سیستم افت فشار در یک شیر کنترل

شیرهای کنترل اجزای حیاتی در هر صنعت فرآیندی هستند. در صنایع فرآیندی از این شیرهای کنترلی برای کنترل انواع سیالات مانند آب، گاز و بخار در فرآیند استفاده می شود.

همانطور که سیال از یک شیر کنترل عبور می کند، سیستم های فشار در سراسر شیر کنترل به خصوص افت فشار با جریان سیال از طریق آن لوله یا خط تغییر می کند.

داده های افت فشار در اندازه گیری شیر کنترل استفاده می شود و بسیار مهم است. برای آن، ما باید افت فشار واقعی را در سیستم‌های شیر کنترل از حداقل جریان به نرمال و تا حداکثر نرخ جریان پیش‌بینی کنیم.

اگر افت فشار در شیر کنترل صفر باشد. در این صورت کنترل کننده قادر به تغییر مقدار متغیر کنترل شده صفر خواهد بود و در نتیجه هیچ تاثیری نخواهد داشت.

شیر کنترل (Control Valve) یکی از اجزای حیاتی در سامانه‌های فرآیند صنعتی است که وظیفه تنظیم و کنترل دبی سیال را بر عهده دارد.

یکی از مهم‌ترین پارامترهای طراحی و بهره‌برداری شیر کنترل، افت فشار یا Pressure Drop است.

افت فشار نه تنها بر عملکرد سیستم تأثیر می‌گذارد، بلکه می‌تواند بر مصرف انرژی، عمر تجهیزات، کیفیت فرآیند و ایمنی نیز اثرگذار باشد.

شناخت دقیق ماهیت افت فشار و عوامل مؤثر بر آن، از مرحله انتخاب و سایزینگ شیر کنترل تا بهره‌برداری و نگهداری، ضروری است.

جریان کنترل ولو  تابع افت فشار در سراسر ولو و حرکت شیر است.

در انتخاب یک کنترل ولو برای یک کاربرد خاص در صنعت فرآیند، افت فشار نقش مهمی در تعیین شیر، نوع تریم(Trim) و…  دارد.

برای جلوگیری از افت فشار وعملکرد خوب نیاز به یک شیر کنترل مهندسی شده دارید.

حداکثر افت فشار در سرتاسر شیر کنترل می تواند در برابر خاموشی یا باز بودن جزئی یا کامل مقاومت کند.

به طور کلی، شیرهای گلوب به دلیل ماهیت ناهموار قطعات متحرک بیشتر در معرض افت فشار هستند.

به طور کلی، سرعت جریان در شیر کنترل تحت تأثیر افت فشار در شیر کنترل است.

هنگامی که سرعت جریان از طریق شیر کنترل افزایش می یابد، افت فشار در سراسر شیر کاهش می یابد.

تا زمانی که در حداکثر جریان سیال به حداقل افت فشار مجاز در سراسر شیر برسد.

با کاهش سرعت جریان از طریق شیر، افت فشار در سراسر شیرکنترل  افزایش یافته و به همان نسبت افزایش می یابد.

تغییرات افت فشار در شیر کنترل در نمودار زیر نشان داده شده است:

 

از نمودار بالا می توان نتیجه گرفت که:

با افزایش جریان در سراسر شیر کنترل، فشار بالادست P1 کاهش می یابد. و فشار پایین دست P2 افزایش می یابد.

با افزایش جریان ΔP افت فشار در سراسر شیر کاهش می یابد.

در حالت بدون جریان، ΔP حداکثر و فشار پایین دست P2 = 0 است.

 

افت فشار در شیر کنترل چیست؟ چگونه اندازه گیری می شود؟

افت فشار در سراسر شیر کنترل، تفاوت در سیستم فشار بین دو نقطه در یک خط لوله با سیال جاری است.

و به دلیل مقاومت در برابر جریان سیال از طریق خط یا لوله ایجاد می شود.

یا یه اصطلاح دیگر افت فشار تفاوت بین فشار ورودی و فشار خروجی است .

این فشار دیفرانسیل یا دلتاp (ΔP) فشار ورودی منهای فشار خروجی است.

افت فشار در شیر به دلیل نیروهای اصطکاک رخ می دهد.

P1 به صورت 2 قطر لوله در بالادست  یا ورودی شیر اندازه گیری می شود و  P2به صورت 6 قطر لوله در پایین دست یا خروجی شیر اندازه گیری می شود.

اهمیت افت فشار در سایز شیر کنترل چیست؟

افت فشار یک عنصر مهم در انتخاب سایز مناسب شیر کنترل است.

در طراحی یک سیستم، مهندس طراح باید ایده مرتبطی در مورد افت فشار داشته باشد تا از انتخاب مناسب شیرکنترل  مطمئن  شود.

چگونه افت فشار در شیر کنترل را محاسبه کنیم؟

محاسبه افت فشار در شیر کنترل با استفاده از فرمول زیر:

∆p =افت فشار، بر حسب Pa

K =ضریب  شیر

ρ =چگالی آب، 997 kg/m3 v

سرعت آب، بر حسب متر بر ثانیه

افت فشار در یک شیر کنترل حدود 0.5 برابر چگالی زمان فاکتور K از آب ضربدر سرعت آب مجذور است.

واحد در مقیاس پاسکال (Pa) است. اما معمولاً آن را بر 1000 تقسیم می کنیم تا به کیلو پاسکال (کیلو پاسکال) برسیم.

اهمیت افت فشار در شیر کنترل

1. تعیین ظرفیت عملیاتی شیر: شیر باید بتواند دبی مورد نظر را با افت فشار قابل قبول عبور دهد.
2. محاسبات انرژی: افت فشار بالا می‌تواند باعث افزایش توان مصرفی پمپ یا کمپرسور شود.
3. پایداری فرآیند: افت فشار مناسب، کنترل دقیق فرآیند را ممکن می‌سازد.
4. محافظت از تجهیزات: افت فشار بیش از حد مجاز ممکن است باعث آسیب به اجزای سیستم شود.

کدام کنترل ولو بیشترین افت فشار را دارد؟

شیر گلوب(globe valve) بیشترین افت فشار را در حالت کاملا باز نسبت به سایر شیرها دارد.

این به دلیل تغییر جهت جریان سیال در داخل شیر کنترل است.

نسبت L/D برای شیر گلوب تقریباً 340 است.

کدام شیرکنترل کمترین افت فشار را دارد؟

گیت ولو ها یا شیرهای دروازه ای  کمترین افت فشار را دارند.

این نوع شیر بیشتر در لوله کشی صنعتی استفاده می شود.

تلاطم کمتری در داخل شیر دروازه ای وجود داردو باعث  کاهش احتمال افت فشار می شود.

چگونه افت فشار در شیر کنترل را با دانستن Cv و دبی محاسبه کنیم؟

برای محاسبه افت فشار، سرعت جریان یا ضریب جریان در سراسر شیر، معادله اصلی اندازه شیر به صورت زیر است:

Q = C v * √∆P

برای سیالات به جای آب، یک ضریب تصحیح برای تفاوت در وزن مخصوص محلول ضروری است.

که این فرمول اصلاح شده خواهد بود:

Q = C v * [√∆P/S]

S = وزن مخصوص مایع مورد استفاده در شیر سیال است.

عوامل مؤثر بر افت فشار شیر کنترل

۱. نوع شیر کنترل

• شیرهای کشویی (Gate) در حالت کاملاً باز، افت فشار کم دارند.
• شیرهای سوزنی (Needle) و توپی (Ball) بیشتر برای کنترل دقیق افت فشار طراحی می‌شوند.
• شیرهای پروانه‌ای (Butterfly) افت فشار متوسط دارند و در برخی کاربردها متغیر است.

۲. سایز شیر (Valve Size)

کوچک بودن قطر داخلی شیر، سرعت جریان را زیاد و افت فشار را بالا می‌برد. انتخاب سایز مناسب بر اساس دبی و فشار کاری ضروری است.

۳. ویسکوزیته و تراکم‌پذیری سیال

• سیالات با ویسکوزیته بالا مانند نفت خام، افت فشار بیشتری ایجاد می‌کنند.
• گازها به‌دلیل تراکم‌پذیری، رفتار متفاوتی نسبت به مایعات دارند و افت فشارشان به سرعت جریان و دما بستگی دارد.

۴. طرح داخلی شیر و مسیر جریان

طراحی زاویه‌ها، انحناها و نواحی تنگش سیال در داخل شیر تأثیر مستقیم بر مقاومت جریان و افت فشار دارد.

۵. وضعیت سایش و رسوب‌گذاری

رسوبات، خوردگی یا تغییر در سطح داخلی شیر باعث کاهش قطر مؤثر مسیر و افزایش افت فشار می‌شود.

ارتباط افت فشار شیر کنترل با کنترل فرآیند

افت فشار نه تنها یک پارامتر مکانیکی، بلکه یک عامل کنترلی است:

• در پایدارسازی نقطه عملکرد: شیر باید افت فشار لازم را ایجاد کند تا عملگر بتواند دقیق دبی را تنظیم کند.
• جلوگیری از نوسانات: افت فشار کافی می‌تواند نوسانات فشار خروجی و جریان را کاهش دهد.
• تأمین محدوده کنترل: طراحی باید به گونه‌ای باشد که افت فشار اجازه دهد کنترل‌کننده، سیگنال کامل را در بازه محدوده رفتاری شیر اعمال کند.

جمع بندی

در این مقاله به بررسی افت فشار در شیر کنترل، معرفی شیر کنترل با افت فشار کم و بیشترین نوع کنترل ولو که دارای افت فشار زیادی است پرداختیم.

افت فشار یکی از پارامترهای کلیدی عملکرد شیر کنترل است که علاوه بر تأثیر بر دبی و فشار خروجی، نقش مهمی در بهره‌وری انرژی و طول عمر تجهیزات دارد.

طراحی درست، انتخاب صحیح نوع و سایز شیر، و نگهداری منظم، می‌تواند افت فشار را در محدوده بهینه نگه دارد و از بروز پدیده‌های مخرب مانند کاویتاسیون جلوگیری کند.

مطالعه بیشتر: انواع اتصالات انتهای کنترل ولو ، نمایندگی کنترل ولو سامسون، Cv یا ضریب جریان در کنترل ولو ، جهت جریان کنترل ولو  ، جریان گاز در شیرهای کنترل

کیاصنعت نمایندگی کنترل ولو سامسون و تامین کننده انواع کنترل ولو ، گلوب ولو ، کنترل ولو سامسون ، کنترل ولو فیشر ، کنترل ولو هانیول ، کنترل ولو ماسونیلان ، کنترل ولو سه راهه سامسون ،کنترل ولو آری ارماتورن ،شیر پنوماتیک سامسون ، شیر فشار شکن سامسون ، کنترل ولو  یوشی تاکی ، انواع اکچویتور، اکچویتور آلفا ایر، اکچویتور سامسون ،اکچویتور Eco air  ،، شیر ترموستاتیک سامسون ، انواع آی توپی پوزیشنر، پوزیشنر سامسون ، پوزیشنر فیشر،  پوزیشنر YTC مدل YT3300، آی توپی پوزیشنر ABB ، آی توپی پوزیشنر زیمنس ، آی توپی پوزیشنر متسو، آی توپی پوزیشنر اسپیراکس سارکو  و… است.