سایزینگ شیر کنترل یک روش برای تصمیم گیری نوع مناسب و سایز شیر کنترل به طور مطلوب برآورده کردن الزامات مدیریت جریان سیال است. این مقاله روش سایزینگ شیر کنترل را با برخی از جزئیات عنوان های مرتبط مانند اصطلاحات جریان شیر، ویژگی های کنترل شیر، کاویتاسیون، فلشینگ و غیره توصیف می کند.
اصطلاحات جریان شیر کنترل
قبل از اینکه ما مراحل سایزینگ شیر کنترل را ادامه دهیم، اصطلاحات شیر کنترل زیر مورد نیاز است.
افت فشار: این تفاوت بین فشار بالادست و فشار پایین دست شیر کنترل است.
CV (ضریب جریان): Cv تعداد گالن‌های آبی است که در طول یک دقیقه جریان دارد. در 60 درجه فارنهایت از طریق یک محدودیت و افت فشار 1 psi است.
Vena contracta: Vena contracta جایی است که دهنه عبوری سیال کوچک است.
چوک فلو یا کرتیکال فلو (Choked or critical flow):
- گفته می شود جریان زمانی که: Vena contracta با بخار از کاویتاسیون یا فلشینگ پر شده است.
- سرعت سیال در Vena contracta به سرعت صوت می رسد.
فشار بخار(Vapor pressure): این فشار است که در آن مایع داده شده در دمای داده شده تبخیر می شود
CF (فاکتور جریان بحرانی Critical Flow Factor): عامل CF نشانه ای از فشار Vena contracta شیر نسبت به فشار خروجی شیر است.
فاکتور بازیابی فشار در سایزینگ شیر کنترل
ویژگی های شیر کنترل برای سایزینگ شیر کنترل
ویژگی های شیر رابطه بین تراول(travel )شیر و سرعت جریان را توصیف می کنند. ویژگی های کنترل شیر توسط طراحی ترمیم شیر تعیین می شود.
ویژگی های ذاتی
رابطه بین تراول شیر و جریان را برای کاهش فشار ثابت در شیر کنترل بیان می کند.
Quick Opening کنترل باز کردن و بسته شدن سریع بدون کنترل.
Linear با موقعیت پلاگ خطی است.
Equal Percentage با افزایش تراول، تغییرات برابر در جریان را تولید می کند.
رابطه بین فلو و اوپنینگ ولو
ویژگی های نصب شده
ویژگی های نصب شده آنچه که واقعا برای یک مهندس فرآیند مهم است.
بیان رابطه بین تراول شیر و جریان برای یک افت فشار متغیر در سراسر شیر کنترل.
ویژگی های نصب شده از شیر Equal percentage نزدیک به خطی است که افت فشار با جریان متفاوت است.
نصب در مقابل ویژگی های ذاتی
ویژگی های جریان ذاتی انجام عملکرد واقعی شیر را منعکس نمی کند به عنوان نصب شده است. شرط ایده آل افت فشار دریچه ثابت (ΔP) بعید است که درست است و ویژگی های: عامل ‘یک انحراف از ویژگی های ذاتی دارند.
انحراف در ویژگی بستگی به تنوع افت فشار در سراسر شیر کنترل، به عنوان شیر کنترل عمل از جریان حداقل در موقعیت سفر اولیه خود را به جریان حداکثر خود را در موقعیت به طور کامل باز آن است.
گزیده ای از ویژگی های شیر برای شیر کنترل کالیبراسیون
روش زیر باید برای کنترل اندازه دریچه مورد استفاده قرار
انتخاب ویژگی درصد برابر، اگر Pvalve <70٪ از فشار رها کردن سیستم
انتخاب ویژگی خطی، اگر Pvalve 70٪> فشار سیستم قطره
موارد مورد نیاز داده برای شیر کنترل کالیبراسیون
ترکیبی از تئوری و داده های تجربی باید برای اندازه شیر کنترل و انتخاب استفاده می شود. به طور معمول، داده های زیر برای اندازه شیر کنترل استفاده می شود:
عامل Flowrates: – حداکثر جریان؛ جریان عادی؛ حداقل جریان
خواص سیالات: فاز -Fluid؛ وزن مولکولی؛ فشار بخار؛ نسبت گرمای ویژه؛ تراکم؛ وزن مخصوص. ویسکوزیته
پارامترهای: – فشار منبع؛ فشار مقصد؛ فشار طراحی؛ عامل درجه حرارت؛ خاموش فشار
پارامترهای مهم برای شیر کنترل اندازه و انتخاب آن
اندازه شیر یا ضریب دریچه (CV)
امتیاز از فشار و دما
متوسط جریان
خدمات مورد نیاز (جریان مقررات یا در کردن نوع)
مواد ساخت و ساز
شیر اکشن (به طور معمول باز در مقابل بطور معمول بسته)
کنترل دقیق
نشت یا تنگ بسته کردن
روش شیر کنترل کالیبراسیون
رنج ابیلیتی (Rangeability ):
رنج ابیلیتی یک شیر کنترل به عنوان نسبت حداکثر به حداقل جریانی که می تواند توسط یک شیر کنترل پس از دریافت سیگنال از یک کنترل کننده اعمال شود، تعریف می شود. این یک امر عادی برای انتخاب یک شیر کنترل در محدوده های زیر است:
حداکثر جریان:
اوپنینگ ولو <= 95٪ برای تریم (Trim ) با مشخصه Equal Percentage
اوپنینگ ولو <= 90٪ برای تریم (Trim ) با مشخصه Linear and Quick Opening
جریان نرمال:
اوپنینگ ولو باید حداقل 60٪ باشد
حداقل جریان:
اوپنینگ ولو> = 10٪
نیاز به موقیت fail – safe
- Fail to Open (FO)
- Fail to Close (FC)
- Fail Last
محاسبات سایزینگ شیر کنترل
شیر کنترل شیر برای حداکثر جریان
- برآورد حداکثر جریان مورد نیاز
- محاسبه فشار سیستم بدون شیر
- یک شیر را انتخاب کنید که حداکثر 90٪ را باز کند.
سایز حداقل جریان
- همان روش را به صورت بالا دنبال کنید و یک شیر را انتخاب کنید که حداقل 10٪ باز می شود.
اندازه شیر کنترل برای جریان نرمال
همان روش را دنبال کنید و یک شیر را انتخاب کنید که جریان نرمال را در حدود 60-70٪ باز می کند.
محاسبه پرشر دراپ ( Pressure Drop)
محاسبه CV برای سایزینگ شیر کنترل
ضریب جریان یا CV یک پارامتر مهم برای سایزینگ شیر کنترل است. این نیز به عنوان کارآمد بودن شیر شناخته شده است. این تعداد گالن های U.S را مشخص می کند که از طریق یک محدوده در یک دقیقه در 60 درجه فارنهایت جریان می یابد، کاهش فشار را از طریق این محدودیت 1 PSI می کند. روش محاسبه CV برای جریان مایع، جریان گاز / بخار و جریان دو فاز برای مرجع ارائه شده است.
محاسبه cv مایع :
CV محاسبه گاز و بخار:
محاسبه CV دو مرحله فاز:
اثر ردیوس بر روی سایز شیر کنترل
- کاهش ظرفیت شیر واقعی
- کاهش فشار اضافی در سیستم را ایجاد می کند
- فاکتور اصلاح جریان جریان (R)
قوانین انگشت شست برای سایزینگ شیر کنترل
چند قانون کلی رایج در صنایع در هنگام تنظیم اندازه شیرها عبارتند از:
- سیستم و اندازه شیر کنترل را طوری تعیین کنید که:
Pvalve = 25٪ کاهش فشار سیستم (از جمله شیر کنترل) یا pvalve = 1/3 پرشر دراپ سیستم (به استثنای شیر کنترل)
- شیر برای سایزینگ بین 20 تا 80٪ باز در حداکثر سرعت جریان مورد نیاز است.
- حداقل باز کردن نباید کمتر از 20٪ در حداقل جریان برای ارائه حاشیه ایمنی باشد.
کاویتاسیون و سایزینگ شیر کنترل
کاویتاسیون در سایزینگ شیر کنترل یک پدیده دو مرحله ای است:
- تشکیل حباب های بخار
- فرو ریختن حباب های بخار
پدیده کاویتاسیون:
اثرات منفی کاویتاسیون:
- جریان مایع را مقاومت می کند
- باعث ارتعاشات شدید می شود
- سطح فلز را از بین می برد
- سر و صدای بالا را تولید می کند
اقدامات متقابل کاویتاسیون:
- سبک شیر را انتخاب کنید که دارای مقدار CF بالاتر از مورد نیاز برای برنامه است
- افزایش فشار در بالادست شیر کنترل با کاهش ارتفاع در سیستم لوله کشی
- نصب و راه اندازی اوریفیس در پایین شیر کنترل
فلشینگ
تعریف: فشار در خروجی شیر در زیر فشار بخار باقی می ماند.
اثرات منفی: جریان دو فاز در پایین دست شیر کنترل؛ فرسایش
محدودیت های عملکرد شیر کنترل
سر و صدا
- dBA 85 برای کنترل فرایند و برنامه های کاربردی روزانه خدمات
- 90 dBA برای نابود کردن ناقص و گردش سیال
- 5 dBA ممکن است برای عایق گرفته شود.
ارتعاش و محدودیت های فرسایش
خدمات مایع
TRIM EXIT VEL. <30 m / s برای مایعات تک فاز
TRIM EXIT VEL. <23 m / s برای کاویتاسیون، فلش خدمات فرساینده
خدمات گاز
TRIM EXIT VEL. سر> 480 KPA برای خدمات مداوم
TRIM EXIT VEL. سر> 1030 KPA برای خدمات نادرست
پوزیشنر
یک پوزیشنر (Servomechanism) که به صورت مکانیکی به یک قسمت متحرک یک عنصر کنترل نهایی یا اکچیتور آن متصل است و به طور خودکار خروجی خود را به اکچیتور ارسال می کند تا موقعیت دلخواه را نسبت به سیگنال ورودی حفظ کند.
استاندارد سایزینگ کنترل ولو
استانداردهای سایزینگ کنترل ولو به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.
ISA75.01.01، معادلات سایزینگ شیر کنترل
کمیسیون مستقل انتخابات 60534-2-1
DEP 32.36.01.17-ژنرال، شیر کنترل – انتخاب، اندازه، و مشخصات
مراحل ساده برای شیر کنترل کالیبراسیون
مراحل زیر را می توان برای شیر کنترل کالیبراسیون دنبال کرد:
مرحله 1: تعریف حداکثر افت فشار مجاز برای شیر
مرحله 2: محاسبه ضریب دریچه (CV)
مرحله 3: انتخاب دریچه مقدماتی
مرحله 4: بررسی رقم و درصد سکته مغزی در جریان حداقل
مرحله 5: بررسی افزایش در سراسر نرخ جریان قابل اجرا: به دست آوردن چنین تعریف می شود:
به دست آوردن = Δ جریان / Δ سفر؛ افزایش هرگز نباید کمتر از 0.50 باشد.
