صنعت تصفیه خانه روغن خوراکی

معرفی

ترموول (Thermowell) که به اختصار به آن ول (Well) نیز می‌گویند، برای محافظت از حسگر دما در برابر شرایط سخت و خشن فرآیند و ایجاد امکان خارج کردن حسگر از محل خود بدون نیاز به توقف فرآیند به کار می‌رود.

ترموول یک اتصال تیوبی شکل است که برای حفاظت از سنسور دما در محل‌هایی که امکان خورندگی و آسیب دیدن ادوات حرارتی مواد وجود داشته باشد، استفاده می‌شود.

ترموول شامل یک تیوب است که انتهای آن بسته است. این تیوب در محل عبور جریان نصب می‌شود. یک سنسور دما که می‌تواند ترمومتر، ترموکوپل و یا RTD باشد، داخل این تیوب قرار می‌گیرد. سنسور دما درون ترموول قرار گرفته و به صورت پیچی بسته و در جای خود محکم می‌شود. اتصال حسگر دما به ترموول همیشه به صورت پیچی است.

سیال عبوری حرارت را به بدنه ترموول منتقل می‌کند. ترموول هم این حرارت را به سنسور دما منتقل می‌نماید. در صورتی که آسیبی به سنسور برسد، به راحتی می‌توان آن را تعویض کرد. البته وجود دیواره ترموول باعث می‌شود که سنسور تغییرات دمای جریان را با کمی تاخیر حس نماید.

اگرچه در نگاه نخست ترموول وسیله‌ای ساده به نظر می‌رشد، اما انتخاب مناسب آن نیازمند تعیین پارامترهای متعددی است. پارامترهایی که هر کدام از آن‌ها باید با توجه ویژه‌ای انتخاب شوند تا اهداف حداقل تاثیر نامطلوب در دقت اندازه گیری،‌حداقل نیاز به تعمیر و نگهداری و در نتیجه کاهش و حذف مخاطرات ناشی از آسیب به ترموول محقق شود.

فیلم اموزشی کارکرد ترمول

استانداردها

استانداردهای مرتبط با ترموول و چگونگی نصب آن‌ها عبارت‌اند از:

• استاندارد ASME PTC 19.3 TW, Thermowells
• استاندارد API RP 551, Process Measurement

انواع ترموول از لحاظ شکل ظاهری

• ترموول صاف
• ترموول مخروطی
• ترموول پله ای

ترموول صاف

در ترموول صاف طول قسمت غوطه ور در تمام قسمت ها یکسان می باشد و حفاظت خوبی در برابر خوردگی و سایش دارد.

ترموول مخروطی

در ترموول مخروطی با نزدیک شدن به نوک انتهایی ترموول، قطر ترموول کاهش می یابد. این ترموول ها در مواردی که سرعت عبور سیال بسیار است، کاربرد دارند، ترموول مخروطی برای سیال مایع با سرعت بیشتر از 5 متر بر ثانیه و سیالات گازی با سرعت بیش از 15 متر بر ثانیه کاربرد دارند.

ترموول پله ای

ترموول پله ای دارای کمترین ماده در قسمت نوک غوطه وری می باشد و دارای پاسخ زمانی سریع است.

انواع ترموول از لحاظ روش نصب

• ترموول اتصال رزوه ای یا دنده ای
• ترموول اتصال فلنجی
• ترموول اتصال جوشی

ترموول یک اتصال استوانه ای می باشد که برای محافظت از سنسور دما نصب می شود که یک انتها بسته و انتهای دیگر آن باز می باشد. انتهای بسته در جریان فرایند قرار می گیرد و حسگر دما که یک ترموکوپل یا سنسور مقاومتی یا دماسنج می باشد، درون انتهای باز می باشد. سنسورهای دما معمولاً توسط فنر به ترموول نصب می شوند تا از اتصال سنسور با ترموول اطمینان حاصل گردد. انتهای باز ترموول معمولا در هوای آزاد خارج از لوله کشی فرایند قرار می گیرد، و در صورت خرابی سنسور، می توان آن را به راحتی و بدون تخلیه مخزن و یا لوله، تعویض کرد.

اجزای تشکیل دهنده ترموول

طبق استاندارد ASME PTC 19.3 TW قسمت های مختلف ترموول به شرح زیر می باشد.

• B: قطر داخلی ترموول
• E: ضخامت نوک ترموول
• Q: قطر پایه
• S: عمق داخلی ترموول ( طول ترموول)
• T: طول الحاقی
• U: طول فرو رفتگی
• V: قطر نوک ترموول

طول پروب جهت ترموول

نوک سنسور می‌بایست پایین ترموول را لمس کند. سنسور حرارتی نظیر دماسنج، ترموکوپل یا RTD در انتهای باز ترموول قرار داده می‌شود و و به طور کلی فنر دار می‌گردد تا حصول اطمینان گردد که نوک خارجی سنسور دما در تماس فلز با فلز با نوک درونی ترمول قرار گرفته است. فیت سنسور می‌بایست تا آنجا که امکان دارد محکم باشد تا از فاصله حلقوی کاسته شود بدین سبب که هوا به عنوان یک عایق عمل خواهد کرد.

هیچ شیوه استانداردی به منظور گزینض طول پروب با نظر به ترموول موجود نیست. ترموول در استاندارد های گوناگون با طول‌های مختلف وجود دارد. پروب های سنسور نظیر دماسنج، RTD ترموکوپل نیز در ابعاد گوناگون موجود هستند. با نظر به ترموول می‌بایست طول پروب مناسب را گزینش کرد. در سایر شرایط، اگر پروب بیشتر از حد نرمال طول داشته باشد، ساقه خارج از ترموول خم خواهد شد و احتمال خسارات فیزیکی وجود دارد.

جنس ترموول

گزینش متریال مطلوب به منظور افزوده شدن به طول عمر یک ترموول اهمیت بسزایی دارد. در زمان گزینش متریال می‌بایست موارد زیر را مد نظر قرار داد:

• نوع مواد شیمیایی
• دما در فرآیند
• سرعت در فرآیند
• جریان در فرآیند

می‌بایست توجه داشته باشید که دما یا غلظت بالای مواد شیمیایی سبب افزایش اثرات خوردگی خواهد شد. در عین حال ذرات معلق سبب فرسایش میگردند. از رایج‌ترین متریال‌ها در تولید ترموول‌ها می توان موارد زیر را برشمرد:

• کربن استیل
• کروم/مولیبدن استیل
• استنلس استیل
• اینکنل
• مونل
• هاستلیوی
• هانیس آلیاژی
• تیتانیوم

متریال فولاد کربن مقاومت کمتری در فیاس با مواد خورنده دارند. و مطلوب کارایی‌هایی با دما و فشار پایین هستند. رایج‌ترین متریالی که جهت ساخت و تولید ترموول ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، استنلس استیل است. ترموول های استنلس استیل، اقتصادی و مقاوم در مقابل حرارت و خوردگی هستند. کروم/مولیبدن استیل یک فولاد ضد زنگ با مقاومت بالا و مطلوب به منظور کاربردهایی با فشار خیلی بالا است. در عین حال اضافه کردن مولیبدن سبب افزایش مقاومت در مقابل خوردگی خواهد شد.

آلیاژ هینس شامل کبالت، نیکل، کروم و تنگستن است. این آلیاژ اغلب مطلوب برای سولفید شدن، کربوریزه کردن و محیط های دارای کلر است. متریال صرف شده در تجهیزات صنعتی اهمیت بسزایی در تعیین کیفیت و عملکرد مطلوب تجهیزات مورد نظر دارد بدین سبب گروه صنعتی سپیانی خود را موظف میداند که تجهیزات صنعتی را از برترین برندهای جهانی با بهترین کیفیت به مصرف‌کنندگان عزیز ارائه دهد.

عدم انتخاب درست جنس و شکل ترموول باعث ایجاد اندازه گیری نادرست یا تخریب ترموول می شود که خود ممکن است باعث وقوع حوادث جبران ناپذیری شود. از این رو استاندارد ASME-PTC 19.3 برای اطمینان از دوام ترموول ها در شرایط سخت فرآیندهای پیچیده شیمیایی، ارائه شده است. همچنین در انتخاب ترموول ها شرایط و استانداردهای طراحی پایپینگ سایت نیز باید مد نظر قرار گیرد. ترموول ها به صورت عمومی از ماشینکاری یک قطاع گرد فلزی یکپارچه (Round Bar Stock) ساخته می شوند و یک سر آن برای اتصال به پایپینگ پلنت به یکی از شکل های ترموول های جوشی، ترموول رزوه ایی یا ترموول فلنجی آماده می شود. این در حالی است که تیوب های محافظ لزوماً ماشینکاری نمی شوند و به روش های دیگر نیز امکان ساخت آن ها وجود دارد. برای دماهای بسیار بالا از موادی همچون سرامیک یا سیلیکون کار باید برای ساخت Thermowell و تیوب محافظ استفاده می شود.

نصب ترموول

نحوه نصب ترموول در یک فرآیند می تواند تأثیر قابل توجهی در محاسبات تنش ترموول و ریز گرداب داشته باشد. تغییرات مورد بحث در اینجا فراتر از نصب های “استاندارد” مانند ترمولرهای فلنج دار ، رشته ای و جوش داده شده یا محافظ جزئی ترموول است.

نصب آرنج یا خمیده

ASME PTC 19.3 TW-2010 هیچ راهنمایی معنی داری در مورد نصب ترموول در زانوی لوله ارائه نمی دهد. مدل سازی جریان در زانویی به دلیل تلاطم و پیچیدگی بسیار دشوار است. ASME PTC 19.3 TW-2010 پیشنهاد می کند که برای محافظه کاری ، کل طول بدون پشتوانه و بدون محافظ را در معرض جریان قرار دهید و نیروهای عمود بر عمود (یعنی “عادی”) به محور ترموول عمل کنند.

ASME PTC 19.3 TW-2010

از نظر بسیاری ، این پاسخ قابل قبولی نیست. برخی اظهارنظرها در ASME PTC 19.3 TW-2010 و بحث های کمیته جایگزینی برای این دیدگاه بیش از حد محافظه کارانه ارائه داد. اگر نوک آن به اندازه کافی در بالادست یا پایین دست از زانویی باشد به گونه ای که جریان مایع به موازات محور ترموول در نوک باشد ، در این صورت تعداد Strouhal بسیار کوچک است زیرا جریان در نوک بسیار ناچیز است. ASME PTC 19.3 TW-2010 بیان می کند که این فراتر از حد استاندارد است ، در حالی که دیگران در صنعت معتقدند که این نوع نصب می تواند یک راه حل ساده برای طراحی ترموول باشد که بیش از حد به فرکانس طبیعی است.

ASME PTC 19.3 TW-2010  پیشنهاد می کند که ترموول اشاره شده در جهت بالادست نصب بهتری است زیرا مقدار و محل جریان جریان شاخه ای و نیروی گشتاور کمتری به ترموول اعمال می کند و جریان از نوک آن آرام تر است. اگر نوک آن به پایین دست نشان داده شود ، چرخش مایع پس از عبور از اطراف ترموول می تواند برخی از اجزای متقابل آن را داشته باشد ، اما مدل سازی آن بسیار دشوار است. همانند نصب های زاویه دار در زیر ، محاسبه گشتاور شاخه ای پیچیده است ، بنابراین تغییرات نیرو ، گشتاور لحظه ای و تنش به راحتی پیش بینی نمی شود.

امرسون در حال بررسی تحقیق گسترده تری در مورد این روشهای نصب است تا بتواند توجیهی برای مزایای این راه حلها ارائه دهد.

نصب زاویه دار

مشتریان به منظور دستیابی به قرائت دقیق تر دما ، غالباً ترموول ها را در زاویه جریان برای نصب ، برای کاهش نیرو های وارد شده بر روی ترموول ، یا برای قرار گرفتن در معرض جریان در اندازه های خط کوچکتر نصب می کنند. تأثیر زاویه “yaw” بر روی سرعت نوک مربوط به مثلثات ساده نیست. همچنین پیش بینی تنش ها و نیرو هایی که بر روی ترموول قرار می گیرند را پیچیده می کند. با تغییر زاویه نصب، سرعت در نوک کاهش می یابد.

با نزدیک شدن زاویه به 0 درجه ، مولفه سرعت در نوک به وحدت یا 100٪ سرعت جریان نزدیک می شود. این می تواند در کاهش فرکانس Strouhal برای تاسیساتی که تنش عامل محدود کننده ای نیست مفید باشد.

تغییر زاویه

همین منطق در مورد نیرو هایی که بر روی ترموول عمل می کنند صدق نمی کند. با تغییر زاویه ، سطح افزایش می یابد ، طول ترموول افزایش می یابد و در نتیجه نیروهای اصطکاک افزایش می یابد. جریان مایع در اطراف ترموول به طور فزاینده ای برای مدل سازی پیچیده است و بنابراین ، تغییرات نیرو ، گشتاور شاخه ای و تنش به راحتی پیش بینی نمی شود. ASME PTC 19.3 TW-2010 بیان می کند که این فراتر از حد استاندارد است ، اما ، امرسون در حال بررسی تحقیق گسترده تری در مورد این روش نصب است تا برخی توجیهات را برای مزایای این راه حل ارائه دهد. برنامه های مشتری دشواری وجود دارد که ممکن است این تنها روش مناسب نصب باشد.

مجاری مربع در مقابل لوله های گرد

از آنجا که استاندارد جدید از سرعت متوسط ​​استفاده می کند ، نیازی به دانستن یا مدل سازی مشخصات جریان مجاری مربع و تفاوت آن با لوله های گرد نیست. برای محاسبه سرعت متوسط ​​، طراح به سادگی باید از سرعت جریان جرم ، چگالی و سطح مقطع بداند.

تعریف نسخه پشتیبانی نشده با انتشار ASME PTC 19.3 TW-2010 تغییر کرده است. مدل تئوری پرتو که در ASME PTC 19.3 TW-2010 استفاده می شود نسبت به تغییرات طول پشتیبانی نشده بسیار حساس است ، بنابراین لازم است تعریف آن را واضح و سازگار ارائه دهیم.

ترموول های فلنج دار

برای ترموول های فلنج دار (از جمله Lap Flange / Van Stone) ، طول غوطه وری همان طول پشتیبانی نشده است.

ترموول های رزوه دار

برای ترموول های رزوه دار ، طول غوطه وری همان طول بدون پشتیبانی است ، اما نتایج تجربی نشان داده است که طول بدون پشتیبانی از حدود 2 یا 3 رشته در بخش رزوه شروع می شود. این در ASME PTC 19.3 TW-2010 با استفاده از یک ضریب تصحیح برای ترموول های رزوه ای محاسبه می شود.

ترموول های جوش خورده

بزرگترین تغییر در ترموول های جوش خورده دیده می شود. استفاده از طول غوطه وری به طور نادرست طول پشتیبانی نشده را کاهش می دهد و فرکانس طبیعی ترموول را افزایش می دهد.

مکان صحیح محاسبه طول پشتیبانی نشده از نقطه جوش است ، اما از آنجا که نقطه جوش دقیقاً توسط امرسون Emerson شناخته نشده است ، باید نقطه جوش را برای محاسبه برآورد کرد یا باید از طول کلی ترموول استفاده کرد. این اطمینان می دهد که مهم نیست که چطور ترموول نصب شده باشد ، محاسبه ارائه شده از طرف محافظه کارانه ایمن است.

روش جایگزین

یک روش جایگزین نوشتن خطی بر روی ترموول است تا نشان دهد کجا باید جوش داده شود تا محاسبات دقیق یا محافظه کارانه باشد. این امر بیشتر درگیر می شود و نیاز به آگاهی از ابعاد سوکت دارد. یک مورد خاص که باید طول پشتیبانی نشده مشخص شود ، مربوط به ترموول های جوش خورده نصب شده بر اساس DIN 43772 است. اینها با یک سوراخ تحمل محکم که در یک لوله سوراخ شده است و یک ترموول میله ای بارتاک محکم طراحی شده اند. از آنجا که برای نصب تحمل وجود دارد ، اطمینان از تناسب تداخل که برای حرکت طول پشتیبانی نشده لازم است ، غیرممکن است.

لوله های ترموول و محافظ

ترموول و لوله های حفاظتی برای سنسورهای دما در کاربردهای صنعتی مختلف
ترموول قسمت خیس شده ترمومتر اندرس هاوزر است. در اصل، ترموول ها به لوله های محافظ ساخته شده از لوله های جوش داده شده و ترموول های ساخته شده از مواد زبر تقسیم می شوند.
در بسیاری از موارد ترمومترها را نمی توان مستقیماً در محیط قرار داد، اما نیاز به محافظت در برابر شرایط ناهموار دارند. علاوه بر این ترموول اطمینان می دهد که تعویض سنسور اندازه گیری بدون وقفه در فرآیند امکان پذیر است.

کاربرد ترموول

در واقع دلیل اصلی استفاده از ترموول بالا بردن طول عمر سنسور دمایی و همچنین امکان تعمیر و نگهداری ساده تر برای ترموکوپل و ترمورزیستن است. استفاده از ترموول باعث می شود دقت و پاسخ سنسور کاهش یابد، البته خطای اندازه گیری کمتر از 1 درصد می باشد. برای مثال در یک تانک روغن در صورتی که خود ترموکوپل مستقیماً در مخزن استفاده گردد در مواقع خرابی باز کردن و تعمیر ترموکوپل مشکل ساز خواهد بود ولی با وجود ترموول اینکار به سادگی و بدون نیاز به بستن بوشن و آب بندی مجدد روزنه نصب ترموکوپل انجام می گردد.

مزایای ترموول

1. حفاظت از سنسور در برابر فرسایش، خوردگی، لرزش و فشار
2. جدا کردن آسان سنسور اندازه گیری بدون نیاز به قطع جریان سیال

نحوه انتخاب ترموول

• جنس ترموول
• طول ترموول
• نوع اتصال به خط
• نوع ترموول از لحاظ شکل ظاهری
• قطر مجرای داخلی ترموول

نتیجه گیری استفاده از ترموول در برنامه های فشار بالا

صرف نظر از سنسوری که استفاده می کنید ، به مرور زمان به دلیل قرار گرفتن در معرض فشار ، گرما و سرعت جریان سیال خراب می شود. در محیط های سخت صنعتی ، عملکرد و یکپارچگی ساختاری سنسور ها می تواند تحت تأثیر قرار گیرد. به عنوان مثال ، خوردگی می تواند در فلزات مشکل ساز شود. سیم های ترموکوپل قطر بسیار کمی دارند ، به این معنی که تغییر شکل فلز با قرار گرفتن طولانی مدت در معرض گرما می تواند مهم باشد.

برای جبران این مشکلات ، از ترموول ها برای محافظت از سنسور و جلوگیری از خطا در اندازه گیری یا از بین رفتن سنسور استفاده می شود. کالیبراسیون دوره ای می تواند صحت سنسور ها را تأیید کند. کالیبراتور های پراب بلوک خشک ، کالیبراسیون قابل ردیابی NIST را برای پراب ترمیستور ، ترموکوپل و RTD ارائه می دهند. برای کالیبراسیون این سیستم ها می توان از سنسور های غیر تماسی مانند دوربین های حرارتی ، دستگاه های IR و غیره استفاده کرد. دقت آنها بیشتر از 1٪ است ، اما روند کار بسیار تکرارپذیر است ، بنابراین برای کالیبراسیون مناسب است. یک استاندارد کالیبراسیون معتبر مانند AS17025 اطمینان حاصل می کند که روش های استفاده شده NIST قابل پیگیری و قابل اعتماد تر از کالیبراسیون های داخلی هستند.