محاسبات ترموول؛ راهنمای جامع انتخاب ابعاد، اجزا و روش نصب

چگونه ممکن است یک ترموول که قرار است تا از سنسور دما محافظت کند، خودش به عاملی برای توقف کامل خط تولید تبدیل می‌شود؟ کافی است محاسبات ترموول را در نظر نگیرید تا فرکانس طبیعی آن با گرداب‌های جریانی سیال تشدید پیدا کند و غلاف ترموول را از ریشه بکند. این اتفاق دقیقاً همان شرایطی است که با اصول محاسبه ترموول از آن جلوگیری می‌کنید.

محاسبات ترموول یعنی پیدا کردن طول غوطه‌وری، قطر ساقه و جنس متریالی که در برابر گرداب‌های سیال، دمای بالای سیال و یا خوردگی آن دوام بیاورد. طبق استاندارد ASME PTC 19.3 TW فرکانس طبیعی ترموول باید حداقل ۲۰ درصد از فرکانس گرداب‌های سیال فاصله داشته باشد تا پدیده خستگی مکانیکی رخ ندهد. این فاصله با تغییر طول غوطه‌وری یا در نظر گرفتن ضخامت جداره تنظیم می‌شود. اما مهمترین نکته‌ای که باعث شکست زود هنگام ترموول در سیال‌های خورنده می‌شود، انتخاب متریال ناسازگار است که در این مقاله به ‌طور کامل همراه محاسبات ترموول بررسی خواهیم کرد.

اجزای ترموول

قبل از آنکه وارد جزئیات محاسباتی یا استانداردها شوید، ابتدا بهتر است که با اجزای ترموول و نقشی که هر کدام در کیفیت اندازه‌گیری دارند، آشنا شوید. زیرا بسیاری از خطاهایی که بعداً در میدان می‌بینید، ریشه‌هایشان در همین شناخت اولیه است. اجزای اصلی انواع ترموول به قرار زیر است:

غلاف (Stem)

بخشی از ترموول است که مستقیماً با سیال در تماس قرار گرفته و سنسور داخل آن قرار می‌گیرد. قطر و ضخامت غلاف باید به شکلی انتخاب شود که در برابر نیروی درگ سیال مقاوم بماند و در عین حال انتقال حرارت را کند نکند. در سیال‌های پرسرعت، با انتخاب غلاف‌های باریک‌تر به پاسخ سریع‌تری می‌رسید، اما مقاومت مکانیکی نیز کاهش پیدا می‌کند. انتخاب درست غلاف یک تعادل مهندسی شده در محاسبات ترموول است.

نوک (Tip)

بخش انتهایی غلاف است که معمولاً ضخامت کمتری دارد تا حرارت را سریعتر به سنسور برساند. اساساً در طراحی ترموول‌های استاندارد، ضخامت نوک از دیواره غلاف کمتر است تا زمان پاسخ کاهش پیدا کند. اما برای سیال‌های ساینده ضخامت جداره نوک را ضخیم‌تر و حتی با روکش انتخاب می‌کنند تا عمر ترموول افزایش پیدا کند.

اتصال به فرایند (Process Connection)

بخشی از ترموول است که روی جداره لوله یا مخزن نصب شده و غلاف را نگه می‌دارد. از طرفی وظیفه آب‌بندی فرایند را بر عهده دارد. اتصال ترموول می‌تواند به شکل رزروه‌ای، فلنجی یا جوشی باشد. انتخاب مدل اتصال به فشار، دما و الزامات ایمنی خط بستگی دارد.

سوراخ سنسور (Bore)

حفره داخلی ترموول است که المنت اندازه‌گیری دما داخل آن قرار می‌گیرد. قطر سوراخ باید با قطر سنسور هماهنگ باشد تا تماس حرارتی مناسب ایجاد شود و خطای اندازه‌گیری پایین بیاید. همچنین فاصله هوایی زیاد بین سنسور و دیواره غلاف می‌تواند تاثیر منفی در زمان پاسخ داشته باشد و مقدار آن را به شکل محسوسی افزایش دهد. سنسورهای اندازه‌گیری دما که داخل ترموول قرار می‌گیرند، معمولاً از نوع ترموکوپل یا سنسور RTD هستند

اکستنشن (Extension)

بخش بین اتصال و سر ترموول است که در برخی از مدل‌ها وجود دارد. این بخش کمک می‌کند که حرارت فرایند به اتصالات الکتریکی یا ترمینال سنسور نرسد.

توصیه مهندسی: آیا قطر سنسور با قطر سوراخ غلاف هماهنگ است؟

قبل از خرید ترموول حتماً قطر سنسور را با قطر سوراخ غلاف چک کنید و تلرانس فاصله هوایی را جدی بگیرید. بارها دیده‌ام که تکنسین‌ها به اشتباه سنسورهای ۶ میلیمتری را داخل غلاف بزرگتر با سوراخ ۸ میلیمتری گذاشته‌اند. در نتیجه انتقال حرارت از دیواره غلاف به سنسور با تاخیر زیادی انجام می‌شود و زمان پاسخ به جای چند ثانیه ممکن است تا چند دقیقه برسد.

از روی تجربه می‌گویم که فاصله هوایی بین سنسور و دیواره غلاف را کمتر از 0.1 میلیمتر انتخاب کنید. زیرا اگر این فاصله زیاد باشد، کنترلر دما همیشه از شرایط واقعی فرایند عقب می‌ماند. از طرفی اگر خط شما داغ است، هرگز نصب اکستنشن را حذف نکنید. در یکی از پروژه‌های نیروگاهی زمانیکه با خط بخار ۴۰۰ درجه طرف بودیم، متاسفانه از روی اشتباه فاصله اکستنشن را کوتاه در نظر گرفته بودیم و حرارت سنگین خط به سرعت باعث سوختن ترمینال و از کار افتادن فرایند بخار نیروگاه شد.

انتخاب متریال ترموول

بررسی متریال‌ها بخشی از محاسبات ترموول است. سیالی که از کنار غلاف عبور می‌کند، بسته به ترکیب شیمیایی و دمای فرایند می‌تواند ظرف مدت کوتاهی فلز نامناسب را از بین برده یا در بهترین حالت باعث خطای فاحش اندازه‌گیری سنسور شود. استانداردهای ASTM B167 و ASME B31.3 دقیقاً برای همین موضوع تهیه شده‌اند. در این استانداردها مرز استفاده از هر متریال در دما و محیط مشخص معلوم شده است. انتخاب متریال ترموول مطابق استانداردهای ASTM و ASME به قرار زیر است.

استنلس استیل ۳۰۴

استیل ۳۰۴ اقتصادی‌ترین و پایه‌ترین متریال ترموول است که صرفاً برای خطوط آب، هوای فشرده و فرایندهای عمومی با دمای پایین مناسب است. ولی به محض اینکه پای کلراید یا رطوبت اسیدی در میان باشد، رفتار ترموول با استیل ۳۰۴ غیرقابل پیش ‌بینی است. در کل برای استفاده از ترموول استیل ۳۰۴ چند نکته را رعایت کنید:

• در خطوط آب شهری و هوای فشرده یک ترموول استیل ۳۰۴ بدون دردسر کار می‌کند.
• در محیط‌های کلریدی دچار خوردگی حفره‌ای شده و به سرعت نشتی می‌دهد.
• در پروژه‌هایی که سیال کمی اسیدی است، حتماً باید استیل ۳۰۴ را براساس جدول خوردگی انتخاب کنید.
• ترموول استیل ۳۰۴ برای نصب روی خطوط که مرتباً با مواد شوینده یا بخار نمک شسته می‌شوند، مناسب نیست.

استنلس استیل ۳۱۶

آلیاژ استیل ۳۱۶ به علت استفاده از مولیبدن در ترکیب آلیاژی مقاومت بهتری نسبت به استیل ۳۰۴ در برابر خوردگی حفره‌ای و تنشی دارد. اما ترموول‌های استیل ۳۱۶ نیز محدودیت‌هایی دارند که اگر درست انتخاب نشوند، فقط زمان خرابی را جابجا می‌کند. برای استفاده از ترموول استیل ۳۱۶ نکات زیر را مد نظر داشته باشید:

• ترموول استیل ۳۱۶ برای استفاده روی خطوط حاوی کلراید ملایم عالی است. اما در محیط دریایی یا محیط‌هایی با کلرید داغ باید بررسی عملیاتی انجام شود.
• طبق استاندارد ASTM A182 استیل ۳۱۶ برای اتصالات فورج شده تا دماهای ۵۳۸ درجه سانتیگراد کارایی دارد.
• ترموول استیل ۳۱۶ روی خط بخار تا دمای ۴۵۰ درجه خوب است. اما اگر بخار حاوی کلراید باشد، به تدریج ترک‌های تنشی روی ترموول ایجاد می‌شود.
• ترموول استیل ۳۱۶ برای نصب روی خطوط حاوی اسیدهای ضعیف مانند اسید استیک رقیق خوب است. اما در مواجهه با اسیدهای غلیظ مانند اسید سولفوریک یا اسید کلریدریک به سرعت خورده می‌شود.

اینکونل ۶۰۰

اینکونل ۶۰۰ یکی از مقاوم‌ترین آلیاژ‌های صنعتی است. ترموول اینکونل ۶۰۰ را زمانی انتخاب کنید که خط فرایندی واقعاً داغ است یا سیال خاصیت اکسید کنندگی بالایی دارد. در پروژه‌های سخت صنعتی این متریال جایی جواب می‌دهد که فولادهای ضد زنگ یا اکسید می‌شوند یا استحکام آنها از دست می‌رود. البته در انتخاب ترموول‌های گران قیمت اینکونل چند نکته را فراموش نکنید:

• در دماهای بالای ۶۵۰ درجه که استیل ۳۱۶ عملاً از مدار خارج می‌شود، ترموول اینکول ۶۰۰ همچنان شکل و استحکام خود را حفظ می‌کند.
• این ترموول برای نصب در محیط‌های اکسید کننده و گازهای داغ عالی است.
• در کوره‌ها و یا روی خطوط گاز داغ و اگزوزها از ترموول اینکونل ۶۰۰ استفاده کنید.
• اینکونل ۶۰۰ در محیط‌های گوگردی و احیایی شدید عملکرد بسیار ضعیفی دارد.

هاستلوی C276

هاستلوی یکی از مقاوم‌ترین آلیاژ‌های صنعتی است که برای ساخت سرسخت‌ترین ترموول‌ها انتخاب می‌شود. هاستلوی C276 مقاوم‌ترین آلیاژ صنعتی برای نصب در محیط‌های شدیداً خورنده است. این آلیاژ بر پایه نیکل برای سیال‌هایی انتخاب می‌شود که می‌توانند فولادهای ضد زنگ و حتی اینکونل را در مدت کوتاهی از بین ببرند. اما هرگز برای سیال‌های عمومی و کم خورنده سراغ ترموول هاستلوی C276 نروید. زیرا این آلیاژ فقط برای شرایطی ساخته شده که هیچ متریال ارزان‌تری دوام نمی‌آورد. در یکی از پروژه‌های بازرسی دیده‌ام که ترموول اینکونل در مواجهه با اسید کلریدریک داغ ظرف چند هفته از بین رفته بود. لذا برای آن پروژه یک ترموول هاستلوی نصب کردیم و مشکل به کلی برطرف شد. ولی به هر حال نمی‌توان از کنار قیمت بسیار بالای هاستلوی عبور کرد. لذا در انتخاب این آلیاژ چند نکته را مدنظر داشته باشید:

• هاستلوی مقاومت استثنایی در برابر اسیدهای قوی و محیط‌های اکسید کننده دارد.
• ترموول هاستلوی در محیط‌های حاوی کلر مرطوب و هیپوکلریت که استیل ۳۱۶ و حتی اینکونل دچار خوردگی شدید می‌شوند، بسیار پایدار است.
• عملکرد قابل قبول در رنج دمای گسترده از ۲۰۰- الی ۱۰۰۰+ درجه سانتیگراد دارد. در دماهای بالا نسبت به اکسیداسیون مقاوم است.

محاسبات کلیدی ترموول

محاسبات ترموول یعنی پیدا کردن ابعاد و متریالی که در برابر نیروی سیال، تشدید و خستگی مکانیکی دوام بیاورد، بدون اینکه سرعت پاسخ را قربانی کند. اگر سرعت سیال بالای ۳۰ متر بر ثانیه باشد، باید ترموول را براساس استاندارد ASME PTC 19.3 انتخاب کنید. زیرا در این محدوده فرکانس گرداب‌ها به قدری بالا می‌رود که هر نوع غلافی دوام نمی‌آورد. همچنین اگر محاسبه فرکانس طبیعی و نیروی درگ انجام نشود، ترموول‌ها ممکن است از ناحیه ریشه دچار ترک خستگی شوند. به هر حال اگر قصد نصب ترموول دارید، باید چند محاسبه را با دقت سپری کنید:

• محاسبه فرکانس طبیعی و فرکانس گردابه
• محاسبه طول غوطه‌وری
• اندازه‌گیری قطر و ضخامت ساقه
• محاسبه نیروی درگ و تنش خمشی
• اندازه‌گیری سرعت پاسخ حرارتی

محاسبه فرکانس طبیعی و فرکانس گردابه

محاسبه فرکانس طبیعی و فرکانس گردابه مهمترین بخش انتخاب ترموول است. اگر این دو فرکانس به یکدیگر نزدیک شوند، پدیده تشدید رخ می‌دهد و ترموول در مدت زمان کوتاهی از ناحیه ریشه می‌شکند. لذا این محاسبات ترموول را انجام می‌دهند تا فاصله ایمن بین فرکانس طبیعی ترموول و فرکانس گردابه‌های سیال ایجاد کنند.

روش محاسبه فرکانس طبیعی ترموول

این پارامتر فرکانسی است که ترموول در آن به ‌طور طبیعی تمایل به ارتعاش دارد. مقدار این فرکانس در ترموول‌های یک سرگیردار از فرمول زیر محاسبه می‌کنند:

F = (K × √(E × I / m))/(2p × L²)

در این فرمول F همان فرکانس طبیعی ترموول است. K برای ضریب شرایط تکیه‌گاهی و E نیز مدول الاستیسیته متریال است. I را به عنوان اینرسی سطح مقطع ساقه در نظر می‌گیرند و m جرم واحد طول ترموول است. عبارت L نیز طول غوطه وری با واحد متر است. محاسبه فرکانس طبیعی از طریق این فرمول واقعاً دشوار است و مهندسین ترجیح می‌دهند که این کار را از طریق نرم‌افزارهای محاسباتی یا جداول سازنده انجام دهند.

به هر حال هر ترموول یک جدول دیتاشیت دارد که توسط سازنده ارائه می‌شود و در آن به فرکانس طبیعی اشاره شده است. این فرکانس به طول غوطه‌وری، قطر ساقه، ضخامت جداره و جنس متریال بستگی دارد. هرچه طول غوطه‌وری بیشتر یا قطر ساقه کمتر باشد، فرکانس طبیعی ترموول پایین‌تر آمده و آسیب پذیرتر است.

محاسبه فرکانس گردابه سیال

این پارامتر فرکانس جدایش گرداب‌هایی است که پشت ترموول در داخل جریان سیال تشکیل می‌شوند. مقدار این فرکانس را از روی فرمول زیر محاسبه می‌کنند:

F = (St × V) / d

در این فرمول F فرکانس گردابه سیال است. St عدد استروهال و V سرعت سیال در نظر گرفته می‌شود. عبارت d نیز جایگزین قطر ساقه ترموول شده است که با واحد m (متر) می‌سنجند. مقدار این فرکانس نیز کاملاً به سرعت سیال و قطر ساقه بستگی دارد. در سرعت‌های بالاتر، فرکانس گردابه‌ها نیز افزایش پیدا می‌کند و احتمال نزدیک شدن به فرکانس طبیعی ترموول زیاد است.

نسبت فرکانس ایده‌آل و محدوده مجاز

در کل ترموول باید به شکلی انتخاب شود که فرکانس طبیعی آن با فرکانس گردابه سیال برابر نشود و یا در محدوده نزدیک به یکدیگر قرار نگیرند. برای این منظور در استاندارد ASME PTC 19.3 TW یک محدوده مشخص تعریف شده است. طبق این استاندارد نسبت فرکانس طبیعی به فرکانس گردابه باید حداقل 1.2 شود. اگر این نسبت کمتر از 1.2 است، باید طراحی و ابعاد ترموول تغییر کند. با چند تکنیک نیز می‌توان نسبت فرکانس را اصلاح کرد:

• با کاهش طول غوطه‌وری، افزایش قطر ساقه یا تغییر متریال به جنس سبک‌تر و سفت‌تر می‌توان فرکانس طبیعی ترموول را افزایش داد.
• در برخی از موارد می‌توان با تغییر محل نصب یا استفاده از تکیه‌گاه میانی فرکانس طبیعی ترموول را افزایش داد.

نکته مهندسی: پس از هر تغییر، محاسبات را تکرار کنید

شرایطی پیش می‌آید که در پروژه باید ترموول‌های فرسوده و یا خراب شده را عوض کنید. اما ترموول جدید ممکن است شرایط متفاوتی داشته باشد. به هر حال اگر طول، قطر یا جنس ترموول تغییر می‌کند، حتماً نسبت فرکانس را مجدداً محاسبه کنید. مهندسی به من می‌گفت که در یکی از پروژه‌هایش، طول ترموول را فقط ۴۰ میلی‌متر کوتاه‌تر در نظر گرفته بود تا تداخل با مسیر جریان را برطرف کند. اما گویا همین تغییر کوچک باعث شد تا فرکانس طبیعی ترموول شدیداً افت کرده و سه هفته بعد از ریشه قطع شده بود و خط بخار ۲۵ بار آن واحد به مدت دو روز از مدار خارج شد.

محاسبه طول غوطه‌وری

طول غوطه‌وری ترموول فاصله‌ای است که نوک آن درون جریان سیال فرو می‌رود. این مقدار در محاسبات ترموول باید به شکلی انتخاب شود که نوک، دقیقاً در ناحیه جریان پایدار قرار بگیرد، بدون آنکه ریسک ارتعاش یا شکست قابل توجهی وجود داشته باشد. مقدار رایج طول غوطه‌وری بین یک سوم تا دو سوم قطر داخلی لوله است. کمتر از یک سوم، خطای اندازه‌گیری قابل توجه است و بیشتر از دو سوم، ریسک ارتعاش و نیروی درگ زیاد است. اما در کل برای محاسبه طول غوطه‌وری این نکات را مد نظر داشته باشید:

• طول غوطه‌وری را براساس قطر داخلی لوله محاسبه کنید.
• برای خطوطی که جریان آرام و بدون تلاطم دارند، طول غوطه‌وری را حدود ۵۰ درصد قطر داخلی لوله محاسبه کنید.
• در خطوطی که قطر کوچکی دارند، این مقدار را حدوداً ۶۰ الی ۷۰ درصد قطر داخلی محاسبه کنید.
• هرچه طول غوطه‌وری بیشتر باشد، ترموول در برابر ارتعاش حساس‌تر است.

اندازه‌گیری قطر و ضخامت ساقه ترموول

قطر و ضخامت ساقه ترموول دو پارامتر مکانیکی کلیدی هستند که مستقیم روی مقاومت در برابر نیروی سیال، فرکانس طبیعی و سرعت پاسخ حرارتی اثر می‌گذارند. این دو پارامتر را باید براساس سرعت سیال، فشار فرایند و دمای کاری محاسبه کنید. اما اگر سرعت سیال بالا است یا خط دچار ارتعاش زیادی است، ابتدا باید محاسبات مربوط به فرکانس و تنش را انجام داده و سپس روی ابعاد مانند قطر و ضخامت ساقه ترموول متمرکز شوید.

قطر ساقه

این پارامتر قطر خارجی ترموول است که مستقیم در جریان سیال قرار می‌گیرد. قطرهای رایج صنعتی بین ۶ الی ۲۵ میلی‌متر هستند. اما در کل هرچه قطر بیشتر باشد، مقاومت مکانیکی ترموول نیز بالاتر اما زمان پاسخ‌دهی آن طولانی‌تر است. جدول زیر یک چشم‌انداز کلی محاسبه قطر ساقه براساس شرایط فرایند است:

ضخامت جداره ترموول

این پارامتر معیار اندازه‌گیری اختلاف بین قطر خارجی و قطر داخلی سوراخ ترموول است. ضخامت جداره باید در برابر فشار سیال و تنش خمشی ناشی از نیروی درگ مقاومت کند. جداره‌های نازک‌تر پاسخ حرارتی سریع‌تری دارند، اما در سیال‌های پرسرعت و پرفشار احتمال شکست آنها زیاد است. نسبت قطر به ضخامت معیاری برای تعادل بین استحکام و سرعت پاسخ سنسور است. هرچه نسبت قطر به ضخامت بزرگتر باشد، ترموول مقاوم‌تر اما کندتر می‌شود. برای فرایندهای معمولی ضخامت ۱۲ الی ۱۶ میلیمتری کافی است.

• افزایش ضخامت ترموول، مسیر حرارتی را طولانی‌تر می‌کند.
• ضخامت بسیار زیاد می‌تواند زمان پاسخ را از چند ثانیه تا چند دقیقه جابجا کند.

محاسبه نیروی درگ و تشخیص خمش

محاسبه نیروی درگ و تشخیص خمش در محاسبات ترموول یعنی بررسی مقدار نیرویی که سیال به غلاف وارد می‌کند و تعیین نقطه‌هایی که در آن تنش خمشی به حداکثر می‌رسد. این تحلیل مشخص می‌کند که آیا ترموول در سرعت مشخصی از سیال، می‌تواند از نظر مکانیکی دوام بیاورد و یا دچار تغییر شکل شده و می‌شکند؟ طبق استاندارد ASME PTC 19.3 TW این محاسبه بخشی از ارزیابی استحکام ترموول است و باید همیشه همراه با تحلیل فرکانس انجام شود.

نیروی درگ چیست؟ (Drag Force)

نیروی درگ همان نیروی مقاومتی است که سیال متحرک به بدنه ترموول وارد کرده و عامل اصلی شکل‌گیری تنش خمشی است. مقدار این نیرو به سرعت سیال، چگالی سیال، قطر غلاف و طول غوطه‌وری بستگی دارد. در یک خط با سیال سنگین یا پرسرعت، ممکن است نیروی درگ فراتر از چند ده نیوتن باشد و ترموول‌های ضعیف را خم کند. هرچه طول غوطه‌وری بیشتر باشد، لنگر خمشی در ناحیه اتصال به لوله نیز بزرگتر است و فشار نیروی درگ نیز بیشتر می‌شود. اعداد جدول زیر نسبی است و با توجه به ویسکوزیته سیال متغیر است.

تشخیص ناحیه خمشی

پس از محاسبه نیروی درگ سیال حالا وقت آن است که ناحیه خمشی ترموول را ارزیابی کنید. حداکثر تنش خمشی نیز معمولاً در ریشه ترموول یعنی نزدیک‌ترین نقطه به اتصال فرایند رخ می‌دهد. اگر ضخامت جداره در طول غلاف یکنواخت نباشد، باید مقطع با کمترین ممان اینرسی را بررسی کنید. خمش ناشی از درگ زمانی خطرناک است که با ارتعاشات گردابی همراه شود. قرار گرفتن ترموول تحت نیروی درگ کاملاً طبیعی است، ولی ممکن است همزمان دچار ارتعاش شود. در این صورت اگر فرکانس گرداب‌ها به فرکانس طبیعی ترموول نزدیک شود، دامنه نوسان شدیداً افزایش پیدا می‌کند. به همین دلیل است که طبق استاندارد ASME PTC 19.3 TW باید تحلیل تنش براساس نیروی درگ همزمان با تحلیل فرکانس انجام گیرد.

چالش پاسخ سریعتر و افزایش نیروی درگ

چالش محاسبات ترموول در همین مرحله است. زمانیکه باید تعادلی میان سرعت پاسخ حرارتی و قطر غلاف پیدا کنید، مادامیکه تاثیر نیروی درگ از حد مجاز بالاتر نرود. توصیه می‌کنم که هرگز برای سریع‌تر شدن پاسخ حرارتی، قطر غلاف را بدون محاسبه نیروی درگ کم نکنید. زیرا اگر تنش خمشی از حد مجاز متریال عبور کند، ترموول قطعاً از ناحیه اتصال می‌شکند. برای این کار باید مطابق جداول سازنده ترموول تصمیم‌گیری کنید.

در چندین مورد دیده‌ام که در خطوط بخار با سرعت بالای ۳۰ متر بر ثانیه، فقط به خاطر کاهش قطر غلاف و نادیده گرفتن خستگی مکانیکی، ترموول از ریشه شکسته است. بهتر است همیشه ضخامت جداره و طول غوطه وری را همزمان با تحلیل فرکانس بازبینی کرده و اگر سیال سنگین است، قبل از هر تغییر و یا تصمیمی حداکثر تنش خمشی را با استفاده از نمودارهای استاندارد و نمودارهای معرفی شده برند سازنده چک کنید.

اندازه‌گیری سرعت پاسخ حرارتی ترموول

سرعت پاسخ حرارتی ترموول معیاری است که نشان می‌دهد سنسور دما چقدر سریع به تغییرات دمای سیال واکنش نشان می‌دهد. این معیار با پارامتری به نام ثابت زمانی بیان می‌شود و نقش مستقیم در دقت کنترل فرایند دارد. هرچه فاصله هوایی بین سنسور و دیواره غلاف کمتر باشد، انتقال حرارتی سریع‌تر انجام شده و پاسخ ترموول به دمای واقعی نزدیک‌تر است. ثابت زمانی مدت زمانی است که سنسور می‌تواند 63.2 درصد از اختلاف دمای اولیه با دمای نهایی سیال را تجربه کند. حالا هرچه این ثابت زمانی کمتر باشد، عملکرد ترموول سریع‌تر است و تغییرات دما را در مدت زمان کمتری تشخیص می‌دهد.

در سیستم‌هایی که سنسور به ترانسمیتر دما متصل است، تأخیر حرارتی ناشی از ترموول می‌تواند باعث شود تغییرات واقعی دمای فرایند با تأخیر به سیستم کنترل منتقل شوند.

• نوک نازک حرارت را سریعتر به سنسور می‌رساند اما مقاومت مکانیکی ترموول کمتر است.
• فاصله هوایی زیاد، مانند یک عایق عمل می‌کند و زمان پاسخ را چند برابر خواهد کرد.
• جنس غلاف تاثیر مستقیم بر رسانایی حرارتی ترموول دارد.

برای اندازه‌گیری سرعت پاسخ، ترموول را در حمام دمایی قرار می‌دهند و زمان رسیدن به 63.2 درصد تغییرات دما را محاسبه می‌کنند. در میدان این کار با فرو بردن ناگهانی ترموول در آب داغ و ثبت منحنی پاسخ محاسبه می‌شود. البته نیازی نیست تا شما برای بررسی سرعت پاسخ این آزمایش‌ها را انجام دهید. زیرا سازندگان ترموول منحنی‌های سرعت پاسخ و ثابت زمانی را همراه با دیتاشیت محصولات خود عرضه می‌کنند.

نکته‌های نصب ترموول

نصب ترموول در نگاه نخست ساده به نظر می‌رسد، اما در میدان پروژه همین مرحله است که تفاوت بین اندازه‌گیری واقعی و عددهای گمراه کننده را می‌سازد. ترموول باید به شکلی نصب شود که نوک آن در ناحیه پایدار جریان قرار بگیرد و در برابر نیروی درگ مقاومت کند. تجربه ثابت کرده که اکثر خطاهای اندازه‌گیری نه از انتخاب اشتباه ترموول که از نصب نامناسب آن است. در هنگام نصب ترموول باید چند نکته را رعایت کنید:

• در لوله‌های افقی ترموول را از سمت بالا نصب کنید تا از تجمع مایعات و رسوبات روی غلاف جلوگیری شود.
• در خطوطی که قطر کمی دارند، به جای نصب عمودی از زانویی با زاویه ۴۵ درجه استفاده کنید تا طول غوطه‌وری موثر افزایش پیدا کند.
• نوک ترموول باید حداقل ۱۰ الی ۱۵ میلیمتر از دیواره مقابل لوله فاصله داشته باشد تا در اثر انبساط یا ارتعاش به آن برخورد نکند.
• در خطوط عمودی که جریان رو به پایین است، ترموول را مایل نصب کنید تا سیال به صورت مستقیم به ریشه غلاف نزند.
• در خطوط بخار پرفشار، ترموول را قبل از شیر فشارشکن و با فاصله مناسب نصب کنید تا دما ناحیه پایدار اندازه‌گیری شود.

جمع‌بندی: آیا برای محاسبات و نصب ترموول آماده هستید؟

نصب و محاسبات ترموول احتمالاً آخرین چیزی است که در یک پروژه به آن فکر می‌کنید. اما دقیقاً همان مرحله‌ای است که در شرایط عملیاتی درست یا غلط بودن همه محاسبات قبلی را مشخص می‌کند. از شناخت درست غلاف، نوک، اتصال فرایند تا محاسبه نیروی درگ و فرکانس طبیعی تماماً به دنبال یک هدف ساده هستیم. اگر ترموول درست انتخاب و صحیح نصب نشود، عددی که می‌بینید واقعیت میدانی نیست.

حالا که در این مقاله تا اینجا آمده‌اید، احتمالاً یک مهندس مسئول و نگران هستید و می‌خواهید کار خودتان را در بهترین حالت کامل کنید. شاید وقت آن است که به خط تولید نگاهی بیاندازید و همان ترموولی که سال‌ها بدون توجه از کنارش رد می‌شوید، نیاز به یک بازبینی ساده داشته باشد. آیا تا به حال تجربه محاسبه و نصب ترموول داشته‌اید؟ فکر می‌کنید کدام مرحله از محاسبات را دست کم می‌گرفتید؟ اگر تجربه‌ای دارید و فکر می‌کنید که نکته‌ای در محاسبات ترموول از قلم افتاده آن را در همین صفحه به اشتراک بگذارید. تجربیات شما می‌تواند راهنمای دیگر مهندسین هنگام نصب ترموول باشد.

سوالات متداول

اگر ترموول از قبل نصب شده و امکان محاسبه فرکانس طبیعی نیست، از کجا مطمئن شویم که در محدوده خطرناک تشدید کار نمی‌کند؟

در چنین شرایطی باید سرعت سیال، طول غوطه‌وری و ضخامت جداره ترموول را با نمودارهای استاندارد ASME PTC 19.3 TW مقایسه کنید.

آیا ترموولی که نشتی ندارد و ظاهرش سالم است نیز نیاز به تعویض دارد؟

لزوماً خیر. اما اگر علائمی مانند خوردگی در ریشه، تغییر رنگ در ناحیه اتصال یا ارتعاش غیر طبیعی حین کار را مشاهده می‌کنید، حتی اگر نشتی وجود ندارد بهتر است آن ترموول را تعویض کنید.

در خطوطی که سرعت سیال بالا است، افزایش ضخامت یا تغییر طول غوطه‌وری کدامیک راه‌حل بهتری است؟

در شرایط کلی توصیه شده که ضخامت جداره ترموول افزایش پیدا کند. اما گاهی کاهش طول غوطه وری و یا تغییر نقطه نصب نیز تاثیر مثبتی دارد.