درصد تغییر در یک متغیر فرآیند به درصد تغییر مسیر سوپاپ است. سود بستگی به ویژگی های شیر و شرایط فرآیند دارد.

پارامترهای طراحی

برای انتخاب صحیح شیر کنترل، ویژگی های سیال و سیستم زیر باید شناخته شود: حالت آن (بخار، مایع یا دو فاز)، فشار بخار، دبی، ورودی و خروجی آن فشارها، دمای ورودی، چگالی، وزن مولکولی، ویسکوزیته، نسبت گرمای ویژه، دمای بحرانی و فشار بحرانی.

حداکثر نرخ جریان مشخص شده باید دارای حاشیه طراحی مناسب (معمولاً ۱۰%) باشد. مشخصات نیاز به دانستن هندسه سیستم، اندازه و شماره برنامه لوله، و مواد ساخت، و همچنین موقعیت ایمن شیر، حداکثر فشار قطع و درصد فلاش (برای سیالات چشمک زن) از طریق شیر است.

از آنجایی که یک شیر کنترل با برق کار می کند، مهندس باید پاسخ آن را به از دست دادن سیگنال یا قدرت در نظر بگیرد – به عنوان مثال، حالت ایمن خرابی شیر. در حدود ۸۰% از کاربردها، شیرهای کنترلی برای بسته شدن ناموفق مشخص شده اند. با این حال، گاهی اوقات، سوپاپ یا باز نمی شود، قفل می شود (موقعیت قفل خراب) یا می رود (به آرامی، بسته یا باز می شود).

در یک سیستم سیل. فنرهای درون کاپوت معمولاً محرک را قادر می‌سازند تا به موقعیت خرابی برسد. در برخی موارد، مانند موقعیت قفل یا شکست، ممکن است به یک منبع برق کمکی (مثلاً یک سیلندر هوا) نیاز باشد. کدهای ایمنی و نگرانی‌ها، و الزامات فرآیند، موقعیت خرابی را تعیین می‌کنند.

ضریب جریان

مهمترین پارامتر شیر برای محاسبه اندازه شیر کنترل ضریب جریان است، Cv.

معادلاتی برای تعیین Cv برای سیالات تراکم ناپذیر، تراکم پذیر، دو فازی و حفره دار یا چشمک زن وجود دارد. این ارجاعات به شما امکان می دهد اندازه شیر اولیه را محاسبه کنید.

تخت و کاپوت

Trim : به قسمت‌های قابل جابجایی و داخلی شیر اشاره دارد که با سیال جاری در تماس هستند.

قطعاتی که به عنوان تریم در نظر گرفته نمی شوند عبارتند از بسته بندی، کاپوت، فلنج پایین و واشر.

تریم رابطه بین ظرفیت جریان و بالابر دوشاخه سوپاپ را حفظ می کند و از خاموش شدن مناسب شیر اطمینان می دهد.

.

صندلی در درجه اول مسئول بسته بودن بسته است. بالا بردن صحیح و بسته شدن محکم نیز تحت تأثیر سایر قسمت‌های دریچه مانند شکل بدنه، طراحی محرک و بسته‌بندی ساقه سوپاپ است.

میزان سفتی مورد نیاز خاموش شدن به نوع سرویس بستگی دارد.

خاموشی با درصد کل جریانی که هنگام بسته شدن شیر نشت می کند اندازه گیری می شود.

استانداردهای صنعتی وجود دارد که الزامات خاموش شدن را برای برنامه های مختلف تعریف می کند.

یک استاندارد رایج که کلاس‌های نشتی را تعریف می‌کند، “نشت صندلی شیر کنترل،” ANSI/FCI 70-2-1998 (3) است. کلاس ها از یک خاموشی ضعیف (کلاس II) تا نشتی تقریباً صفر (کلاس VI) متغیر هستند.

(کلاس I هیچ استاندارد یا نرخ نشتی مرتبط با آن ندارد.) بسته به نیازها، کاربر پس از آن، الزامات خاموش کردن شدید (TSO) را به عنوان یکی از کلاس های خاموش (معمولاً IV، V یا VI) تنظیم می کند. .

تریم سوپاپ انتخاب اساساً بر اساس شرایط عملیاتی سیال، ویژگی جریان ذاتی سازنده برای یک تریم خاص و تأثیر بر ویژگی جریان ذاتی در شرایط عملیاتی مختلف است.

این پارامترها پیش‌بینی مشخصه جریان نصب‌شده را برای هر تریم امکان‌پذیر می‌سازد، که به عنوان مبنایی برای انتخاب تریم استفاده می‌شود.

.

تریم با ظرفیت کاهش یافته به دستیابی به کنترل دقیق در جریان های کم کمک می کند، در حالی که فضایی برای جریان های بالاتر در آینده باقی می گذارد. چنین تزئینی طوری طراحی شده است که جریان از طریق پورت کاهش می یابد، اما دقت کنترل جریان به دلیل کاهش فاصله پلاگین افزایش می یابد.

هیچ قاعده کلی وجود ندارد مبنی بر اینکه از برش‌های کاهش‌یافته باید کمتر از نرخ معینی استفاده شود. با این حال، زمانی که نیاز به کنترل دقیق در ۲۰ تا ۲۵ درصد ظرفیت سوپاپ است، کاهش تریم ممکن است راه حلی باشد.

قفس‌ها در تزئینات رایج هستند و اهداف متعددی را انجام می‌دهند:

• قفس به عنوان راهنما برای دوشاخه عمل می کند و از قرارگیری صحیح آن و برقراری تماس مناسب با صندلی اطمینان می دهد.

  برای تغییر مشخصات جریان نصب شده شیر می توان از قفس مشخص شده استفاده کرد. شکل دهانه های بریده شده در قفس تعیین می کند که آیا یک دریچه با درصد برابر، خطی یا سریع عمل می کند.

• قفس را می توان به گونه ای طراحی کرد که از پخش متعادل نیروهای مایع بر روی شاخه و ساقه اطمینان حاصل کند، که در نتیجه آن را به عنوان یک تریم متعادل و هدایت شده توسط قفس می شناسند.

دوشاخه و ساقه در یک دریچه ساقه کشویی نیروهایی را تجربه می کنند که بر کنترل دوشاخه توسط محرک تأثیر می گذارد و منجر به حرکات ناگهانی و نادرست ساقه و نوارهای مرده بالا می شود.

سیال اطراف ساقه می تواند آن را به سمت بالا، پایین یا به طرفین فشار دهد و حتی نیروهای پیچشی را به آن وارد کند. طرح های تزئینی وجود دارد که با این نیروها مقابله کرده و متعادل می کند. یک تریم متعادل از اصلاحات مکانیکی در دوشاخه یا تریم قفس برای پخش و یکنواخت کردن نیروها استفاده می کند.

کاپوت :

همچنین باید توجه ویژه ای به کاپوت که محرک و بسته بندی سوپاپ. کاپوت ها اغلب به گونه ای طراحی می شوند که محدوده دمایی خاصی را برآورده کنند.

برای سرویس های دمای بالا (مثلاً ۴۵۰ درجه فارنهایت) و دمای زیر صفر، از یک کلاه داخلی استفاده می شود. این کلاه بسته بندی را از دماهای شدید جدا می کند.

در سرویس برودتی، پسوند بسته بندی ساقه سوپاپ را از سیال زیر صفر جدا می کند و از شکننده شدن بسته بندی جلوگیری می کند. گاهی اوقات برای دماهای بالا از کلاه باله ای خارجی استفاده می شود. باله ها باعث اتلاف گرما در هوای محیط می شوند.

نویز :

شیرهای کنترلی به دلیل ارتعاشات مکانیکی، کاویتاسیون یا اثرات آیرودینامیکی نویز تولید می کنند. سرعت های بالا، نوسانات فشار و جریان ناپایدار، ارتعاشاتی را ایجاد می کند که معمولاً کمتر از ۱۰۰ دسی بل (دسی بل) هستند، شدت صدا در حداکثر سطح از هدفون یک رادیو قابل حمل. (مکالمه معمولی حدود ۶۰ دسی بل است و آستانه درد پرده گوش حدود ۱۳۰ دسی بل است.)

صدای ایجاد شده توسط کاویتاسیون بستگی به درجه آن دارد. افزایش افت فشار در شیر باعث افزایش نویز می شود. در حین کاویتاسیون کامل، یک شیر کنترل صدای تق تق می دهد.

با این حال، نویز معمولا کمتر از ۱۰۰ دسی بل است. سر و صدای تولید شده توسط آیرودینامیکی از اختلاط سیالات آشفته با سیال های آرام حاصل می شود. این رایج ترین و بدترین منبع نویز است – سطوح می تواند به بیش از ۱۰۰ دسی بل برسد. محدودیت های نویز برای فرآیند باید به تامین کننده شیر

مشخص شود

انتخاب نوع شیر

سازندگان سوپاپ ظرفیت جریان سوپاپ، که بر حسب Cv، برای اندازه‌ها و انواع مختلف دریچه‌ها بیان می‌شود. هنگامی که نوع دریچه و مشخصه جریان مشخص شد، اندازه اولیه را می توان با محاسبه حرکت شیر ​​برای هر مورد جریان طراحی تعیین کرد.

ضربه نسبت Cv محاسبه شده به Cv واقعی برای یک دریچه خاص است.

دریچه ای را انتخاب کنید که بتواند بین ۱۰ تا ۸۰ درصد حرکت سوپاپ در محدوده مورد انتظار کار کند، یعنی حداقل، معمولی و حداکثر دبی.

قوانین سرانگشتی برای اندازه و انتخاب

از موارد زیر باید به عنوان یک دستورالعمل استفاده شود، اما نه به عنوان معیار طراحی:

• در مدار پمپ شده، افت فشار تخصیص یافته به شیر کنترل باید برابر با ۳۳% تلفات دینامیکی در سیستم در جریان نامی یا ۱۵ psi باشد، هر کدام که باشد. بزرگتر.
• افت فشار تخصیص یافته به شیر کنترل در خط مکش یا تخلیه کمپرسور گریز از مرکز باید ۵% فشار مکش مطلق یا ۵۰% تلفات دینامیکی باشد. سیستم، هر کدام بزرگتر است.
• در سیستمی که فشار ساکن مایع را از یک مخزن تحت فشار به مخزن دیگر منتقل می کند، افت فشار تخصیص یافته به شیر باید ۱۰٪ فشار مخزن پایانه پایین یا ۵۰٪ باشد. از تلفات دینامیکی سیستم، هر کدام که بیشتر باشد.
• افت فشار در شیرها در خطوط بخار به توربین ها، بویلرها و مخازن فرآیند باید ۱۰٪ فشار مطلق طراحی سیستم بخار یا ۵ psi باشد، هر کدام بیشتر باشد.
• نفع یک شیر کنترل هرگز نباید کمتر از ۰٫۵ باشد.
• از استفاده از ۱۰% پایینی و ۲۰% بالای حرکت شیر ​​خودداری کنید. کنترل دریچه در محدوده ۱۰ تا ۸۰ درصد بسیار ساده تر است.
• به طور کلی، بدنه های شیر کنترل یک اندازه کمتر از اندازه خط هستند. اگر این باعث شود که بدنه دریچه به طور قابل توجهی کمتر از اندازه خط باشد، که Cv موثر شیر را کاهش می دهد. پس از این تعمیم استفاده نکنید.

انتخاب مشخصه جریان

در اینجا چند دستورالعمل وجود دارد که برای تصمیم گیری اینکه کدام نوع مشخصه جریان برای یک برنامه خاص مناسب تر است، مفید است.

اینها فقط دستورالعمل هستند و نباید به عنوان توصیه مطلق تلقی شوند:

درصد برابر:

• زمانی که بخش عمده افت فشار سیستم کنترل از طریق شیر نیست
• برای حلقه های کنترل دما و فشار خطی:
• در سرویس سطح مایع یا کنترل جریان
• جایی که انتظار می رود افت فشار در سراسر شیر نسبتاً ثابت بماند
• جایی که بخش عمده افت فشار سیستم کنترل از طریق شیر است.

باز کردن سریع:

• برای سرویس‌های روشن/خاموش مکرر، مانند فرآیندهای دسته‌ای یا نیمه‌پیوسته، یا جایی که جریان بزرگ «فوری» مورد نیاز است، مثلاً برای سیستم‌های ایمنی یا سیل.

مواد ساخت

انتخاب مواد شامل مشخص کردن بدنه سخت، تریم، واشر نرم، مهر و موم و مواد بسته بندی است. به عنوان حداقل نیاز، بدنه و تریم باید با مواد لوله‌های متصل کننده مطابقت داشته باشند.

علاوه بر ترجیحات مشتری و ملاحظات هزینه، ماهیت سیال نیز بر انتخاب مواد تأثیر می گذارد. هنگام کار با مایعات فرساینده و خورنده مراقب باشید.

فرسایش ممکن است با سخت کردن قسمت داخلی شیر با آلیاژهای نیکل یا کبالت کروم کند شود. برای خدمات با دمای بالا و پایین (به ترتیب >800 درجه فارنهایت و زیر صفر) باید در نظر گرفته شود.

به عنوان مثال، در دماهای بالا، شیرها به دلیل انبساط داخلی خود در معرض استرس و نشتی بیشتری قرار می گیرند. مایعاتی که از شیر کنترل عبور می کنند ممکن است تا دمای زیر صفر خنک شوند. این امر مخصوصاً در هنگام دریچه گاز مایعات هیدروکربنی با فشار بالا بیشتر است.

.

برای بررسی دمای خروجی در فشار پایین، باید یک محاسبه فلاش انجام شود.

در سایر خدمات با دمای پایین، مانند مایعات برودتی، رطوبت اتمسفر می تواند باعث یخ زدن اجزای متحرک شیر، مانند ساقه، شود و آنها را از کار بیاندازد.

بنابراین، این شیرها نیاز به عایق دارند. بدنه شیر و پکینگ باید طوری طراحی شوند که در برابر فشار بالا مقاومت کنند. در کاربردهای فشار بالا (> 1000 psi)، از گرافیت برای تقویت بسته بندی های نرم برای جلوگیری از اکستروژن از طریق روزنه های کوچک استفاده می شود.

دریچه های با پورت کاهش یافته بیشتر از پورت های اندازه کامل استفاده می شوند، زیرا اولی افت فشار را برای دستیابی به Cv صحیح ایجاد می کند.

همچنین، یک پورت کاهش‌یافته از آنجایی که در بدنه کوچک‌تری قرار می‌گیرد، هزینه کمتری دارد. از تعیین اندازه‌های عجیب و غریب شیرها، به عنوان مثال، ۱٫۲۵، ۲٫۵، ۳٫۵، ۵ و ۲۲ اینچ خودداری کنید.

شیرها را می توان با اتصالات انتهایی مختلف نصب کرد. RF (صورت برجسته) معمولا استفاده می شود. RTJ (مفصل نوع حلقه) در برخی از کلاس های فشار بالا یافت می شود.

سوپاپ‌ها را می‌توان در جای خود جوش داد و اتصالی بدون نشتی ایجاد کرد. این امر هزینه و وزن فلنج‌ها را از بین می‌برد، اما در صورتی که شیر برای سرویس برداشته شود، ممکن است مشکل ساز باشد.

نگهداری

بدیهی است که یک شیر با طراحی ضعیف ممکن است نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری داشته باشد زیرا نمی تواند به اندازه کافی تحت شرایط سرویس کار کند. مشکلات رایج عبارتند از سایش بدنه سوپاپ، دیافراگم محرک، نشیمنگاه و پکینگ. هر یک از اینها را می توان با انتخاب سبک مناسب شیر و مواد ساخت آن کاهش داد.

به عنوان مثال، دریچه ای که مواد جامد حباب شده را کنترل می کند باید بیشتر تمیز شود تا زباله ها پاک شوند. در این مثال، انتخاب یک شیر گلوب ممکن است توصیه نشود، زیرا زباله ها می توانند از طریق مهر و موم ساقه کشیده شوند، در نتیجه به آن آسیب رسانده و کنترل را محدود می کنند. یک شیر دوار ممکن است انتخاب بهتری باشد.

ساییدگی بسته بندی در اثر اصطکاک بین بسته بندی و میل سوپاپ ایجاد می شود. یک دریچه ساقه کشویی اغلب می تواند منجر به سایش بیشتر از یک شیر با میل چرخشی شود، زیرا میل کشویی می تواند رسوبات را جمع کند و ممکن است آنها را از طریق بسته بندی بکشد. به دلیل اصطکاک زیاد بین ساقه ناهموار و بسته بندی، سایش بسته بندی در دریچه هایی با سطح پایه ضعیف تقویت می شود.

انتخاب یک شیر با سطح ساقه صاف تر می تواند کمک کند. صندلی سوپاپ ممکن است از دو منبع آسیب ببیند: سیال جاری و خود دوشاخه. یک صندلی نرم، که گاهی اوقات برای بسته شدن محکم لازم است، در صورت قرار گرفتن در معرض سیال با مواد جامد به داخل می‌تواند فرسایش یابد.

.

صندلی فلزی برای چنین سرویسی توصیه می شود، در غیر این صورت مهر و موم نرم باید طوری قرار گیرد که از مسیر جریان اصلی محافظت شود. اگر دوشاخه و صندلی در تماس خوبی با هم نیستند، بستن صندلی ممکن است گزینه خوبی باشد. لپینگ، که فقط برای صندلی‌های فلزی اعمال می‌شود، فرآیندی که در آن دوشاخه و نشیمنگاه به‌طور دستی با هم زمین می‌شوند تا سطحی منطبق و در نتیجه تناسب محکم‌تری داشته باشند. انتخاب شیرهایی با برخی ویژگی‌های تشخیصی ممکن است به کاهش تعمیر و نگهداری کمک کند.

شیرهای هوشمند و موقعیت سازها پارامترهای امضای سوپاپ (فشار محرک، حرکت ساقه و غیره) را به نرم افزاری که از آنها برای محاسبه شاخص های عملکرد، مانند اصطکاک و گشتاور ساقه بسته بندی استفاده می کند، رله می کنند. .

نظارت بر امضا می تواند به پیش بینی الزامات نگهداری کمک کند. برای ایمن بودن، در هنگام انتخاب و طراحی شیر، با پرسنل تعمیر و نگهداری و عملیات مشورت کنید.

آخرین احتیاط: اندازه مناسب شیر هم برای کارایی فرآیند و هم از نظر اقتصادی مهم است. یک مشکل گسترده در صنعت، اندازه بیش از حد شیرهای کنترل است که منجر به کنترل ضعیف و کاهش عمر مفید می شود.

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.