Globe Valve در MVR Evaporator: Flow Control & Process Guide

a چیستدریچه گلوبو چگونه جریان را تنظیم می کند؟

مقدمه

در سیستم های سیال صنعتی، شیرهای گلوب یکی از پرکاربردترین دستگاه ها برای تعدیل جریان و فشار هستند. حرکت خطی و کنترل نسبتاً خوب آنها باعث شده است تا در حلقه‌های کنترل فرآیند در سیستم‌های شیمیایی، نفت و گاز، نیرو، تصفیه آب و اواپراتور رایج باشند. در همین حال،اواپراتورهای MVR (تبخیرسازهای مکانیکی مجدد فشرده سازی بخار) به طور فزاینده ای در نیروگاه های تبخیر و تغلیظ انرژی{0} کارآمد مورد توجه قرار گرفته اند. در یک اواپراتور MVR، کنترل دقیق جریان ها (تغذیه مایع، گردش مجدد، تخلیه بخار، و غیره) بسیار مهم است - و شیرهای گلوب اغلب نقش کلیدی در آن مدارهای کنترل ایفا می کنند. در این مقاله به طور عمیق بررسی خواهیم کرد که شیر گلوب چیست، چگونه جریان را تنظیم می‌کند و چگونه در سیستم‌های اواپراتور MVR ادغام می‌شود (تحت ملاحظات فرآیند و کنترل).

دریچه گلوب چیست؟ - تعریف، ساختار، انواع

تعریف و اصل اساسی

شیر گلوب نوعی شیر کنترل حرکت خطی است که برای تنظیم جریان سیال از طریق خطوط لوله استفاده می شود. دریچه با حرکت یک دیسک یا دوشاخه (که به یک ساقه متصل است) به صورت عمود به سمت یا دور از یک نشیمن ثابت کار می کند، در نتیجه سطح مقطع جریان-را تعدیل می کند. نام "کره" از لحاظ تاریخی زمانی به وجود آمد که بسیاری از این دریچه ها دارای بدنه کروی بودند، اما طرح های مدرن ممکن است کاملا کروی نباشند.

در اصطلاحات کنترل فرآیند، شیر کره ای اغلب به عنوان یک شیر کنترل ساقه کشویی طبقه بندی می شود (برخلاف شیرهای دوار). بر اساس کتاب راهنمای شیر کنترل، شیرهای کنترلی (شامل گلوب ها) جریان سیال را با تغییر اندازه گذر جریان (یعنی روزنه) مطابق با سیگنال کنترل دستکاری می کنند، بنابراین نرخ جریان و متغیرهای فرآیند پایین دست را کنترل می کنند (امرسون، کتاب راهنمای شیر کنترل).

Skousen's Valve Handbook شیرهای گلوب را به عنوان یکی از انواع شیرهای کنترل اولیه توصیف می کند، به ویژه برای سرویس دریچه گاز به دلیل قابلیت کنترل جریان مترقی آنها مناسب است (Skousen, 1997).

از دریچه‌های کنترل فرآیند صنعتی (Arca/Artes)، تمرکز اغلب بر روی دریچه‌های کره‌ای به دلیل رفتار کنترل قابل اعتماد و مشخصه جریان نسبتا قابل پیش‌بینی در حلقه‌های صنعتی است (Arca/Artes، کتابچه راهنمای شیر کنترل فرآیند).

بنابراین، شیر کره هم یک جزء ساختاری و هم عملکردی است: بدنه شیر، قطعات داخلی و مکانیزم کنترل (ساقه + محرک) که امکان مدولاسیون را می دهد.

ساختار و اجزای داخلی

یک شیر استاندارد از اجزای کلیدی زیر تشکیل شده است (با اصطلاحات مطابق با کتاب‌های درسی کنترل-):

• بدنه / پوشش: فشار اصلی-شامل پوسته؛ قسمت های داخلی را در خود جای داده و به فلنج های لوله کشی یا جوش متصل می شود.
• کاپوت: بست روی بدنه که حاوی بسته بندی ساقه است و ساقه را هدایت می کند. به بدنه پیچ یا پیچ می شود.
• ساقه: یک میله خطی که حرکت پلاگین/دیسک را هدایت می کند. از طریق کاپوت، که با بسته بندی مهر و موم شده است، به داخل حفره شیر امتداد می یابد.
• دوشاخه / دیسک (یا عنصر متصل به شیر): جزء متحرک متصل به ساقه; به سمت یا دور از صندلی حرکت می کند تا جریان را محدود کند.
• حلقه / صندلی صندلی: سطح ثابتی که دوشاخه در حالت بسته روی آن آب بندی می شود.
• قفس یا ساختار راهنما: بسیاری از شیرهای گلوب مدرن شامل یک قفس یا راهنمای اطراف پلاگین برای هدایت جریان، کاهش تلاطم و تعیین مشخصه جریان هستند.
• بسته بندی و غده: آب بندی دور ساقه برای جلوگیری از نشتی.
• مکانیزم محرک / چرخ دستی / اپراتور: چرخ دستی در شیرهای ساده; محرک های پنوماتیک، هیدرولیک یا الکتریکی در شیرهای کنترل خودکار.
• لوازم جانبی: موقعیت گیر، سوئیچ های محدود، افزایش دهنده صدا، snubber و غیره.

پلاگین معمولاً در یک خط مستقیم در امتداد محور ساقه حرکت می کند و از قفس یا راهنما عبور می کند. منافذ در قفس به تدریج کم و بیش از سطح مقطع را با حرکت پلاگین در معرض دید قرار می دهند و مدولاسیون کنترل شده جریان را ایجاد می کنند.

یک تصمیم کلیدی طراحی داخلی این است شکل و آرایش پلاگین، نشیمنگاه، سوراخ‌های قفس، و ساختار راهنما - را اصلاح کنید که مشخصه جریان، خطی بودن و رفتار حفره‌ای/نویز را مشخص می‌کند.

انواع و انواع شیر گلوب

انواع مختلفی از شیرهای گلوب وجود دارد که برای خدمات مختلف طراحی شده اند:

• مستقیم-از طریق (در-) دریچه گلوبورودی و خروجی - در یک راستا قرار دارند (جهت 180 درجه).
• شیر گلوب زاویه ای- مسیر جریان خمیده است، معمولاً 90 درجه، بنابراین ورودی و خروجی عمود هستند. این در جایی مفید است که طرح لوله‌کشی نیاز به تغییر جهت یا تخلیه بدنه شیر دارد.
• دریچه Y{0}}الگوی (یا Y-Globe).- بدنه مورب (Y-شکل) است به طوری که ساقه مایل است و مسیر جریان کمتر پرپیچ و خم است. این باعث کاهش افت فشار و سایش می شود.
• شیر گلوب پلاگین متعادل- دوشاخه سوراخ شده یا ترازو می‌شود تا نیروهای خالص کاهش یابد و کنترل‌پذیری در افت فشار بالا- بهبود یابد.
• ضد{0}}کاویتاسیون یا شیر گلوب چند مرحله‌ای- تریم داخلی ویژه طراحی شده برای کاهش کاویتاسیون، نویز، و فرسایش در شرایط ΔP بالا.
• دریچه‌های کروی برودتی،-درجه حرارت بالا یا مواد خاصانواع - برای شرایط خدمات شدید.

هر یک از انواع دارای افت فشار، سهولت کنترل، هزینه، آب بندی و نگهداری است.

مزایا و معایب

مزایای شیرهای گلوب:

• کنترل دریچه گاز خوب: از آنجایی که سطح جریان به تدریج تغییر می کند، قابلیت مدولاسیون خوب را ارائه می دهند.
• مشخصه جریان قابل پیش بینی: مدل سازی و تنظیم حلقه های کنترل آسان تر است.
• آب بندی خوب در حالت خاموشی: هندسه پلاگین-نشیمنگاه می تواند به خاموشی محکم دست یابد.
• مقاوم در برابر سایش صندلی: طراحی برای کارکرد مکرر مناسب است.
• انعطاف پذیر برای مقاوم سازی: بسیاری از اندازه ها و تزئینات موجود است.
• به دلیل ویژگی های بازیابی فشار بهتر، خطر نویز و کاویتاسیون کمتر (نسبت به برخی از شیرهای چرخشی). (شیرهای گلوب دارای فاکتورهای بازیابی فشار بالاتری نسبت به شیرهای چرخشی هستند، به این معنی که انرژی کمتری دریافت می شود، اما این به معنای کاهش خطر کاویتاسیون نیز می باشد) (باومن، مکانیک سیالات دریچه های کنترل)
• تطبیق پذیری: بسته به مواد می تواند برای مایع، گاز، بخار، دوغاب استفاده شود.

معایب:

• افت فشار بیشتر: از آنجا که مسیر جریان روان نیست، مقاومت بیشتری وجود دارد.
• اندازه بزرگتر، سنگین تر: در مقایسه با شیرهای توپی یا پروانه ای با اندازه اسمی یکسان.
• هزینه بالاتر در واحد جریان (Cv) برای سیستم های بزرگ.
• خطر نشت بسته بندی ساقه در طول زمان.
• تعمیر و نگهداری بیشتر درگیر است (مخصوصاً برای تزئینات و صندلی ها).
• حساسیت به جریان-نیروهای القا شده و ناپایداری بالقوه در جریان‌های در حال تغییر سریع{1}.

به طور کلی، طراحان دریچه‌های گلوب را انتخاب می‌کنند که دقت کنترل مهم است و افت فشار قابل قبول است.

شیر گلوب چگونه جریان را تنظیم می کند؟ - نظریه و مکانیسم

برای درک اینکه چگونه یک شیر کره ای جریان را تنظیم می کند، رابطه جریان-ویژگی، رفتار افت فشار، لوازم جانبی کنترل، نیروهای دینامیکی و پدیده های پایداری را بررسی می کنیم.

رابطه جریان – مشخصه

یک مفهوم اصلی در شیرهای کنترلی، مشخصه جریان است - رابطه بین باز شدن شیر (کره یا بالابر پلاگین) و سرعت جریان (یا ضریب جریان). انواع متداول عبارتند از:

• مشخصه خطی: جریان متناسب با لیفت است (یعنی دوبرابر کردن بالابر جریان را دو برابر می کند).
• مشخصه درصد برابر-: هر افزایش افزایش بازده درصد تغییر نسبتی در جریان (یعنی پاسخ در بالابر بالاتر افزایش می یابد).
• ویژگی باز شدن سریع-: افزایش زیاد جریان در دهانه کوچک، سپس تراز کردن - برای روشن/خاموش یا پاسخ سریع مفید است.

انتخاب مشخصه به فرآیند بستگی دارد: برای فرآیندهایی با دامنه دینامیکی وسیع و رفتار غیرخطی، اغلب درصد برابر ترجیح داده می‌شود. خطی ساده تر و گاهی شهودی تر است.

طراحی تریم (شکل دوشاخه، سوراخ های قفس) ویژگی هایی را که دریچه کره زمین نشان می دهد را کنترل می کند.

در حین کار، هنگامی که کنترل کننده باز شدن شیر را تنظیم می کند، دوشاخه حرکت می کند و نواحی جریان در معرض در قفس را تغییر می دهد. جریان از طریق شیر از معادلات دهانه/جریان پیروی می کند که توسط ضریب شیر (Cv) که وابسته به دیفرانسیل بالابر و فشار است مدوله می شود.

افت فشار، ضریب بازیابی، کاویتاسیون و نویز

یک شیر گلوب به طور ذاتی افت فشار را ایجاد می کند. فشار بالادست (P1) در ورید انقباض (کمترین فشار) به حداقل می رسد، سپس مقداری فشار ساکن پایین دست (P2) را بازیابی می کند. اندازه گیری میزان فشار "بازیابی" توسط ضریب بازیابی فشار (یا ضریب بازیابی که اغلب نامگذاری می شود) محاسبه می شود.F_L). شیرهای گلوب در مقایسه با شیرهای پروانه ای یا توپی (Baumann, Fluid Mechanics of Control Valves) فاکتورهای بازیابی فشار بالاتری دارند (یعنی بازیابی کمتر) - به این معنی که افت فشار بیشتر دائمی است.

به همین دلیل، دریچه نسبت به دریچه‌های چرخشی خاص، کمتر در معرض کاویتاسیون (جایی که حباب‌های بخار تشکیل می‌شوند و فرو می‌ریزند) کمتر است، اما در شرایط ΔP بالا، اگر کاهش نیابد، همچنان حفره ایجاد می‌شود.

سر و صدانگرانی دیگری است جریان آشفته با سرعت بالا، افت فشار سریع و کاویتاسیون می‌تواند نویز ایجاد کند. برش‌های سوپاپ ممکن است شامل کاهش- سر و صدا یا قطرات چند مرحله‌ای (دیفیوزرها، قفس‌ها، هزارتوها) برای کاهش نویز باشند.

کاویتاسیون و چشمک زدناگر فشار موضعی کمتر از فشار بخار باشد، حباب‌های بخار تشکیل می‌شوند و در پایین دست فرو می‌روند (کاویتاسیون) و به طور بالقوه سطوح داخلی را فرسایش می‌دهند. اگر فشار پایین‌تر از فشار بخار در پایین دست بماند، چشمک می‌زند. برای اجتناب از این موارد، طراحان سوپاپ از افت فشار چند مرحله‌ای در مراحل کنترل‌شده استفاده می‌کنند تا در هر مرحله ΔP (یعنی، تریم ضد کاویتاسیون) را کاهش دهند.

در عمل، طراح باید اطمینان حاصل کند که شیر ΔP در محدوده ایمن قرار دارد و احتمالاً مرحله بندی یا بای پس را برای محافظت از شیر اضافه کند.

لوازم جانبی فعال سازی، برش و کنترل

حرکت پلاگین شیر کره ای معمولاً توسط یک محرک (دیافراگم پنوماتیک، پیستون، هیدرولیک یا موتور الکتریکی) تغذیه می شود. محرک یک سیگنال کنترلی (مثلاً 4-20 میلی آمپر یا پنوماتیک 3-15 psi) را برای هدایت موقعیت ساقه تفسیر می کند. برای اطمینان از پاسخگویی دقیق، از موقعیت‌دهنده، بازخورد و لوازم جانبی استفاده می‌شود.

• پوزیشنر: سیگنال فرمان را با موقعیت ساقه واقعی مقایسه می کند و خطا را تصحیح می کند (حرکت دقیق را تضمین می کند).
• سوئیچ های محدود، سکته مغزی متوقف می شود: برای تعریف موقعیت های پایانی.
• اسنابر، افزایش دهنده حجم: برای کند کردن حرکت سریع یا ارائه پاسخ پویا.
• تدارکات و خطوط کنترل: برای سیستم های پنوماتیک یا هیدرولیک.

تریم (شاخه + قفس) برای ارائه ویژگی جریان مورد نظر، مدیریت افت فشار و دوام انتخاب شده است. در سرویس‌های ΔP یا فرسایشی بالا، ممکن است نیاز به برش‌های چند حفره‌ای، برش‌های{2}}ضد نویز یا کاهش مرحله‌ای جریان باشد.

نیروهای پویا، جریان-جبران نیرو، و پایداری

هنگامی که سیال از طریق یک دریچه نیمه باز جریان می یابد، نیروهای جریان بر روی شاخه، ساقه و سطوح داخلی وارد می شوند. این نیروها می توانند باعث بی ثباتی دریچه، ایجاد لرزش یا چسبندگی شوند. بنابراین، طراحی خوب دریچه شامل جبران نیروی جریان است که در آن هندسه یا سوراخ های متعادل کننده نیروهای نامتعادل را کاهش می دهد.

مقاله ای در مورد نیروهای جریان در شیرها (Lugowski، Flow-جبران نیرو در یک شیر هیدرولیک) فرمول های کتاب درسی استاندارد را نقد می کند و مدل سازی بهبود یافته جبران را بر اساس عدم تعادل فشار به جای مدل های سطل نیوتنی ساده پیشنهاد می کند (Lugowski، 2015). طراحان باید از این اثرات دینامیکی به خصوص در سرعت های بالا آگاه باشند.

پایداری دریچه همچنین تحت تأثیر پسماند، باند مرده، چسبندگی و واکنش در سیستم تریم محرک- است. موقعیت یابی و کالیبراسیون به کاهش این موارد کمک می کند.

به طور خلاصه: تنظیم با حرکت دقیق دوشاخه در یک قفس به دست می‌آید و طراحی دقیق تضمین می‌کند که شیر تحت نیروهای جریان، اغتشاش و تغییرات فشار به طور پایدار و قابل پیش‌بینی پاسخ می‌دهد.

کاربرد در سیستم های فرآیند و کنترل

دریچه های گلوب سخت افزار جدا شده نیستند. عملکرد آنها در سیستم های کنترل فرآیند تعبیه شده است. در اینجا نحوه استفاده و طراحی آنها در چنین تنظیماتی را بررسی می کنیم.

نقش شیرهای کنترل در کنترل فرآیند

در هر کارخانه فرآیند پیوسته، حلقه‌های کنترلی زیادی وجود دارد: متغیرهایی مانند دما، فشار، سرعت جریان و سطح باید در اطراف نقاط تنظیم حفظ شوند. شیر کنترل معمولاً عنصر کنترل نهایی - آخرین وسیله ای است که از طریق آن خروجی کنترلر (مثلاً . 4–20 میلی آمپر) تأثیر می گذارد. کنترل کننده باز شدن شیر مورد نظر را بر اساس اندازه گیری ها و خطا محاسبه می کند و به محرک سیگنال می دهد.

به طور خاص، برای کنترل جریان، شیر سطح مقطع-را تنظیم می‌کند تا به جریان مورد نیاز با توجه به اختلاف فشار بالادست/پایین‌دست برسد. برای کنترل فشار، گاهی اوقات شیر ​​جریان را تعدیل می کند تا فشار پایین دست را حفظ کند.

بنابراین، طراح باید اندازه و انتخاب شیر را به گونه‌ای انتخاب کند که کنترل‌پذیری، بردپذیری و پاسخ آن با پویایی فرآیند مطابقت داشته باشد، بدون اینکه به حلقه ضعیف حلقه کنترل تبدیل شود.

اندازه، انتخاب و تنظیم شیرهای کنترل

اندازه سوپاپ شامل محاسبه است ضریب جریان Cv (یا Kv در واحدهای متریک) در بار کامل مورد نیاز است، و اطمینان از اینکه شیر می تواند به طور موثر در محدوده مورد نیاز (به عنوان مثال از 10٪ تا 100٪ جریان) کار کند. ملاحظات کلیدی:

• بردپذیری / کاهش: نسبت حداکثر جریان قابل کنترل به حداقل جریان قابل کنترل (اغلب 50:1 یا 100:1 در طراحی خوب).
• اختیار کنترل: کسری از افت فشار کل سیستم که به شیر اختصاص داده می شود (اغلب 30 تا 70 درصد) تا امکان انعطاف پذیری مدولاسیون را فراهم کند.
• افت فشار (ΔP): دیفرانسیل مجاز از طریق شیر بدون ایجاد حفره یا ناپایداری.
• مشخصه جریان: خطی، برابر-درصد، و غیره.
• پاسخ پویا: سرعت شیر ​​در مقابل دینامیک فرآیند.
• شرایط عملیاتی: دما، فشار، نوع سیال، خورندگی، وجود مواد جامد یا مایعات کثیف.
• مواد و تزئینات: سازگاری، مقاومت در برابر فرسایش، امید به زندگی.

پس از انتخاب و نصب شیر،تنظیمحلقه کنترل (پارامترهای PID) باید دینامیک شیر، زمان مرده و غیرخطی بودن شیر را در نظر بگیرد. سوپاپ نباید تأخیر بیش از حد یا بیش از حد ایجاد کند.

ادغام شیرهای گلوب با ابزار دقیق

یکپارچه سازی به معنای اتصال شیر کنترل به حسگرها، فرستنده ها، کنترلرها و دستگاه های بازخورد است. چند نکته کلیدی:

• یک فرستنده جریان / فلومتر جریان واقعی را اندازه گیری می کند و آن را به کنترل کننده تغذیه می کند.
• کنترل کننده (الگوریتم DCS، PLC، PID) نقطه تنظیم جریان و جریان اندازه گیری شده را مقایسه می کند، سپس یک سیگنال کنترلی را خروجی می دهد.
• سیستم موقعیت دهنده / بازخورد تضمین می کند که دریچه به موقعیت فرمان دست می یابد.
• سنسورهای فشار یا دما ممکن است در بالادست یا پایین دست شیر ​​برای کمک به حلقه های مشتق شده (مثلاً جبران فشار) باشند.
• اینترلاک ها و منطق ایمنی باید از رفتار نادرست سوپاپ در شرایط غیرعادی (مانند خرابی-ایمن، خاموش شدن اضطراری) جلوگیری کنند.
• ممکن است از شیرهای بای پس و بازدارنده برای محافظت از سیستم یا اجازه تعمیر و نگهداری استفاده شود.

بنابراین، در طراحی سیستم، شیر کره بخشی از یک زنجیره است: سنسور → کنترل کننده → محرک/شیر → فرآیند. هر پیوند باید قابل اعتماد، دقیق و به اندازه کافی سریع باشد.

اواپراتور MVR: بررسی اجمالی و اصول

برای درک نقش شیرهای گلوب در اواپراتور MVR، ابتدا بررسی می کنیم که اواپراتور MVR چیست، چگونه کار می کند و اجزای سیستم آن.

اواپراتور MVR (فشرده سازی مجدد بخار مکانیکی) چیست؟

اواپراتور MVR سیستمی است که از فشرده سازی مجدد مکانیکی بخار برای بازیافت انرژی در فرآیندهای تبخیر استفاده می کند و در نتیجه بازده حرارتی را افزایش می دهد. یک سیستم MVR به جای استفاده از بخار تازه برای گرم کردن خوراک، بخار تولید شده از تبخیر جزئی را می گیرد، آن را فشرده می کند (فشار و دمای آن را افزایش می دهد)، و از آن به عنوان وسیله گرمایش برای تبخیر بیشتر استفاده می کند. این حلقه مصرف بخار خارجی را کاهش می دهد و بازده انرژی را افزایش می دهد.

همانطور که در "سیستم های MVR (فشرده سازی مجدد بخار مکانیکی) برای تبخیر، تقطیر و خشک کردن توضیح داده شد، سیستم های MVR انرژی را دوباره استفاده می کنند که در غیر این صورت از بین می رفت و تبخیر را کارآمدتر می کند. (سند اطلاعات فنی، 2019)

به همین دلیل، اواپراتورهای MVR در صنایعی با هدف به حداقل رساندن مصرف انرژی، به عنوان مثال غلظت فاضلاب، محلول های شیمیایی، زیست توده، لبنیات و غیره استفاده می شوند (Myande, The Ultimate Guide to MVR Evaporators).

مزیت ترمودینامیکی و انرژی

در اواپراتورهای سنتی چند-اثر، بخار در جلوه های متوالی استفاده می شود. در مقابل، MVR بخار را به صورت مکانیکی تا آنتالپی بالاتر افزایش می‌دهد و تنها به نیروی الکتریکی برای کمپرسور یا دمنده نیاز دارد. این اغلب منجر به مصرف بسیار کمتر انرژی می شود. با توجه به سند اطلاعات فنی MVR، صرفه جویی در انرژی می تواند قابل توجه باشد زیرا سیستم گرمای نهان را در داخل بازیافت می کند (سند اطلاعات فنی، 2019).

مصرف انرژی ویژه (به عنوان مثال به کیلووات ساعت به ازای هر تن آب تبخیر شده) اغلب در MVR کمتر از سیستم‌های{2}}بخار معمولی است. هزینه سرمایه بالاتر است، اما اقتصاد چرخه عمر کلی اغلب طرفدار MVR است، به خصوص زمانی که قیمت انرژی بالا باشد.

چیدمان معمولی و تجهیزات اصلی

یک سیستم اواپراتور MVR معمولی شامل موارد زیر است:

• پمپ تغذیه: برای تامین خوراک مایع به اواپراتور با فشار لازم.
• مبدل حرارتی / بدنه اواپراتور: جایی که مایع گرم شده و بخار تولید می شود.
• کمپرسور / دمنده: برای افزایش فشار بخار و دما.
• سطح انتقال حرارت کندانسور یا بویلر: جایی که بخار فشرده متراکم شده و گرما را به سمت تغذیه منتقل می کند.
• پمپ / حلقه چرخش(در سیستم های گردش اجباری).
• جداکننده / درام فلاش: برای جداسازی فازهای بخار و مایع.
• شیرهای کنترل و لوله کشی: برای تغذیه، گردش مجدد، تخلیه بخار، بای پس و تخلیه.
• ابزار دقیق: سنسورهای جریان، فشار، دما، سطح، هدایت و غیره
• وسایل ایمنی: دریچه های تسکین، دریچه های هواکش، شیرهای بازرسی.

جریان فرآیند معمولاً به این صورت است: خوراک وارد می شود ← تبخیر جزئی ← بخار فشرده می شود ← بخار فشرده در مبدل متراکم می شود ← تبخیر رانش گرمای نهان ← بخار جدا می شود و دوباره جریان می یابد یا تخلیه می شود ← مایع غلیظ خارج می شود.

به دلیل حلقه بسته بخار، کنترل باید فشارها، تعادل جرم و جریان را با دقت مدیریت کند.

نقش شیر گلوب در یک تبخیر کننده MVR (فرآیند و کنترل)

اکنون ما دو موضوع را با هم ادغام می کنیم: شیر گلوب و اواپراتور MVR، با تمرکز بر نحوه عملکرد شیرهای گلوب در سیستم های MVR تحت منطق فرآیند و کنترل.

جایی که یک شیر گلوب در سیستم MVR استفاده می شود

در یک سیستم اواپراتور MVR، شیرهای گلوب ممکن است در چندین مکان استراتژیک قرار گیرند:

• کنترل جریان خوراک: تنظیم تغذیه مایع به بدنه اواپراتور.
• کنترل چرخش: در سیستم های گردش اجباری، کنترل پمپ گردش یا جریان حلقه.
• بای پس یا دریچه گاز بخار: کنترل جریان بخار یا دور زدن در هنگام راه‌اندازی، قسمت{0}}بار یا رویدادهای ایمنی.
• برداشت مایعات: کنترل میزان تمرکز{0}}خارج از خط.
• کنترل تهویه یا خونریزی: برای حذف گازهای غیرقابل تراکم-یا حفظ خلاء.
• آب آرایشی یا کنترل جریان کمکی.

از آنجایی که این نقاط اغلب نیاز به مدولاسیون دارند (نه فقط باز/بستن)، شیرهای گلوب کاندیدای طبیعی هستند.

توابع: تنظیم، جداسازی، دور زدن، حلقه های کنترل

اجازه دهید چند حلقه کلیدی و نحوه عملکرد شیرهای گلوب را در نظر بگیریم:

• حلقه کنترل تغذیه: جریان خوراک باید با ظرفیت تبخیر مطابقت داشته باشد. یک شیر گلوب (شیر کنترل تغذیه) یک نقطه تنظیم (مثلاً جریان جرم مورد نظر) را دریافت می کند و پلاگین خود را برای حفظ آن جریان در برابر فشار بالادست متغیر یا تغییرات چگالی سیال تنظیم می کند.
• حلقه کنترل چرخش: در سیستم های گردش اجباری سرعت گردش مجدد بر انتقال حرارت و رسوب گیری تاثیر زیادی دارد. یک شیر گلوب چرخشی جریان حلقه را تعدیل می کند.
• گاز بخار / بای پس: در مراحل گذرا یا راه اندازی، ممکن است فشار بخار بیش از حد ایجاد شود. یک سوپاپ گلوب ممکن است برای حفظ فشار پایدار یا محافظت از کمپرسور، بخار را گاز یا دور بزند.
• کنترل غلظت را رسم کنید: شیر خروجی مایع غلیظ را کنترل می کند تا سطح یا غلظت مایع ثابت بماند.

هر یک از این حلقه‌ها یک حلقه فرآیند و کنترل است: سنسورها جریان، فشار، دما یا سطح را اندازه‌گیری می‌کنند. کنترل کننده ها فعال سازی را تعیین می کنند. و globe valve مدولاسیون ها را اجرا می کند.

در طول طراحی، می‌توان حلقه‌های آبشاری یا کنترل بازخورد/فیدبک را در جایی که شیر تغذیه تابع یک حلقه فشار یا دما است ایجاد کرد. شیر باید دارای قدرت کافی و پاسخ دینامیکی برای حفظ ثبات باشد.

استراتژی های کنترل: جریان تغذیه، جریان بخار، فشار، سطح

اجازه دهید چند استراتژی کنترل را بررسی کنیم:

• تعادل تغذیه و بخار: چون حفظ جرم باید حفظ شود، جریان خوراک و جریان بخار باید مطابقت داشته باشند. یک طرح کنترل آبشاری ممکن است فشار بخار را تنظیم کند و شیر گلوب تغذیه تحت فرمان های حلقه فشار بخار عمل می کند.
• کنترل فشار: فشار بخار داخل اواپراتور بر روی جوش و انتقال حرارت تاثیر می گذارد. یک شیر گلوب کاهش دهنده بخار ممکن است بخشی از یک حلقه فشار برای حفظ فشار در نقطه تنظیم باشد.
• کنترل سطح: موجودی مایع داخل اواپراتور باید کنترل شود. یک شیر گلوب کاهش سطح ثابت را تضمین می کند. اگر غلظت تغییر کند، این حلقه باید سازگار شود.
• کنترل حلقه چرخش: شیر گلوب چرخش ممکن است برای حفظ حداقل سرعت یا ضریب انتقال حرارت کنترل شود.

از آنجا که چندین حلقه ممکن است برهم کنش داشته باشند (مثلاً حلقه تغذیه با حلقه فشار تعامل می کند)، استراتژی های تنظیم و جداسازی دقیق مورد نیاز است. دینامیک سوپاپ (زمان مرده، تأخیر، غیرخطی بودن) بر چگونگی عملکرد تهاجمی کنترل کننده تأثیر می گذارد.

تعامل با سایر دستگاه ها (پمپ، کمپرسور، مبدل حرارتی)

دریچه های گلوب در سیستم های MVR باید با پمپ ها، کمپرسورها و مبدل های حرارتی کار کنند:

• پمپ ها: پمپ تغذیه یا چرخش باید فشار کافی را تامین کند. اندازه سوپاپ باید به گونه ای باشد که سیستم پمپ-شیر در یک منطقه عملیاتی قابل کنترل قرار گیرد (نه خیلی نزدیک به خاموش شدن یا افزایش سرعت). شیر نباید پمپ را به ناحیه ناپایدار فشار دهد.
• کمپرسور / دمنده: هنگام گاز دادن بخار، شیر نباید باعث ناپایداری بالادستی (سرگرمی) در کمپرسور شود. هماهنگی کنترل شیر و کمپرسور بسیار مهم است.
• بار مبدل حرارتی: مقدار بخار متراکم شده باید با وظیفه اواپراتور مطابقت داشته باشد. شیرهای کنترل جریان را تعدیل می کنند تا انتقال حرارت ثابت بماند. اگر رسوب تغییر کند، حلقه های کنترل از طریق تنظیمات سوپاپ تطبیق می یابند.
• بازیافت یا دور زدن خطوط: برای محافظت از سیستم یا در هنگام راه اندازی/خاموش کردن، خطوط بای پس با شیرهای گلوب مسیرهای متناوب یا محدود کردن جریان را می دهند.

در مجموع، شیر گلوب یک ابزار مدولاسیون در یک سیستم یکپارچه است. طراحی، پاسخ و کنترل آن باید در زمینه همه دستگاه های موجود در MVR دیده شود.

بحث تطبیقی: سایر انواع شیرها و دستگاه‌ها در سیستم‌های MVR

در حالی که شیرهای گلوب رایج هستند، انواع شیرها و دستگاه های جایگزین نیز نقش دارند. مقایسه آنها آموزنده است.

دریچه‌های توپ، پروانه و دوشاخه - تخفیف-

شیر توپی: اغلب برای سرویس روشن/خاموش استفاده می شود. آنها افت فشار کم را در هنگام باز بودن کامل، تحریک سریع و آب بندی محکم ارائه می دهند. با این حال، دقت کنترل جریان آن‌ها از شیر گلوب ضعیف‌تر است (هندسه «توپ» منجر به مشخصه کنترل خطی کمتری می‌شود) (ویکی‌پدیا،شیر توپی).

شیر پروانه ای: مناسب برای اندازه لوله های بزرگ و هزینه کم، اما کنترل جریان دقیق تر است و افت فشار و آشفتگی ممکن است به دلیل وجود دیسک در مسیر جریان بیشتر باشد (ویکی پدیا،شیر پروانه ای).

شیر دوشاخه: گاهی اوقات در برنامه های کاربردی کنترل استفاده می شود، اما به طور کلی برای مدولاسیون خوب کمتر مورد توجه قرار می گیرد.

هنگامی که تنظیم دقیق مورد نیاز است (مانند تغذیه، کنترل بخار در سیستم های MVR)، شیرهای گلوب با وجود هزینه و افت بالاتر ترجیح داده می شوند.

سوپاپ های چک، شیرهای ایمنی، شیرهای کمکی

در حلقه های اواپراتور MVR، همچنین می بینید:

• شیرهای چک: جلوگیری از جریان برگشتی، به عنوان مثال جریان معکوس بخار یا مایع. باید اندازه ای داشته باشد تا افت فشار را به حداقل برساند اما به سرعت پاسخ دهد.
• شیرهای ایمنی: محافظت در برابر فشار بیش از حد در مدارهای بخار. معمولاً فنر- بارگذاری می‌شود و تنظیم می‌شود تا بیش از فشار طراحی باز شود.
• دریچه های کاهش فشار / فشار: برای تخلیه اضطراری بخار یا گازها.

این دریچه ها به ندرت تعدیل می کنند - آنها وسایل حفاظتی هستند - اما وجود و هماهنگی نزدیک آنها با شیرهای کنترل برای ایمنی و پایداری ضروری است.

وظایف کنترل مبدل حرارتی در مقابل وظایف شیر

در سیستم MVR، مبدل های حرارتی با متراکم کردن بخار فشرده و انتقال گرما به خوراک انجام وظیفه می کنند. دریچه ها جریان جرم و انرژی را تنظیم می کنند. عملکرد نامتعادل دریچه می تواند منجر به عدم تطابق در انتقال حرارت، رسوب یا مشکل عملیاتی شود. بنابراین، طراحی دریچه باید در نظر بگیرد که چگونه بارهای مبدل حرارتی در طول زمان، تغییرات رسوب‌گذاری و پاسخ گذرا تغییر می‌کند.

پمپ ها، کمپرسورها، دستگاه های چرخش

همانطور که قبلا ذکر شد، پمپ ها و کمپرسورها دستگاه های فعال هستند و منحنی های عملیاتی آنها باید با محدوده و دینامیک شیر مطابقت داشته باشد. دستگاه‌های چرخش (مانند پمپ‌های چرخش، حلقه‌های بای‌پس) ممکن است با ارائه مسیرهای جایگزین یا مدیریت افراط‌ها، بار روی شیرها را کاهش دهند.

ملاحظات عملی، چالش ها و بهترین شیوه ها

طراحی و راه اندازی شیرهای گلوب در سیستم های MVR (یا سایر سیستم های فرآیندی) چالش های عملی زیادی را به همراه دارد. در زیر بهترین شیوه ها و نکات احتیاطی آورده شده است.

سازگاری مواد، فرسایش، خوردگی

سیالات موجود در اواپراتورها ممکن است خورنده، حاوی مواد جامد یا دارای پتانسیل رسوب باشند. بدنه سوپاپ ها، دوشاخه ها، نشیمنگاه ها و تریم ها باید از مواد مناسب ساخته شوند (به عنوان مثال فولاد ضد زنگ، هاستلوی، دوبلکس و غیره). برای دوغاب های ساینده یا فرساینده، تریم های سخت شده یا پوشش های محافظ مورد نیاز است.

فرسایش می تواند سطوح صندلی، قفس و پلاگین را تخریب کند و باعث نشت یا رفتار غیرقابل پیش بینی شود. بازرسی و تعویض منظم بسیار مهم است.

نگهداری، نشتی، طول عمر

نشت بسته بندی ساقه یک مشکل طولانی مدت-است. تنظیم منظم یا بسته بندی مجدد ممکن است لازم باشد. سطوح آب بندی در طول چرخه فرسوده می شوند و ممکن است نشتی ایجاد شود مگر اینکه تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده باشد.

ست های یدکی و صندلی ها باید در دسترس باشند. رویه های تعمیر و نگهداری باید جداسازی، کاهش فشار، تخلیه و کار ایمن را تضمین کنند.

شوک حرارتی، تنش های مفصلی بدنه-کاپه

در تغییرات دمای{0} بالا (بخار، بخار، شرایط راه اندازی)،شوک حرارتیممکن است رخ دهد. مطالعه‌ای با عنوان "مدل‌سازی اثرات شوک حرارتی بر روی بدنه دریچه گلوب-مفصل فلنج پیچ‌دار کلاهک" تنش‌های روی اتصال فلنج پیچ‌دار بدنه-کاپوت را مدل‌سازی کرد (Matheiu et al., 2012). آنها دریافتند که گرادیان های حرارتی باعث جابجایی بار پیچ می شوند و طراحی مناسب باید نیروهای سفت کننده و انبساط مواد را در نظر بگیرد (Mathieu, Rit, Ferrari, Hersant, 2012).

بنابراین، در سیستم هایی مانند MVR که در آن نوسانات دما رخ می دهد، طراحان باید تنش، سفتی مفصل و بارهای دینامیکی را در نظر بگیرند.

تنظیم حلقه کنترل، برش ضد حفره{0}، کاهش نویز

حلقه های کنترل باید با در نظر گرفتن زمان مرده سوپاپ، غیرخطی بودن و جفت شدن با سایر حلقه ها تنظیم شوند. موقعیت یابی، بازخورد و تنظیم لازم است.

اگر خطر کاویتاسیون وجود دارد، باید از ترم‌های چند مرحله‌ای یا ضد کاویتاسیون استفاده شود. کاهش نویز ممکن است نیاز به تریم‌های ویژه، خفه کن یا عایق صوتی داشته باشد، مخصوصاً برای جریان بخار یا گاز.

کتاب‌های راهنمای شیر کنترل (امرسون) کل فصل‌ها را به استراتژی‌های نویز، کاویتاسیون و ترمیم اختصاص می‌دهند (امرسون،راهنمای شیر کنترل).

قابلیت اطمینان، ایمنی، حالت های ایمن

سوپاپ ها باید دارای موقعیت های خرابی تعریف شده (شکست-باز، شکست-بسته) مطابق با ایمنی باشند. به عنوان مثال، اگر تغذیه از بین برود، شیر گلوب باید در حالت ایمن از کار بیفتد. قدرت پشتیبان، بازخورد موقعیت، و اینترلاک منطقی باید وجود داشته باشد.

تشخیص های معمول، تست های سکته مغزی و نگهداری به حفظ قابلیت اطمینان کمک می کند.

تصویر موردی (مثال فرضی)

اجازه دهید یک اواپراتور فرضی MVR ساده شده را در نظر بگیریم که یک جریان فاضلاب شور را متمرکز می کند. ظرفیت اواپراتور طراحی شده برای حذف 50 متر مکعب در ساعت آب با استفاده از کمپرسور MVR برای افزایش فشار بخار است.

• کنترل خوراک: یک شیر گلوب تغذیه در پایین دست پمپ تغذیه قرار داده شده است. یک فرستنده جریان جریان واقعی خوراک را اندازه گیری می کند. کنترل کننده شیر کره را برای حفظ نقطه تنظیم (50 m³/hr) تعدیل می کند. تریم سوپاپ برابر-درصد است تا تغییرات فشار بالادست را در خود جای دهد.
• گازگیری بخار: یک شیر گلوب بخار در خط تخلیه قرار می گیرد تا جریان بخار را تعدیل کند یا در طول نوسانات اجازه عبور دهد. حلقه تضمین می کند که فشار بخار در اواپراتور ثابت می ماند.
• گردش مجدد: یک حلقه گردش اجباری شامل یک پمپ چرخش و یک شیر گلوب برای تنظیم جریان حلقه برای حفظ سرعت هدف و ضریب انتقال حرارت است.
• کنترل کاهش: یک خط تخلیه مایع غلیظ-شامل یک شیر گلوب برای حفظ سطح در اواپراتور است.

در این راه‌اندازی، تمام مدولاسیون اصلی توسط شیرهای گلوب که توسط سیستم کنترل هماهنگ می‌شوند، به دست می‌آیند. تنظیم حلقه عملکرد پایدار بدون نوسانات را تضمین می‌کند و به دلیل ΔP بالا از تریم ضد کاویتاسیون برای کاهش بخار استفاده می‌شود.

در طول آزمایش، مهندسان مشاهده می‌کنند که فلنج پیچ‌دار بدنه دریچه کنترل بخار در طول تغییر سریع دما، تحت تغییرات بار گذرا قرار می‌گیرد. با استفاده از مدل سازی FEA مشابه آنچه در Mathieu و همکارانش ارائه شده است. (2012)، آنها پیش بار پیچ را تنظیم می کنند و مواد واشر انعطاف پذیر مناسب را برای کاهش نوسانات تنش انتخاب می کنند.

با گذشت زمان، بسته بندی شیر تغذیه در طول خاموشی های برنامه ریزی شده دوباره بسته بندی می شود. تریم صندلی پس از تعداد معینی چرخه تعویض می شود. این کارخانه به زمان بالا و عملکرد پایدار دست می یابد.

این مثال نشان می‌دهد که چگونه طراحی نظری، کنترل فرآیند، و نگهداری عملی باید همسو باشند.

خلاصه و چشم انداز

• A دریچه کره اییک شیر کنترل حرکت خطی است که جریان را با حرکت دادن دوشاخه به سمت یا دور از صندلی تنظیم می‌کند و سطح مقطع را تعدیل می‌کند.
• به دلیل ویژگی کنترل نسبتا قابل پیش بینی و قابلیت مدولاسیون، به ویژه برای کاربردهای فرآیند و کنترل مناسب است.
• تنظیم جریان شامل طراحی دقیق تریم، مشخصه جریان، کنترل افت فشار، جبران نیروهای دینامیکی و ادغام با محرک ها و موقعیت سازها است.
• در یک سیستم اواپراتور MVR، شیرهای گلوب نقش مهمی در کنترل تغذیه، کاهش بخار، چرخش مجدد، تخلیه و حلقه های بای پس دارند. انتخاب و کنترل مناسب آنها برای عملکرد پایدار و کارآمد حیاتی است.
• انواع شیرهای جایگزین (توپ، پروانه) از نظر هزینه و اندازه مزایایی دارند، اما معمولاً مدولاسیون خوب یکسانی را ارائه نمی دهند.
• طراحی عملی باید دوام مواد، کاویتاسیون، نویز، شوک های حرارتی، قابلیت اطمینان تحریک، نگهداری و رفتار ایمن را در نظر بگیرد.
• تصاویر موردی نشان می‌دهند که چگونه طراحی، کنترل و تعمیر و نگهداری همگرا می‌شوند.

در پیشرفت‌های آینده، ممکن است شاهد شیرهای کنترل هوشمند با تشخیص تعبیه‌شده، کنترل تطبیقی ​​یا نگهداری پیش‌بینی باشیم که هم‌افزایی دریچه‌های گلوب با سیستم‌های پیچیده مانند اواپراتورهای MVR را افزایش می‌دهد. مواد تزئینی جدید، تولید مواد افزودنی برای تزئینات، و دستگاه‌های یکپارچه سنسور سوپاپ نیز ممکن است تکامل یابند.