کنترل ولوی که در ظاهر درست نصب شده است، ممکن است در عمل جریان را خوب کم نمیکند و یا کل خط را دچار نوسان نماید. خیلیها تصور میکنند که اگر سایز شیر را با سایز لوله یکی بگیرند، کار تمام است! اما سایزینگ کنترل ولو یعنی محاسبه دقیق ضریب CV و افت فشار که خیلی فراتر از انتخاب شیر همقطر است. شیری که بدون محاسبه CV و افت فشار انتخاب شود، ممکن است در باز شدگی ناقص عمل کرده و فرایند کنترل را ناپایدار کند.
سایزینگ کنترل ولو به معنای محاسبه ضریب جریان CV و انتخاب اندازهای است که شیر را در محدوده بازشدگی ۲۰ الی ۸۰ درصد کنترل کرده و باعث افت فشار قابل توجه جریان نشود. برای این محاسبات باید دبی حداقل، نرمال و حداکثر را اندازهگیری نمود و اطلاعات کاملی از فشار ورودی، افت فشار مجاز و خواص سیال داشت. اما مهمترین نکته در نظر گرفتن چوک فلو یا جریان بحرانی است که در این مقاله همراه با محاسبات کنترل ولو بررسی میکنیم.
منظور از سایزینگ کنترل ولو چیست؟
سایزینگ کنترل ولو فرایند انتخاب اندازه و مشخصات شیر براساس شرایط واقعی فرایند است تا کنترل جریان پایدار، افت فشار مناسب و عبور جریان کافی حاصل شود. مبنای این محاسبات براساس استانداردهای IEC 60534 و ISA-75 است. مطابق این استانداردها، پارامترهای کلیدی در این محاسبات ضریب ظرفیت جریان شیر (CV) است که محاسبات مشخصی برای مایعات، گازها و بخار دارد.
هدف اصلی، رسیدن به کنترل دقیق جریان در محدوده کاری شیر است. زیرا سایز صحیح از افت فشار و استهلاک زودرس جلوگیری میکند. اما خرید شیرآلات صنعتی با سایز اشتباه به راحتی کنترل را ناپایدار کرده و هزینههای بهرهبرداری را بالا میبرد. همیشه لازم است مقدار CV را از شرایط واقعی فرایند محاسبه کرده و سپس سایز شیر مناسب را از روی کاتالوگ سازنده انتخاب کنید.
در زمان سایزینگ تجهیزات، نباید شیر اطمینان را با کنترل ولو یکی دانست؛ کنترل ولو برای تنظیم مداوم جریان انتخاب میشود، اما شیر اطمینان بر اساس فشار تنظیمی و ظرفیت تخلیه، برای محافظت از خط در برابر افزایش فشار به کار میرود.
هدف از سایزینگ
هدف سایزینگ فقط این نیست که یک شیر همسایز با لوله انتخاب کنید. بلکه شیر باید بتواند در شرایط واقعی فرایند، جریان را در محدوده بازشدگی درست کنترل کند. نکتههایی مانند:
- شیر باید در بازشدگی ۲۰ الی ۸۰ درصد کار کند تا کنترل پایدار بماند.
- افت فشار شیر نباید آنقدر زیاد باشد که پمپ یا کمپرسور را تحت فشار بگذارد.
- جریان حداقل و حداکثر باید در محدوده کنترلپذیر شیر قرار بگیرند.
- باعث افزایش عمر تریم و کاهش هزینههای تعمیراتی شود.
شناخت فرایند و شرایط کاری برای سایزینگ کنترل ولو
قبل از آغاز محاسبات باید شرایط واقعی فرایند پیش روی خودتان را بشناسید. سایزینگ کنترل ولو بدون دادههای دقیق از سیال، دبی، فشار و دما امکانپذیر نیست. این اطلاعات پایه و ورودی تمام فرمولها و تصمیمهای بعدی شما در محاسبات کنترل ولو هستند. توصیه میکنم که دادههای فرایند را قبل از شروع محاسبات و یا کار با نرمافزارهای سایزینگ در یک جدول بنویسید تا از هر نوع خطای سایزینگ جلوگیری شود. برای شناخت فرایند و شرایط کاری به اطلاعات زیر نیاز دارید:
نوع سیال
ارزیابی دقیق نوع سیال اولین و مهمترین داده برای سایزینگ کنترل ولو است. رفتار یک شیر با آب کاملاً با رفتار آن با بخار یا گازها فرق دارد و حتی جنس بدنه و تریم نیز در همین مرحله مشخص میشود. پس قبل از هر فرمولی باید مشخص کنید که سیال چیست و چه خواصی دارد؟
مایعات
سیالات غیرتراکمپذیر مانند آب، روغن یا محلولهای شیمیایی را شامل میشود. در محاسبات CV برای سایزینگ کنترل ولو این سیالات از وزن مخصوص و افت فشار استفاده میشود و در عین حال بررسی موضوعاتی مانند کاویتاسیون و فلشینگ نیز اهمیت دارد.
گازها
سیالات تراکمپذیر مانند هوا، نیتروژن یا گاز طبیعی را شامل میشود. چگالی این سیالات با فشار و دما تغییر میکند. لذا از محاسبه نسبت فشارها برای تشخیص چوک فلو استفاده شده و در سایزینگ کنترل ولو به کار گرفته میشود. ضریب تراکمپذیری مهمترین پارامتر گازها در محاسبات سایزینگ است.
بخارها
بخار اشباع یا سوپرهیت رفتار خاص خودشان را دارند. محاسبه CV این سیالات با فرمولهای تخصصی و جداگانه از مایعات و گازها انجام میشود. پدیدههایی مانند چوک فلو و افت فشار در بخار خیلی شایع است.
دبی حداقل، نرمال و حداکثر
تعیین دقیق دبی خط در سه حالت حداقل، نرمال و حداکثر پایه اصلی سایزینگ کنترل ولو است. شیر باید بتواند دبی حداکثر را با بازشدگی مناسب عبور دهد و در دبی حداقل هم کنترل پایداری داشته باشد.
دبی حداکثر چیست؟
بیشترین جریان خط است که باید از شیر عبور کند. سایز شیر باید به شکلی انتخاب شود که با ۸۵ درصد باز شدگی توانایی عبور دبی حداکثر را داشته باشد. این دبی مبنای محاسبه CV در سایزینگ کنترل ولو است.
دبی نرمال چیست؟
جریانی که فرایند بیشتر اوقات با آن کار میکند. براساس توصیههای فنی سازندگان کنترل ولو مانند Fisher، Samson یا Masoneilan شیر در دبی نرمال باید در حدود ۵۰ الی ۷۰ درصد باز باشد و از محدوده ۲۰ الی ۸۵ درصد خارج نشود.
دبی حداقل چیست؟
کمترین جریانی است که طبق دستور طراح فرایند باید کنترل شود. سایزینگ کنترل ولو باید به شکلی انتخاب شود که شیر برای کنترل حداقل دبی به زیر ۲۰ درصد بازشوندگی نرود. زیرا در زیر ۲۰ درصد، کنترل ناپایدار شده و فرسایش تریم قابل توجه است.
نکته: اگر دبی حداقل یا حداکثر را ندارید چکار کنید؟
هرگز نباید سایزینگ کنترل ولو را فقط بر مبنای دبی نرمال انجام دهید. زیرا شیری که در دبی نرمال خوب کار میکند، ممکن است در دبی حداکثر کاملاً باز شود یا در دبی حداقل از محدوده کنترلی خارج گردد. من در یک پروژه راهاندازی تصفیه خانه با چنین چالشی مواجه شدهام. زیرا برای خط آب سرویس ۴ اینچی با دبی نرمال حدود GPM 350 از یک شیر کنترل ۳ اینچی با CV در حدود ۱۳۵ صرفاً براساس دبی نرمال انتخاب کردیم.
در شرایط نرمال، شیر حدود ۶۰ درصد باز بود و همه چیز خوب به نظر میرسید. اما وقتی واحد به ظرفیت حداکثر رسید و دبی در حدود GPM ۵۵۰ شد، شیر تا مرز ۱۰۰ درصد باز شدگی عمل کرد و کنترل آن از دست میرفت. متاسفانه با کلی هزینه مازاد در آن پروژه مجبور شدیم تا از یک شیر ۴ اینچی با CV بالاتر استفاده کنیم. به هر حال اگر اطلاعاتی از حداقل یا حداکثر دبی ندارید، مقدار آن را با ۵۰ درصد و ۱۲۰ درصد دبی نرمال تخمین بزنید.
فشار ورودی و خروجی شیر کنترل
پارامترهای فشار ورودی و خروجی، پایه محاسبه افت فشار و تشخیص رفتار سیال در شیر هستند. برای محاسبات سایزینگ کنترل ولو باید اطلاعات دقیق از فشار در محدوده شیر کنترل داشته باشید. در نظر داشته باشید که اندازهگیری فشار برای گازها و بخارها براساس فشار مطلق است و نسبت فشار خروجی به ورودی اهمیت زیادی دارد.
| پارامتر | توضیحات فنی |
| فشار ورودی (P1) | – فشاری که سیال قبل از شیر دارد.
– برای مایعات معمولاً فشار خط یا خروجی پمپ است. – برای گازها و بخار باید برحسب فشار مطلق باشد. |
| فشار خروجی (P2) | – فشاری که سیال بعد از شیر دارد.
– این فشار تحت تاثیر تجهیزات پایین دست است. – در مایعات نباید به فشار بخار سیال نزدیک شود. |
| افت فشار DP | – اختلاف فشار ورودی و خروجی است و پایه محاسبات CV استفاده میشود.
– افت فشار زیاد خطر شکلگیری کاویتاسیون را به همراه دارد. |
شما میتوانید با خرید چک ولو و نصب آن، از برگشت جریان و آسیب به پمپها و تجهیزات پاییندست جلوگیری کنید.
تعیین نوع سیال و انتخاب مسیر محاسبه
بعد از جمعآوری دادههای فرایند از قبیل نوع سیال، مقدار دبی و فشار اطلاعات کامل اولیه برای ورود به محاسبات سایزینگ کنترل ولو را دارید. اما در این مرحله باید مشخص کنید که مسیر محاسبه شما با توجه به نوع سیال چگونه است؟
مسیر محاسبه CV برای مایع، گاز و بخار کاملا متفاوت است. هر کدام از این سیالات مسیر محاسباتی مخصوص خودشان را دارند و اگر مسیر را اشتباه بروید، کل سایزینگ غلط از آب در میآید. لذا در این مرحله باید نوع سیال و شرایط فیزیکی را مشخص کنید تا در ادامه وارد محاسبات تخصصی CV شوید.
ضریب CV چیست؟
ضریب CV نشان دهنده ظرفیت جریان عبوری از کنترل ولو است. طبق استانداردهای IEC 60534-2-1 و ISA 75.01 اگر سیال آب باشد، CV برابر دبی بر حسب گالن بر دقیقه است که با افت فشار psi 1 از شیر کاملاً باز عبور میکند. این ضریب مبنای انتخاب و سایزینگ کنترل ولو در تمام فرایندهای مایع و گاز است.
سایزینگ کنترل ولو به طور کامل با محاسبه CV خط و مقایسه آن با جدول CV سازندگان شیر انجام میشود. بدون CV نمیتوانید بگویید که آیا شیری برای یک دبی مشخص مناسب است یا خیر؟ لذا سازندگان مقدار CV را در جداول معین برای هر سایز و تریم اعلام میکنند. بنابراین تمام تلاش ما در این مقاله و محاسبات کنترل ولو برای محاسبه CV خط و مقایسه با جدول سازندگان با در نظر گرفتن مشکلاتی مانند کاویتاسیون و فلشینگ است تا در نهایت سایزینگ مناسب با متریال ایدهآل را انتخاب کنیم.
محاسبه CV برای مایعات
محاسبه CV برای مایعات سادهترین بخش سایزینگ کنترل ولو است. هرگز محاسبه CV را بدون یکدست کردن واحدها شروع نکنید. زیرا قاطی کردن واحدهای GPM با لیتر یا psi با bar رایجترین اشتباه مهندسی در محاسبات کنترل ولو است. بارها دیدهام که مهندسین تازهکار دبی را برحسب متر مکعب بر ساعت و فشار را برحسب bar در نظر گرفته و به جای واحدهای اصلی GPM و psi در فرمول محاسبه CV برای مایعات استفاده میکنند. فرمول محاسبه CV به قرار زیر است:
در این فرمول Q مقدار دبی برحسب GPM است و SG وزن مخصوص سیال نسبت به آب است. DP نیز افت فشار را برحسب psi در فرمول وارد میکند. در هنگام محاسبه CV برای مایعات چند نکته را فراموش نکنید:
- دبی را در سه حالت حداقلی، نرمال و حداکثر محاسبه کنید.
- همیشه مقدار CV را برای حداکثر دبی به همراه دبی نرمال چک کنید.
- اگر افت فشار خیلی کم یا خیلی زیاد است، باید به موضوعاتی از قبیل کاویتاسیون و فلشینگ نیز توجه گردد.
محاسبه CV برای گازها و بخارات
روش محاسبه CV برای گازها و بخارها به کلی با مایعات متفاوت است. زیرا سیال هنگام عبور از شیر منبسط میشود و چگالی آن ثابت نمیماند. در نتیجه اگر این تفاوت را در نظر نگیرید و از همان فرمول مایعات استفاده کنید، سایز شیر کاملاً اشتباه محاسبه میشود. فرمول کلی برای گازها و بخارات به قرار زیر است:
در این فرمول Q دبی جرمی یا حجمی است و N یک ضریب ثابت بسته به واحدها است. P1 را باید فشار ورودی مطلق در نظر گرفته و از y به عنوان ضریب انبساط استفاده کنید. T برای دمای ورودی و Z برای ضریب تراکم پذیری است. X نیز نسبت فشار خروجی به فشار ورودی است. M نیز به عنوان وزن مخصوص گاز در فرمول قید شده است. در هنگام کار با این فرمول چند نکته را فراموش نکنید:
- اول باید نسبت فشار خروجی به ورودی را محاسبه کنید.
-
- اگر نسبت فشار از حد بحرانی بیشتر شود، جریان چوک شده و فرمول عادی جواب نمیدهد.
- برای محاسبه CV گازها و بخارها ضریب انبساط و مقدار دمای ورودی حتماً باید در محاسبه لحاظ شوند.
- دبی بخار (Q) را با واحد kg/hr محاسبه کنید.
- وزن مخصوص گاز و ضریب تراکم پذیری (انبساط) را باید از روی شرایط واقعی فرایند استخراج کنید.
- برای شرایطی مانند بخار اشباع و سوپرهیت این فرمول جواب نمیدهد.
روش تخمین با دقت کافی برای محاسبه CV
فرمولهای استاندارد سایزینگ کنترل ولو دقیق هستند، اما پیدا کردن ضرایب و استفاده از آنها در پروژهها واقعاً سخت و نفسگیر است. گاهی یک تخمین سریع کافی است تا مشخص شود شیر پیشنهادی باید در چه محدودهای کار کند و یا اصلاً سایز فعلی به فرایند میخورد یا خیر؟ برای همین مادامیکه توصیه میکنیم حتماً در محاسبه CV از فرمولهای اصلی استفاده کنید، ولی روشهای سرانگشتی هم وجود دارد.
محاسبه تخمینی برای مایعات
برای تخمین سریع CV مایعات لازم نیست که همیشه فرمول کامل را حل کنید. اگر دبی حداکثر و افت فشار منطقی را داشته باشید، میتوانید با یک ضرب ساده به عدد تقریبی برسید و سپس از روی جدول سازندگان سایز شیر مناسب را انتخاب کنید. اما تاکید میکنم که این روش فقط برای تصمیم اولیه و مقایسه گزینههای موجود است:
- دبی خط را برحسب GPM محاسبه کنید. اگر دبی را به لیتر یا متر مکعب دارید، ابتدا آن را به واحد GPM تبدیل کنید.
- افت فشار شیر در سرویسهای معمولی ۳ الی ۵ psi است. در غیر این صورت اگر افت فشار بیشتری وجود دارد، از این روش استفاده نکنید.
- مقدار CV تقریبی در محدوده 0.8 الی 1.2 دبی حداکثر خط محاسبه میشود.
- با محاسبه CV خط به جدول کاتالوگ سازنده بروید و نزدیکترین سایز را انتخاب کنید.
- این روش صرفاً یک تخمین اولیه است و هرگز جایگزین محاسبات دقیق نمیشود.
محاسبه تخمینی برای گازها و بخارها
برای گازها و بخارها ابتدا بررسی کنید که آیا جریان چوک شده است یا خیر؟ این تشخیص مسیر تخمین را مشخص میکند و سپس با یک ضریب ساده میتوانید به مقدار تقریبی CV برسید.
- ابتدا نسبت فشار خروجی به ورودی خط (P2/P1) را محاسبه کنید.
- اگر P2 بیشتر از P1 است، جریان هنوز غیر چوک است و فرمول مایعات با ضریب 1.5 تقریب خوبی است. یعنی میتوانید CV را با همان روش ساده مایعات محاسبه کرده و سپس در عدد 1.5 ضرب کنید تا CV خط بخار غیر چوک محاسبه شود.
- اگر P2 کمتر از P1 است، یعنی جریان بخار یا گاز در فرایند چوک شده و افزایش افت فشار دیگر دبی را زیاد نمیکند. در حالت چوک مقدار CV تقریبی را 1.2 تا 1.5 برابر حالت غیر چوک در نظر بگیرید.
- این روش فقط برای بخار اشباع و گازهای معمولی آنهم در تخمین اولیه جواب میدهد.
- برای محاسبه CV خطوط بخار و سوپرهیت یا گازهای خاص اصلا نمیتوان از این روش تخمینی استفاده کرد.
بررسی بازشدگی شیر (Valve Opening)
پس از محاسبه مقدار CV براساس فرمولهای تخصصی مایعات، گازها و یا بخارها و انتخاب سایز اولیه وقت آن رسیده که بررسی کنید شیر در هر حالت کاری چقدر باز میشود. باز شدگی شیر تعیین میکند که آیا کنترل فرایند پایدار است یا شیر همیشه در یک سمت محدوده قرار میگیرد.
براساس توصیههای مهندسی و رویههای فنی سازندگان کنترل ولو، بهترین محدوده کاری شیرها بین ۲۰ الی ۸۵ درصد بازشدگی است و دبی نرمال بهتر است در محدوده ۵۰ الی ۷۰ درصد بازشدگی شیر عبور کند. این بررسی مشخص میکند که سایز انتخاب شده بر مبنای CV فقط از نظر ظرفیت درست است؟ یا از نظر کیفیت کنترل نیز قابل قبول است؟
محدوده بازشدگی مناسب چقدر است؟
محدوده بازشدگی شیر نشان میدهد که در چه بخشی از حرکت خود بهترین کنترل را دارد. اگر شیر خارج از این محدوده کار کند، کنترل پذیری آن ناپایدار شده و عمر تریم کاهش پیدا میکند. سایزینگ کنترل ولو باید به شکلی انتخاب شود که شیر در محدوده ۲۰ الی ۸۰ درصد کار کرده، حداکثر و حداقل دبی مورد نیاز را عبور دهد. تا جاییکه در دبی نرمال مقدار بازشدگی بین ۵۰ الی ۷۰ درصد باشد.
چرا زیر ۲۰ درصد ممنوع است؟
باز شدگی شیر زیر ۲۰ درصد، کنترل پذیری آن را ناپایدار و فرسایش تریم را افزایش میدهد. شیر در این ناحیه واکنش دقیقی به تغییرات سیگنال ندارد و جریان را به درستی تنظیم نمیکند. تریم نیز دائماً در معرض سایش و آسیب قرار دارد.
چرا بالای ۸۵ درصد ممنوع است؟
در باز شدگی بالای ۸۵ درصد، شیر دیگر ظرفیت اضافه ندارد. در این شرایط شیر به انتهای حرکت خود نزدیک میشود و اگر دبی خط به هر دلیلی افزایش مازاد داشته باشد، دیگر هیچ کنترلی بر عملکرد شیر نداریم. حتی نوسانات فرایند ممکن است شیر را کاملاً باز کند. پس اگر با وجود محاسبه CV همچنان احتمال بازشدگی بالای ۸۵ درصد وجود دارد، باید سایز یا تریم را تغییر دهید.
بررسی در دبی نرمال
دبی نرمال مهمترین معیار برای قضاوت درست بودن سایز شیر است. اگر شیر در این دبی در محدوده مناسبی باز نشود، یعنی محاسبات سایزینگ کنترل ولو شما مشکل اساسی دارد. سایز شیری درست انتخاب شده است که در دبی نرمال حدود ۶۰ درصد باز باشد. این مقدار بازشدگی بهترین تعادل را بین ظرفیت و کنترل میدهد.
اما در شرایط مرزی زمانیکه دبی به حداکثر میرسد، باز شدگی نباید از ۸۵ درصد عبور کند و زمانیکه دبی به حداقل میرسد، این بازشدگی نباید به زیر ۲۰ درصد رود. دقیقاً همین چالش را در یک پروژه دیگر خط انتقال آب ایستگاه تصفیه صنعتی تجربه کردیم. در آن پروژه شیر کنترلی نصب کردیم که خارج از محاسبات ما در دبی نرمال حدود ۸۸ درصد باز میشد و کاملاً معلوم بود که محاسبات را اشتباه انجام داده بودیم. آن شیر با کوچکترین نوسان دبی خط به طور کامل از کنترل خارج میشد و شرایط را بحرانی میکرد.
تبعات انتخاب شیر کنترل بزرگ
اگر شیر کنترل را بزرگ انتخاب کنید، مقدار بازشدگی زیر ۲۰ درصد میشود و کنترل دقیق فرایند را سختتر میکند. همچنین یک تغییر کوچک سیگنال میتواند تغییرات ناگهانی بزرگی را در جریان ایجاد کند. از طرفی تریم زودتر فرسوده شده و مستهلک میشود.
تبعات انتخاب شیر کنترل کوچک
اگر شیر کنترل را خیلی کوچک انتخاب کنید، درصد بازشدگی به بالای ۸۵ درصد میرود و ظرفیت کافی برای دبیهای بالاتر وجود ندارد. در چنین شرایطی با کوچکترین نوسان فرایند، شیر کاملاً باز خواهد شد و کنترل را از دست میدهید.
شما می توانید برای مشاوره خرید کنترل ولو با بهترین قیمت با کارشناسان فروش ما در فروشگاه پیکاتک تماس بگیرید. 02187700142
| مقدار بازشدگی در دبی نرمال | توضیحات | پیامدها |
| زیر ۲۰ درصد | شیر بزرگ انتخاب شده است. | – کنترل پذیری ناپایدار است.
– فرسایش زودرس تریم |
| ۲۰ الی ۵۰ درصد | شیر کمی بزرگ است. | کنترل پذیری نسبتاً کند انجام میشود. |
| ۵۰ الی ۷۰ درصد | محدوده ایدهآل | کنترل پذیری پایدار و ظرفیت عبور کافی است. |
| ۷۰ الی ۸۵ درصد | شیر کمی کوچک است. | حساسیت بالا به نوسانات فرایند شکل میگیرد. |
| بالای ۸۵ درصد | شیر کوچک انتخاب شده است. | از دست رفتن کنترل با کوچکترین نوسان دبی |
پدیدههای مخرب در کنترل ولو از کاویتاسیون تا ارتعاش
سایزینگ کنترل ولو با محاسبه عدد CV و ارجاع به جدول سازندگان و بررسی مقدار بازشدگی تمام نمیشود. زیرا تازه به بحث میدانی در شرایط عملیاتی پروژهها رسیدهایم. جاییکه قرار است ماجرای سایزینگ را از روی کاغذ و در شرایط تئوری در میدان واقعی پروژه ارزیابی کنیم. گاهی شیری که از نظر محاسبات تئوری کاملاً درست به نظر میرسد، بعد از نصب در میدان واقعی شروع به سر و صدا، لرزش یا خوردگیهای عجیب و عمیق میکند. ریشه تمام این مشکلات در پدیدههایی مانند کاویتاسیون و فلشینگ است.
بررسی کاویتاسیون در سایزینگ کنترل ولو
کاویتاسیون از مخربترین پدیدهها در کنترل ولو مایعات است. زمانیکه فشار سیال در داخل شیر به زیر فشار بخار آن برسد، حبابهای بخار شکل میگیرند و با افزایش مجدد فشار این حبابها به سرعت میترکند. ترکیدن حبابها انرژی زیادی آزاد میکند و به بدنه و تریم شیر آسیب میرساند. این پدیده کاویتاسیون است. صداهای غیر عادی مانند صدای عبور شن مانند از داخل شیر، لرزشهای سنگین و ایجاد خوردگیهای حفرهای از جمله نشانههای کاویتاسیون هستند. ولی با رعایت چند نکته میتوان از کاویتاسیون جلوگیری کرد:
- انتخاب شیر با تریم ضد کاویتاسیون
- استفاده از تریم چند مرحلهای که فشار را تقسیم میکند.
- انتخاب متریال سختتر و مقاومتر در برابر خوردگی حفرهای
- نصب شیر در مکان مناسبتری از خط لوله که فشار بالاتری داشته باشد.
نقش کاویتاسیون در محاسبات سایزینگ
کاویتاسیون مستقیم روی انتخاب سایز و نوع شیر اثرگذار است و کاری به فرمول اصلی محاسبه CV ندارد. لذا تا قبل از محاسبه CV باید بررسی کنید که آیا در داخل شیر کاویتاسیون شکل میگیرد یا نه؟ برای این کار از فرمول تشخیص کاویتاسیون مایعات در شیرها استفاده میکنند:
این فرمول در استاندارد مرجع IEC 60534-2-1 قید شده است و در آن fL ضریب بازیابی فشار شیر است که باید از کاتالوگ سازنده استخراج کنید. P1 فشار ورودی مطلق و PV فشار بخار سیال در دمای کاری است. اگر افت فشار واقعی شیر از این مقدار مجاز بیشتر باشد، یعنی کاویتاسیون رخ میدهد. در این صورت دیگر نمیتوانید از آن شیر معمولی برای فرایند استفاده کنید و باید سراغ راه حلهایی مانند استفاده از تریم ضد کاویتاسیون، تکنیک تقسیم افت فشار و یا یک سایز دیگر بگردید.
نقش فلشینگ (Flashing) در محاسبات سایزینگ
Flashing (فلشینگ) به معنای تبخیر ناگهانی بخشی از مایع در اثر افت فشار است. این پدیده زمانی رخ میدهد که فشار سیال در داخل شیر به زیر فشار بخار برسد و بخشی از مایع به بخار تبدیل شود. در این صورت عملاً شرایط دو فازی رخ داده است، اما برخلاف کاویتاسیون در این حالت دیگر حبابها نمیترکند و سیال به صورت یک مخلوط دو فازی از شیر خارج میشود. طبق استاندارد IEC 60534-2-1، فلشینگ روی محاسبه ظرفیت جریان و انتخاب متریال تاثیر مستقیم دارد. در صورت فلشینگ دیگر نمیتوان از فرمول ساده مایعات برای محاسبه CV استفاده کرد.
در سطح پروژه و یا هنگام محاسبات اگر فشار خروجی شیر کمتر از فشار بخار سیال شود، پدیده فلشینگ رخ میدهد. زمانیکه شرط P2 < PV برقرار است، طبق دستورالعمل استاندارد IEC 60534-2-1 در شرایط فلاشینگ نمیتوان از روابط معمول در مایعات استفاده کرد و باید از روابط جریان دو فازی با ضرایب اصلاحی برای محاسبه CV استفاده نمود.
اشتباهات رایج سایزینگ کنترل ولو
بیشتر مشکلات کنترل ولو در پروژههای واقعی از اشتباهات محاسباتی میآیند. اگر این خطاها را بشناسید، خیلی از خرابیها و یا دوباره کاریها اتفاق نمیافتد. اشتباهاتی مانند:
- یکسان در نظر گرفتن سایز شیر با سایز لوله بدون محاسبه CV
- ملاک قرار دادن دبی نرمال بدون در نظر گرفتن دبی حداقلی و دبی حداکثری در محاسبات کنترل ولو
- قاطی کردن واحدها مانند زمانیکه از واحد لیتر به جای GPM یا واحد bar به جای psi در محاسبات استفاده کنید.
- استفاده از فرمول مایعات برای محاسبه CV گازها، بخارات یا سیالات دو فازی
- در نظر نگرفتن چوک فلو در محاسبات بخار
- در نظر نگرفتن یا ساده انگاری پدیدههایی مانند کاویتاسیون و فلشینگ در محاسبات
جمعبندی: آیا برای محاسبات کنترل ولو آماده هستید؟
سایزینگ کنترل ولو مسیری است که اگر قدم به قدم سپری کنید، در انتها یک انتخاب مطمئن و قابل دفاع دارید. برای اینکه مطمئن شوید چیزی جا نیافتاده، در مسیر محاسبات سایزینگ این چند سوال را قبل از نهایی کردن کار بپرسید:
- آیا سیال را درست میشناسید؟ مایع، گاز، بخار یا دو فازی است؟
- آیا مقدار دقیق دبی حداقل، نرمال و حداکثر را استخراج کردهاید؟ یا حداقل تخمین منطقی زدهاید؟
- آیا فشار ورودی و خروجی را در بدترین حالت بررسی کردهاید؟
- آیا از مسیر محاسباتی درست برای اندازهگیری CV خط استفاده میکنید؟
- آیا مطمئن هستید که با در نظر گرفتن CV و استناد به جدول سازندگان مقدار بازشوندگی ولو مورد نظر در دبی نرمال حدود ۵۰ الی ۷۰ درصد است؟
- آیا کاویتاسیونها و فلشینگ را بررسی کردهاید؟
اگر پاسخ شما به تمام این سوالات روشن است، پس میتوانید با اطمینان کامل سایز و مشخصات شیر را نهایی کرده و محاسبات سایزینگ کنترل ولو را کامل کنید. اما اگر حتی یکی از این موارد مبهم است و هیچ پاسخ شفاف و مستندی در اختیار ندارید، بهتر است تا قبل از سفارش نهایی مجدداً همان بخش را بازبینی کنید. همچنین اگر تجربهای در زمینه محاسبات کنترل ولو دارید و یا نکتهای مد نظر است که در این مقاله از قلم افتاده و یا ساده انگاری شده است، آن را در همین صفحه با ما در اشتراک بگذارید.
سوالات متداول
- اگر دبی حداقل و حداکثر خط را نداشته باشیم، چقدر میتوانیم به اعداد تخمینی اعتماد کنیم؟
در این صورت چارهای ندارید جز اینکه از دبی نرمال با تخمین ۵۰ درصد برای حداقل و ۱۲۰ درصد برای حداکثر استفاده کنید.
- چطور بفهمیم که سایزینگ کنترل ولوِ انتخابی، در آینده و با تغییر ظرفیت خط نیز جواب میدهد؟
بهتر است در پایان محاسبات مقدار بازشدگی در دبی حداکثر را بررسی کرده و یک حاشیه ظرفیت را پیش بینی کنید.
- در چه شرایطی باید از نرمافزارهای سایزینگ استفاده کنیم و فرمول دستی کافی نیست؟
در هر صورت میتوانید از نرمافزارها استفاده کنید. اما ترجیحاً برای محاسبات پیچیده سیالات تراکمپذیر، جریانهای دو فازی یا افت فشارهای مرزی از نرمافزار سایزینگ استفاده کنید.
