ترموول

ترموول چیست؟

ترموول از پر مصرف ترین تجهیزات جانبی دما است که جهت محافطت از سنسورهای دما مقاومتی RTD و ترموکوپل در برابر شرایط سخت فرآیندی مانند فشار بالا، جریان با سرعت بالا و سیالات خورنده مورد استفاده قرار می گیرد. این تجهیزات علاوه بر محافظت از تجهیزات اندازه گیری دما و جلوگیری از تخریب و فرسایش آنها، امکان تعویض آسان سنسورهای دمایی را فراهم می کنند.

ترموول (Thermowell) یا غلاف فلزی از یک لوله توخالی یکسر بسته و یکسر باز تشکیل می شود و درون مخازن همراه با سنسور دما قرار می گیرد. این تجهیزات جانبی در صنایع مختلف بر اساس متریال، نوع اتصال، شکل ظاهری، برند سازنده، نوع سیال، دما و فشار فرآیندی، قطر و طول انتخاب می شوند.

به عبارت بهتر ترموول به عنوان مانعی بین سنسور دما (مانند ترموکوپل یا RTD) و سیال فرآیندی که در آن غوطه ور است عمل می کند. این تجهیزات در خط فرآیندی نصب و به طور مستقیم با سیال داخل لوله در تماس می باشند. سنسور دما درون ترموول همیشه با اتصال رزوه ای قرار می‌گیرد که این امر دقت اندازه‌گیری دما را افزایش می‌دهد و از سنسور در برابر شرایط سخت محافظت می‌کند.

ترموول ها به طور گسترده ای در صنایع مختلف از جمله شیمیایی، نفت و گاز، پتروشیمی، پالایشگاه و نیروگاه که در آنها نظارت دما بسیار مهم است کاربرد دارند. هدف از ارائه این مقاله آشنایی با انواع ترموول و راهنمایی جهت خرید بهترین ترموول بر اساس نوع کاربرد و مشخصات فنی است.

فروش ترموول

پیکاتک یکی از بزرگترین تامین کنندگان و واردکنندگان انواع تجهیزات ابزار دقیق و شیرآلات صنعتی در بازار ایران است. این فروشگاه مجموعه‌ای از تجهیزات اندازه‌گیری شامل فشار، دما، سطح، جریان و تجهیزات تست و اندازه‌گیری را عرضه می‌کند. جهت کسب اطلاعات بیشتر در زمینه خرید و فروش، مشاوره فنی و استعلام قیمت ترموول می‌توانید با کارشناسان فروش ما تماس بگیرید.

فروشگاه تخصصی ابزار دقیق پیکاتک انواع تجهیزات اندازه‌گیری دما از برندهای معتبر همچون ویکا، پکنز، ایندومارت، نوافیما و دیگر برندهای شناخته شده را با بهترین کیفیت و قیمت مناسب به سراسر کشور ارسال می‌کند. در این فروشگاه، شما می‌توانید انواع مختلف ترموول‌ها را با توجه به نیازهای خاص خود پیدا کنید

همچنین، پیکاتک اطلاعات دقیقی درباره هر محصول از جمله مشخصات فنی، کاربردها و مزایای هر تجهیز را ارائه می‌دهد. قبل از خرید، می‌توانید با کارشناسان پیکاتک مشورت کنید تا بهترین گزینه را با توجه به شرایط فرآیند و نیازهای خاص خود انتخاب کنید.

اجزای تشکیل دهنده ترموول

ترموول ها از اجزای مختلفی تشکیل می شوند و در ادامه تمامی اجزای ترموول با توجه به عکس معرفی می شوند:

• قطر داخلی ترموول (Bore Diameter - B): این بخش نشان دهنده قطر داخلی استوانه ترموول است. این قطر باید یکسان یا کمی بیشتر از قطر خارجی سنسور دما باشد.
• طول ترموول ( Bore Depth - S): نشان دهنده طول کلی ترموول است.
• طول فرو رفتگی (Immersion Length - U): این بخش طول قسمت فرو رفته ترموول را نشان می‌دهد. طول های غوطه وری ترموول را معمولاً طول "U" می نامند  که از بالای ترموول تا نوک پایین ترموول را به هم متصل می کند.
• قطر انتهایی (Tip Diameter - V): این بخش قطر نوک ترموول را نشان می‌دهد. قطر نوک ترموول بسته به نوع سنسور دما و نیازهای فرایند ممکن است متغیر باشد.
• ضخامت نوک ترموول (Tip Thickness - E): این بخش ضخامت نوک ترموول را نشان می‌دهد. ضخامت مناسب نوک ترموول باید برای محافظت از سنسور دما در شرایط فرایندی مختلف مشخص شود.
• ابعاد قطر پایه (Shank Diameter - Q): این بعد خارجی استم ترموول است و متراکم ترین قسمت است زیرا سطح بیرونی آن در معرض سیال فرآیندی قرار دارد.
• طول قسمت بالا (Extension Length - T): طول الحاقی به ترموول اضافه شده تا به سنسور دما دسترسی آسان‌تری داشته باشید.

استانداردهای ساخت ترموول

ترموول‌ها به عنوان محافظی برای سنسورهای دما مانند ترموکوپل‌ها یا RTDها عمل می‌کنند و این استانداردها اطمینان می‌دهند که ترموول‌ها در شرایط مختلف صنعتی به درستی و ایمن عمل کنند. در ادامه به برخی از مهم‌ترین استانداردهای مرتبط با ترموول‌ها اشاره می‌شود:

• استاندارد ASME 19.3TW (2016): این استاندارد توسط انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME) منتشر شده است. استاندارد ASME 19.3TW (2016) یک استاندارد جدیدتر است که در سال 2016  جایگزین استاندارد 2010 برای محاسبه wake frequency در ترموول است. این استاندارد از روش‌های پیشرفته‌تری برای ارزیابی مناسب بودن یک ترموول برای کاربردهای خاص استفاده می‌کند و برای ترموول های مخروطی، مستقیم و پله ای قابل اجرا است. اما این استاندارد برای ترموول‌های ساخته شده (لوله‌های جوش‌داده شده) کاربرد ندارد.
• استاندارد IEC 61520:2000: این استاندارد ابعاد عملکردی ترموول های فلزی را برای سنسورهای دما با قطرهای اسمی از 3 میلی متر تا 8 میلی متر برای استفاده در صنایع فرآیندی مشخص می کند.
• استاندارد ASME B40.9: این استاندارد اصطلاحات و تعاریف، ابعاد، ایمنی، مسائل مربوط به ساخت و نصب، روش های آزمایش و توصیه های کلی را ارائه می دهد.

بنابراین استانداردهای ترموول به عنوان یک راهنمای جامع برای طراحی، ساخت و کاربرد ترموول‌ها عمل می‌کنند و به اطمینان از ایمنی، دقت و کیفیت در اندازه‌گیری دما کمک می‌کنند. رعایت این استانداردها در صنایع مختلف به بهبود عملکرد و کاهش خطرات ناشی از استفاده نادرست از ترموول‌ها منجر می‌شود.

انواع ترموول 

ترموول ها از اجزای ضروری فرآیندهای صنعتی می باشند که در ابعاد متفاوتی تولید می شوند. ترموول های کوچک برای شرایط فرآیندی با فشار بالا و ترموول های بزرگ برای اندازه گیری دمای مایعات مناسب می باشند.

علاوه بر آین آنها با توجه به نوع سیال، دما و فشار فرآیندی از متریال مختلفی ساخته می شوند تا مقاومت در برابر خوردگی و دوام خوبی را ارائه می دهند. همچنین انواع ترموول‌ها از لحاظ شکل ظاهری به سه دسته ترموول صاف (straight thermowell)، ترموول مخروطی (tapered thermowell) و ترموول پله‌ای (stepped thermowell) تقسیم شوند:

ترموول صاف:

قسمت غوطه‌وری ترموول دارای طول یکسان و شکل استوانه‌ای است. این نوع ترموول استحکام بالایی دارد اما استفاده از آن ممکن است باعث ایجاد افت فشار بیشتر و جریان های گردابی بیشتر در سیال شود.

ترموول مخروطی:

مناسب ترین و رایج ترین نوع ترموول است. در ترموول مخروطی، قطر ترموول به محض نزدیک شدن به نوک آن کاهش می‌یابد و شکل آن به صورت مخروطی است. ترموول مخروطی کمترین جریان گردابی و افت فشار را در مقایسه با سایر انواع ترموول‌ها ایجاد می‌کند. به‌طور کلی، ترموول مخروطی برای سیالات مایع با سرعت بیشتر از 5 متر بر ثانیه و سیالات گازی با سرعت بیشتر از 15 متر بر ثانیه استفاده می‌شود.

ترموول پله‌ای:

در ترموول پله‌ای، قطر ترموول در طول آن به شکل پله‌ای تغییر می‌کند و در نهایت در قسمت نوک غوطه‌وری کمترین قطر را دارد. این نوع ترموول به دلیل داشتن قطر کوچک در نوک، پاسخ زمانی سریع‌تری را فراهم می‌کند اما استحکام کمی دارد. ترموول پله‌ای بیشتر در جاهایی استفاده می‌شود که سرعت سیال مدنظر نباشد و پاسخ زمانی سریع و دقت بالا از اهمیت بالایی برخوردار باشد.

جدول مقایسه انواع ترموول بر اساس شکل ظاهری

مزایای استفاده از ترموول

استفاده از ترموول ها به عنوان اکسسوری همراه با تجهیزات اندازه گیری دما ضروری است. این تجهیزات مزایای متعددی را ارائه می دهند که در ادامه ذکر می شود:

• محافظت از سنسور دما: ترموول‌ها از سنسورهای دما در برابر شرایط محیطی سخت، از جمله فشار و دمای بالا یا سیالات خورنده محافظت می‌کنند. این ویژگی موجب افزایش عمر مفید سنسورهای دمایی می‌شود.
• تعمیر و نگهداری آسان: ترموول ها امکان حذف و جایگزینی آسان حسگرهای دما را بدون نیاز به تخلیه سیال فرآیند یا وقفه در عملیات فراهم می کنند. این امر زمان خرابی و هزینه های تعمیر و نگهداری را به حداقل می رساند.
• کاربرد گسترده: ترموول ها در متریال مختلف (مانند فولاد ضد زنگ، برنج و غیره) و طرح ها (مانند مخروطی، صاف وپله ای) با انواع اتصالات (جوشی، فلنجی، رزوه ای و بهداشتی) موجود هستند که آنها را برای طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی مناسب می کند.
• افزایش دقت اندازه گیری: با ایجاد یک محیط پایدار برای سنسور، ترموول ها می توانند به بهبود دقت و قابلیت اطمینان اندازه گیری دما، به ویژه در شرایط جریان آشفته کمک کنند.
• جداسازی سنسور از سیالات فرآیندی: ترموول ها سنسور دما را از سیال فرآیند جدا می کنند، که برای جلوگیری از آلودگی و آسیب به سنسور، به ویژه در فرآیندهای مربوط به مواد تهاجمی یا خطرناک مفید است.
• افزایش ایمنی: با محافظت از سنسورها در برابر شرایط شدید، ترموول ها به ایمنی کلی فرآیند کمک می کنند و خطر خرابی سنسور را که می تواند منجر به موقعیت های خطرناک شود، کاهش می دهد.
• سازگاری با سنسورهای مختلف: ترموول ها می توانند انواع مختلفی از سنسورهای دما (مانند ترموکوپل ها و RTD ها) را در خود جای دهند که انعطاف پذیری در راه حل های اندازه گیری دما را فراهم می کند.
• مقرون به صرفه بودن: توانایی آنها در افزایش عمر سنسور و کاهش نیازهای تعمیر و نگهداری می تواند منجر به صرفه جویی در هزینه کلی در عملیات صنعتی شود.

بنابراین استفاده از ترموولها به عنوان یک راه حل مؤثر برای کاهش خطرات و مشکلات مرتبط با تعمیر و نگهداری سنسورهای دمایی بسیار رایج است. به عنوان مثال، در مواردی مانند مخازن روغن، استفاده از ترموولها به‌سادگی و بدون نیاز به تداخل با سیال امکان تعویض سنسورهای دمایی را فراهم می کند.

انواع اتصالات ترموول

نوع اتصال بین ترموول و سیستم فرآیندی به عنوان مثال لوله ها، راکتورها و مخازن به شرایط فرآیندی مانند دما، فشار و الزامات کاربرد بستگی دارد. انواع اتصال ترموول عبارتنداز:

ترموول رزوه ای (Threaded Thermowell)

در این نوع ترموول پایه ترموول دارای رزوه است که به داخل یک لوله یا تجهیزات دیگر با استفاده از پیچ و مهره متصل می‌شود. این نوع ترموول برای کاربردهای با فشار و دمای پایین و سیالات غیر خورنده مناسب است.

ترموول فلنجی (Flanged Thermowell)

در این نوع ترموول، پایه ترموول دارای فلنج است که به فلنج موجود در لوله یا تجهیزات دیگر متصل می‌شود. این نوع ترموول برای کاربردهای با فشار و دمای بالا همچنین سیالات خورنده مناسب است و امکان تعویض دوره ای را فراهم می کند.

ترموول جوشی (Welded Thermowell)

در این نوع ترموول، پایه ترموول از طریق جوشکاری به لوله یا تجهیزات دیگر متصل می‌شود. این روش شامل جوشکاری ترموول به سطح لوله یا تجهیزات با استفاده از تکنیک‌های جوشکاری مناسب است. ترموول‌های اتصال جوشی با اتصال دائمی برای کاربردهای با فشار و دمای بسیار بالا ایده آل است.

ترموول بهداشتی (Sanitary Thermowell)

این ترموول با اتصال کلمپی و مطابق با استانداردهای بهداشتی در صنایع غذایی و داروسازی مورد استفاده قرار می گیرد و سنسور دما را در برابر فشار، سرعت بالا و سیالات خورنده ایزوله و محافظت می کند. این اتصالات معمولاً در مواردی کاربرد دارند که اتصالات رزوه ای در معرض آلودگی ممکن است آلاینده ها را جمع آوری کنند. پولیش و شعاع بزرگ بین استم و فلنج، تمیز کردن آسان‌تر را پشتیبانی می‌کند.

جدول مقایسه انواع ترموول بر اساس اتصال

اثر Wake Frequency در ترموول ها

با قرار گیری ترموول در مسیر عبور جریان یکسری گرداب در پایین دست ترموول ایجاد می شود که به این گردابها کارمن ورتکس (Von Karman vortices) گفته می شود. فشار تفاضلی ناشی از این گرادبها نیروهای متناوبی به ترموول وارد می کند و باعث لرزش ترموول می شود.

با گذشت زمان لرزش ترموول موجب خستگی مکانیکی و شکستگی ترموول می شود. فرکانس گردابها بین 50 تا 1500 هرتز متناسب با سرعت جریان سیال است و با قطر نوک ترموول نسبت عکس دارد.

محاسبات فرکانس ترموول باید در مراحل طراحی و مشخصات ترموول و حتماً قبل از ساخت آن انجام شود. این محاسبات اطمینان می‌دهند که طراحی ترموول به اندازه کافی قوی است تا بتواند با نیروهای ایجاد شده توسط رسانه فرآیند مقابله کند.

انجام محاسبات فرکانس برای هر ترموول ضروری نیست. اکثر مهندسان ابزار دقیق تنها در شرایط خاصی این محاسبات را انجام می‌دهند، مانند زمانی که نرخ جریان سیال بالا باشد (معمولاً در جریان گاز) و اثر میرایی سیال کم باشد، یا زمانی که طول ترموول در مقایسه با قطر داخلی لوله طولانی باشد.

توجه نمایید عواملی که میتواند Wake Frequency را کاهش دهد شامل تغییر اتصال ترموول به جوشی، تغیر محل نصب ترموول، تغییر جنس ترموول برای استحکام بیشتر، تغییر نوع shank ترموول به پیچی یا مخروطی می شوند.

جدیدترین نوع ترموول Helical Thermowells

طراحی هلیکال تشکیل گرداب و خستگی مکانیکی را در ترموول ها به حداقل می رساند. برای جلوگیری از هرگونه آسیب به ترموول در حین کار به دلیل بارهای مکانیکی، توصیه می‌ شود که محاسبات ترموول طبق استاندارد ASME PTC 19.3 TW-2016 برای شرایط فرآیند بحرانی انجام شود.

در صورتی که نتایج محاسبات منفی باشد، تنها راه‌حل موجود کوتاه کردن استم ترموول یا افزایش قطر و نوک آن است که این امر ممکن است به زمان پاسخ طولانی‌تر ترمومتر منجر شود.

اما طراحی جدید هلیکال دامنه نوسان ترموول را بیش از 90 درصد کاهش می‌دهد و امکان نصب آسان و سریع ترموول را فراهم می‌کند که این ویژگی به کاهش هزینه‌ها کمک می کند. رگه‌های مارپیچ که به دور استم ترموول طراحی  قرار گرفته‌اند، جریان را  می شکنند و از تشکیل یک الگوی گردابی جلوگیری می‌کنند. از طریق دامنه های کاهش یافته گرداب های منتشر شده، از تحریک ارتعاشی و لرزش ترموول جلوگیری می شود. مزایای ترموول هلیکال به شرح زیر است:

• کاهش دامنه نوسانات تا 90 درصد 
• جلوگیری از شکستگی و خستگی مکانیکی ترموول
• نصب ساده و سریع
• مناسب برای دبی بالا و اندازه نازل های کوچک
• زمان پاسخ دهی بهتر نسبت به روش های معمولی

انتخاب طول ترموول

طول ترموول جهت اندازه گیری دقیق دمای خط یا مخازن اهمیت دارد اما به طور دقیق فرمولی برای انتخاب طول ترموول وجود ندارد. طول ترموول به قطر لوله، نوع شکل ظاهری (صاف، مخروطی و پله ای) و نازل projection nozzel بستگی دارد.

طول نازل 100، 150 و 200 میلی متر است که این فضا برای باز و بسته کردن پیچ فلنج ها استفاده می شود. اگر خط لوله نیاز به عایق بندی داشته باشد طول نازل بلندتری در نظر گرفته می شود. طول نازل بر اساس استاندارد پایپنگ و قبل از انتخاب طول ترموول با توجه به اسناد پایپینگ باید بررسی شود.

در حالت ایده آل نوک ترموول باید در 1/3 تا 2/3 میانی خط لوله قرار گیرد زیرا در این نقطه سیال بیشترین تلاطم و سرعت را دارد که معرف بهتری از سیال عبوری و بهترین موقعیت برای نصب ترموول است. اگر سیال فرآیندی هوا یا گاز باشد طول ترموول 10 برابر قطر لوله و اگر سیال مایع باشد 5 برابر قطر لوله است.

مطابق با استاندارد API RP551 حداقل طول ترموول 2 اینچ یا 50 میلی متر در نظر گرفته می شود. برای انتخاب طول ترموول، باید به نحوی عمل کنید که سنسور دما در داخل آن قرار بگیرد و فاصله سنسور از انتهای ترموول حدودا 3 میلی متر باشد. انتخاب طول مناسب ترموول بسیار حائز اهمیت است زیرا ترموول بیش از حد بلند باعث کاهش استحکام مکانیکی در برابر فشار سیال می شود.

همچنین ترموول بیش از حد کوتاه در نقطه نامناسبی از لوله قرار می گیرد و اندازه گیری دقیقی را ارائه نمی دهد. بنابراین هنگام انتخاب طول ترموول تعادل بین استحکام مکانیکی و دقت اندازه گیری را در نظر بگیرید.

نصب ترموول

هنگام نصب ترموول‌ها در یک خط لوله کاربر باید  چندین پارامتر مانند مکان، تعداد، طول استم، فاصله بین ترموول‌ها و تأثیرات آنها بر سیال فرآیندی را در نظر بگیرد. معمولاً این ترموول‌ها به صورت عمود بر جریان و با استفاده از اتصال فلنج وارد می‌شوند.

توجه داشته باشید قبل از نصب چند قطره روغن یا پودر مس برای انتقال حرارت بهتر بین گیج دما و ترموول درون ترموول ریخته می شود. هر کجا در خط لوله زانویی (Elbow) وجود داشت نرموول را دقیقا در محل زانویی نصب نمایید زیرا سطح مقطع لوله در آن قسمت کمتر است و ترموول بیشتر داخل سیال فرو می رود و از این طریق هم دمایی بهتری بین سیال و ترموول صورت می گیرد.

همچنین در پروژه ها معمولا برای هم دمایی بیشتر ترموول را به صورت زوایه دار با زوایه 45 درجه نصب می کنند تا قسمت بیشتری از طول ترموول در تماس با سیال فرآیندی قرار گیرد. در اکثر موارد استفاده از یک ترموول همراه با سنسور دما برای یک بخش از لوله کافی است. اما برخی از فرآیندها نیاز به چندین ترموول در یک منطقه دارند.

نکته کلیدی در نصب چندین ترموول، به حداقل رساندن تأثیر آنها بر یکدیگر و در عین حال تأمین یک جریان ثابت در فرآیند است. در این موارد هر دو ترموول در یک مکان نصب می‌شوند، اما در زوایای متفاوت از یکدیگر قرار می‌گیرند. با نصب آنها در یک مکان، تأثیرات بالادست یا پایین‌دست بر روی نصب درون‌خطی کاهش می‌یابد.

لازم است که این ترموول‌ها با حداقل فاصله زاویه‌ای نصب شوند تا امکان نصب و حذف آسان فراهم گردد. همچنین، نوک‌های ترموول باید به اندازه کافی از یکدیگر فاصله داشته باشند تا بر خوانش‌های یکدیگر تأثیر نگذارند. برای اطمینان از جریان آرام در فرآیند، فاصله بین ترموول ها می تواند از 10 تا 100 برابر قطر لوله متفاوت است.

هنگام نصب روی زانویی در جهتی باشد که سیال به نوک انتهایی ترموول برخورد کند. همچنین از نصب بالادست کنترل ولو، اوریفیس یا هر المان محدود کننده دیگر خودداری نمایید. در خطوط لوله کمتر از 2 اینچ ترموول را به صورت مورب نصب نمایید.

نکات مهم خرید ترموول

هنگام خرید ترموول پارامترهای متعددی را باید در نظر بگیرید تا از ترموول انتخابی بر اساس بودجه و شرایط فرآیندی اطمینان حاصل نمایید. برخی از مهمترین نکات خرید ترموول در موارد زیر بیان می شوند:

• شرایط فرآیندی: قبل از انتخاب ترموول، ضروری است که دما و فشار فرآیندی مورد نظر را بررسی کنید تا اطمینان حاصل شود که ترموول قادر به تحمل این شرایط است.
• متریال: ترموول‌ها معمولاً از مواد مختلفی مانند فولاد ضد زنگ، Inconel و Hastelloy ساخته می‌شوند. در انتخاب ماده مناسب، باید به سازگاری شیمیایی با سیال فرآیندی، مقاومت در برابر دما و مقاومت مکانیکی توجه نمایید.
• طراحی و شکل ترموول: ترموول های مخروطی و پلکانی برای کاربردهای فشار و جریان سیال بالا  و ترموول های مستقیم برای شرایط فرآیندی متوسط ​​مناسب هستند.
• اتصالات: انواع اتصالات رزوه ای، جوشی، فلنجی، سوکتی و غیره برای ترموول موجود است. اتصالات رزوه‌ای و فلنجی نصب آسان‌تری دارند اما ممکن است باعث نشتی شوند. اما اتصالات جوشی برای کاربردهای فشار بالا مناسب‌تر می باشند، اما جدا کردن و جایگزینی آن‌ها دشوار است.
• طول غوطه‌وری: سنسور داخل ترموول باید به طور کامل در سیال فرآیند غوطه‌ور شود و نباید با دیواره‌های سیستم فرآیند تماس داشته باشد.

با در نظر گرفتن دقیق این عوامل می‌توانید ترموول مناسب را انتخاب و از اندازه‌گیری دما مطمئن و دقیق اطمینان حاصل کنید. جهت کسب اطلاعات بیشتر در زمینه خرید و استعلام قیمت ترموول با کارشناسان ما با شماره : 87700142-021  تماس بگیرید.