شیرهای کنترلی : Control Valve

کنترل ولو : کنترل ولوها به عنوان عنصر نهایی در حلقه های کنترلی در فرایندها، وظیفه تنظیم پارامترهای فرایندی دما، فشار، دبی و سطح را بر عهده دارند.

تقسیم بندی شیرهای کنترل بر اساس پارامتری که کنترل میشود

• FCV (FV) Flow
• PCV (PV) Pressure
• LCV (LV) Level
• TCV (TV) Temperature

شیرهای کنترلی در این نوع تقسیم بندی غالبا در نوع مشخصه عملکردی با هم متفاوت هستند.

تقسیم بندی شیرهای کنترل با توجه به ساختمان

• Sliding StemàGlobeàAngle,Straight
• Rotaryà Ball,Butterfly

ویژگی های   Ballو  Butterfly

• کنترل پذیری کم
• قیمت مناسب نسبت به Globe
• افت فشار کم
• ظرفیت بالا
• عملکرد مناسب در سیالات ویسکوز

قسمتهای شیر کنترلی

• Actuator
• Positioner
• Server

Actuator اکچویتور:

قسمتی از شیر کنترل که با توان پنوماتیکی، هیدرولیکی یا الکتریکالی، نیروی لازم را برای باز و بسته کردن ولو فراهم می آورد.

نیروهای لازم برای باز و بسته کردن ولو

• الکترونیوماتیک : این سیستم به علت ارزانی، ساده بودن تجهیزات و تعمیر و نگهداری آسان و وجود هوای ابزار دقیق، در پروژه از موارد پرکاربرد نسبت به انواع دیگر محسوب می شود. از معایب آن : عدم توانایی در فراهم آوردن نیروی زیاد برای باز و بسته کردن شیرهایی که فشار های بالا را قطع و وصل می کنند می باشد.
• الکترونیوماتیک : برای شیرهای مربوط به فشارهای بالا نظیر شیرهای سرچاهی استفاده می شود و دارای سیستم پیچیده تری نسبت به نیوماتیک است. و با فشار روغن کار میکند.
• الکتریکالی (MOV) : در برخی از نواحی، تامین هوای ابزار دقیق میسر نمی باشد. مثلا در نواحی (Tank Gage Area) در این نواحی به علت پراکندگی وسعت ناحیه مربوط به تانکهای ذخیره، معمولا ایجاد یک شبکه هوارسانی و تامین کمپرسور هوای ابزار دقیق میسر نیست. لذا با توجه به وجود Electrical Power شیرها بصورت برقی انتخاب می شوند. شیرهای Mov به دلیل اینکه خرابی آنها طول میشکد علاوه بر الکتریکالی بصورت دستی هم کنترل می شود. Haulwell شیرهای دستی که Actuator دارند

معمولا شیرهای دستی شیرهای By pass مربوط به کنترل ولو هستند. اما مواردی در فرایند وجود دارد که خط bypass وجود ندارد و لذا شیر کنترل اصلی علاوه بر عملکرد اتوماتیک، دارای تنظیم دستی هم می باشند.

غالبا تا سایزهای 8 اینچ، اکچوتیور بصورت دیافراگمی است.

بالاتر از 8 اینچ پیستونی است.

Accessory (لوازم جانبی)

شامل قطعات یا قسمتهایی است که بر روی اکچوتیور یا بهمراه آن نصب می شود تا عملکرد آن را به عنوان یک واحد عملیاتی تکمیل نماید.

مثل پوزیشینر پرشر رگولاتور، سکنوئید و limit switch

1– Positioner: وظیفه آن قرار دادن Plug ولو در موقعیت مناسب است. در همه موارد شیرهای کنترل پوزیشینر لازم است.

2– Regulator Pressure : این هم در همه موارد شیرهای کنترل لازم است.

نکته : فرمان باز و بسته شدن شیرهای کنترل می توانند ازDes  یا  Esd یا هر دو باشند.

3- سولونوئید :

استفاده از سولونوئید در شیرهای OFF/ON همیشگی است ( در حالت نیوماتیک) اما برای شیرهای کنترل زمانی استفاده می شوند که علاوه بر فرمان از Des از Esd هم فرمان کاملا باز یا کاملا بسته دریافت شود.

(بحث سولونوئید بحث هوای ابزار دقیق است و اگر الکتریکال باشد معنایی ندارد چون خودش الکتریکالی است)

4- Limit Switch

Limit switch جز  Accessory های دائمی شیرهای کنترل نبوده و فقط هنگامی استفاده می شود که اطلاع از وضعیت باز و بسته بودن شیر به دلایل فرایندی مهم باشند که شیرهای کنترل بایستی به همراه این سوئیچ ها خریداری شود.

این شیرها همراه OFF/ON هم استفاده می شود و هم شیرهای کنترل در واقع المانی هستند که وضعیت باز یا بسته بودن را توسط یک آلارم به سیستم کنترل اطلاع میدهند ولی خود عملی را انجام نمی دهند به این المانها position switch هم می گویند.. limit switch ربطی به این ندارند که ولو حتما اتوماتیک باشد بعضی وقتها برای یک شیر دستی هم Limit switch دیده می شود.

Capacity:

در واقع ظرفیت شیر است. میزان Flow rate که از شیر می تواند در شرایط معین عبور کند.

 

I/P : قسمتی از پوزیشینر است که فرمان کنترلی به بصورت جریانی است را به فشار (هوای ابزار دقیق) و متناسب با جریان تبدیل و به این ترتیب نیروی لازم با توجه به میزان مورد نظر باز و بسته شدن شیر توسط فشار هوا را تامین خواهد شد

 

اجزاء شیرهای کنترلی

اطلاعات بیشتر راجع به positioner :

Positioner یک مکانیسم کنترل موقعیت است که بصورت مکانیکی به قسمتهای متحرک ولو (Stem) وصل بوده و خروجی اکچوتیور را طوری تنظیم می کند که Stem در موقعیت مطلوب متناسب با Signal قرار گیرد.

یک ولو کنترل از 2 ناحیه ممکن است فرمان بگیرد. یکی حالت کارکرد عادی از طریق پوزیشنر فرمان می گیرد و دوم Esd که ولو باید یا بسته یا باز، قطع یا وصل

در حالت اول: یک فرمان 4-20mA از اتاق کنترل می آید و هم یک خط تغییر هوا به پوزیشنر وارد می شود. میزان هوایی که به پشت دیافراگم ولو برای باز و بسته شدن وارد میشود توسط پوزیشنر تنظیم میشود که ولو چقدر باز و بسته شود چون همیشه ولو دارای یک تلورانس خطا می باشد. در میزان باز و بسته بودن، تنظیم Stem یا Travel به عهده پوزیشنر است. همیشه یک فیدبک از Stem ولو پوزیشنر برمیگردد که پوزیشنر متوجه شود ولو به اندازه واقعی که فرمان داده بود باز و بسته شده است. که توسط 2 سوئیج ZSO و ZSC همراه موقعیت باز وبسته شدن شیر به اتاق کنترل می رود.

در حالت دوم : زمانی است که یک فرمان از Esd به سر ولو داده میشود. برای مواقع Shutdown که یک سوئیچ باز یا بسته شود. اینکار توسط سولوئید انجام میشود.

خلاصه مطلب اینکه به خاطر داشته باشیم در هر حالت ورودی هوا به یک شیر تنها از یک مسیر صورت می گیرد. اما ممکن است دو فرمان مجزا به شیر داده شود (1 . 2 ) و یا سه فرمان که در اینصورت همواره یکی از فرامین 1 فرمان کنترل تناسبی (فرمان  4-20mA که شیر را در حالتهای محتلف باز یا بسته شدن یا نیمه باز تنظیم می کند) اما فرامین دیگر فرامین کاملا باز یا کاملا بسته است که از Dcs یاEsd توسط سولونوئید به اکچوتیور داده میشود.

Travel :

عبارتست از حرکت Plug از حالت کاملا باز به حالت کاملا بسته و همچنین حالتهای مابین این دو حالت.

P : Plug هم المانی است که ولو را می بندد.

Disk : المانی مسدود کننده در شیر اطمینان  Disk است ولی اینجا plug است .

المان مسدود کننده جریان در شیرهای کنترل clouser member

• Globe à plug
• Ball à Ball
• Butterfly à Disk

 

Trim:

اجزا و قسمتهای داخلی شیر که نقش کنترل میزان فلوی عبوری را بر عهده دارد. مثل (plug، Seat، Gageو….) که همان wetted part محسوب میشوند.

 

Bonnet :

قسمتی از شیر است که اجزا packing box را در بر گرفته و یک مسیر برای هدایت stem محسوب می شود. می تواند یک قطعه ای جدا از Body ولو باشد یا جزئی از Body ولو همچنین Bonnet امکان وصل شدن اکچویتور به بدنه شیر را فراهم می آورد. حالتهای مختلف ساختاری Bonnet از نظر اتصال به بدنه شیر عبارتند از

Bolted ،  Threaded ، Welded ، Pressure – seale یا جزئی از بدنه شیر. معمولا به مجموعه خود Bonnet و اجزای را که در بر می گیرد بصورت کلی Bonnet اسمبل گفته می شود

Cage :

عبارتست از یک المان متخلخل یا (توری مانند) که معمولا Plug ولو را در بر می گیرد و می تواند مشخصه های مختلف عملکردی شیر را بوجود آورد. (حالتهای Linear ، Quick Opening ، Equal Percentage با اشکال مختلف ساختاری cage ایجاد میشوند).

Port :

به اریفیس یا گلوگاه شیر گفته می شود. (به حداقل محدودیت مسیر گویند)

Packing :

قسمتی از شیر است که وظیفه آب بندی اطراف stem یا دیسک را در مقابل نشتی بر عهده دارد.

Seat ping :

حلقه ای است بالای seat که  plug بر روی آن می نشنید.

Valve Stem :

میله ای است که  حرکت خطی اکچوتیور را به Plug ولو منتقل می کند که به آن  Spindel هم گویند

Yoke :

قطعه ای است که بین اکچویتور و Bonnet است و وظیفه  آن نگهداشتن این دو است. ساختاری است که بصورت محکم قسمت محرک را به خود ولو متصل می کند.

Rail Close :

شرایطی که در آن plug ولو در صورت قطع هوای ابزار دقیق در هر موقعیتی باشد به حالت بسته برود.

Rail open :

شرایطی که در آن plug ولو در صورتی که هوای ابزار دقیق قطع شود به حالت زیر می رود.

نکته /: موارد استفاده شده از حالت Rail open یا Rail close بستگی به شرایط فرایندی دارد.

Rail open در موارد زیر استفاده میشود :

1- Inst.Air supply  و Cooling water

2- Pump min Flow

در غالب حالتهای دیگر از Rail close استفاده میشود.

Fail safe :

Fail safe بودن شیر یکی دیگر از ویژگی های عملکردی شیر و اکچوتیور آن است که در صورت قطع هوای ابزار دقیق باعث می شود plug شیر به حالتی برود که ضرورت آن را فرایند از قبل تعیین کرده است. و شامل حالتهای Fail to close ، Fail to open و remin in the last positioner یا  lock in the positioner یعنی ماندن در حالت قبل از قطع شدن هوای ابزار دقیق

Ball Valve :

به عنوان یک شیر High- Recovery بکار می رود. ویژگی های این شیر در ذیل است :

• افت فشار زیاد ایجاد نمی کند یعنی فشار خروجی سریع بر می گردد
• افت فشار کم نسبت به شیر Globe
• تبدیل Shutoff را دارد (سیل بندی)

(یعنی Leakage به سیال نمی دهد. اکثرا برای سرویسهای گازی است)

• قیمت آنها نصف قیمت Globeاست.

نکته : شیرهای کنترلی اکثرا Globe هستند مگر اینکه محدودیتی از نظر قیمت، سرویس فرایندی یا سرعت باز و بسته شدن (شیرهای ON/OFF) مطرح باشد که در آن صورت از شیرهای Ball یا Butterfly استفاده میشود.

نکته : شیرهای Globe کنترل پذیری خوبی دارند.

نکته : وقتی شیرهای کنترلی Globe باشند و اتوماتیک باید  bypass هم Globe باشد و دستی.

نکته : شیرهای Globe نمیتوانند ON/OFF  باشند.

نکته : شیرهایی که از Esd فرمان می گیرید به ازاء هر اینچ باید در 1 ثانیه ببندد و یا باز شوند مثلا 8 اینچ را  در 8 ثانیه ببندد. یعنی حداقل به سرعت آنها اینچ بر ثانیه باشند بنابراین با توجه به این سرعت، شیرهای ON/OFF باید Ball یا Butterfly باشند.

Butterfly Valve :

1- قیمت پایین برای دی های بالا

2- با اینکه opening آن می تواند با خط برابر باشد ولی می تواند شرایط Tight shut of را فراهم آورد.

3- قیمت پایین برای سیالات خورنده

4-  استفاده بهینه برای فشار های بالای ورودی و افت فشار بالا

سنسورهای سطح برای ترنسمیترها و SWITCH ها (سوئیچ ها)

Displacer Type

کاربرد : دامنه های حدود  10 M و حالتهای 2 فازی – دقت کمی دارند.

DP  Type

کاربرد :دامنه های بالا

UlTra Sonic

درج فرستاده شده برگشته و زمان اندازه گیری میشود.

 

سنسورهای سطح برای S Gauge

شامل 3 نوع زیر می باشد :

Gauge Glass

که این نوع شامل Transparent و Reflex می باشد

Megnetic

در این مدل یک توپ درون محفظه است که با بالا و پایین رفتن سطح این توپ به پره برخورد کرده مگنت شده و سطح قرمز این پره 2 قطعی شده و وقتی توپ حرکت می کند از کنار پره ها ، وقتی قرمز میشوند یعنی سطح تا اینجاست.

Hydrostatic

 

 

سنسورهای دما :

Bimetal

از دو فلز غیر هم جنس که با هم Fix شده اند درست شده اند. دما برای هر دو فلز یکسان و آنها فرق می کند.در اثر افزایش دما ، طول افزایش می یابد . فلز زیری انحنا کمتر و بالایی انحنا بیشتر می یابد و باعث میشود برای هر دو یکسان شود. این انحنا مبنای اندازه گیری دماست و تحت یک مکانیسم  خاصل انتقال دارد.

کاربرد در TG و بعضی وقتها در TS

سنسورهایی که در گیج ایجاد میشود باعث یک حرکت میشود

(Resistance Terminal Detection) RTD
سنسورهای دمایی هستند که در اثر تغییرات دما ، مقدار مقاومت تغییر می کند. در واقع الماس حساس به دماست . متداولترین نوع RTD (PT100) است. یعنی در دمای صفر درجه مقاومت آن 100 است . کاربرد RTD و ترموکوبل در ترنسمیترهاست.

 

Thermocouple (ترموکوپل)

از دو فلز غیر همجنس رسانا یا نیمه رسانا ساخته شده اند که بهم وصل اند. در اثر گرم شدن محل اتصال آنها در دو سر آزاد ، جریان الکتریکی خفیفی ایجاد می شود ( با میلی آمپر سنج اندازه گیری میشود)شدت جریان با گرما رابطه دارد. سپس از ترموکوپل می توان بعنوان یک دماسنج استفاده شود مثلاً در ریخته گری و کوره های ذوب فلز دو سر دیگر آن به ترنسمیتر می رود. ترموکوپل سیگنال خطی کمی را به داخل ترنسمیتر میدهد و سیگنال تولید میشود.

کاربرد ترنسمیترها و رنج اندازه گیری 1500 C°

 

BULB

کپسولی است که Gas داخل آن است و برای عملکرد آن از انبساط گاز استفاده میشود و در اثر تغییر انبساط گاز ، تغییر دما ایجاد میشود.

 

تقسیم بندی RTD و ترموکوپل

ترموکوپل                                                                                   RTD

دامنه وسیعتر                                                                     دقت بهتر و دامنه محدودتر

Accuracy  : کمترین مقدار اندازه گیری یا تفاوت بین مقدار واقعی کمیت مقدار اندازه گیری شده .

Encluser / Cover/  : این سه اصطلاح ، بدنه اندازه گیری محسوب شده تمهیدات لازم برای شرایط محیطی (رطوبت ، ناحیه خطر ) در مورد آن فراهم گردد.