Partnerünk, a Pressure Tech nemrégiben bővítette közepes átfolyásra tervezett, akár 400 baros kilépő nyomásig alkalmazható szabályzóinak családját az MF301D jelű nyomásszabályzóval, melynek nagy szakítószilárdásgú sárgaréz teste egy kifinomult, tolattyús szelepet rejt. Az MF szériában minden szelep oxigén közegben történő alkalmazásra készült, ennek megfelelő tömítésekkel, anyagválasztással, és műszaki megoldásokkal. De miben különlegesek, mit nyújtanak vevőinknek az egyes cikkszámok mögött álló eszközök?
Egy sokoldalúan konfigurálható széria
A megnevezés betűi a “medium flow” kategóriára utalnak, tehát az ezzel jelölt szabályzók átömlési tényezője (Cv) a 0,5-2 tartományban helyezkedik el. Fontos kiemelni, hogy – bár ebben az írásban a 300 barra tervezett szériát mutatjuk be – 100-től 400 barig állnak rendelkezésre hasonló szelepek partnercégünk portfóliójában.
A szeleptest anyaga rozsdamentes acél, vagy sárgaréz, a tömítések pedig PPEK vagy PCTFE anyagból készülnek. Bár folyadék és gáz alkalmazásokhoz is kitűnőek, az MF családban minden szelep oxigén közegű környezetben (például: búvár alkalmazások) nyújtja a legtöbb pluszt a vásárlóknak.
MF300
A 300-as széria “alap” szelepei a kézi kerékkel, vagy zárósapkával állítható, SS316 vagy réz anyagú, kiegyensúlyozott szeleptesttel szerelt szabályzók, melyeknél mind opció a leeresztő funkció.
MF300T
Hogy a szelep oxigén kompatibilitását javítsák és még több alkalmazás számára tegyék elérhetővé az MF300-at a Pressure Tech mérnökei új funkciókkal bővítették a terméket, s az új variánsokat a “T” jelzéssel látták el. Egyrészt a korábbi, rugós terhelés mellett az elasztomer membrános verzió is elkészült, másrészt ezek a szelepek alapértelmezetten “anti-tamper”, tehát hozzáférésgátló kialakítással készülnek. A szelep oxigén gyulladásgátlási tesztjeit az EN ISO 7291 szabvány szerint végzik, melyről természetesen tanúsítványt kap a vásárló.
MF300D
A sorozat újdonsága az MF301-D, mely a fentieken túl tisztított és zsírtalanított (“D” mint “degreased”) is, mellyel teljesíti a ASTM G93 C szintjét. Ezen felül egy teremlőelemet is kapott, mely az érzékelőelem előtti turbulenciát csökkentve rendkívül pontos nyomástartást tesz lehetővé.
Ha az Ön projektjéhez is szükséges szelep oxigén közegre, mely megfelel a vonatkozó szabványok szigorú előírásainak, csaknem teljesen lináris a térfogatáram-kimenő nyomás görbéje, magas átömlést biztosít akár 400 bar nyomásig, és szeretné mindezt egy kipróbált, de mindig megújuló, szabadon konfigurálható eszközzel megoldani, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk!
https://scabex.hu/wp-content/uploads/2025/06/mf300.png564793Fülöp Csaba/wp-content/uploads/2024/07/scabex-logo-exp-598x160-1.pngFülöp Csaba2025-07-04 09:14:362025-07-04 09:14:39Ha szelep oxigén közeghez, akkor MF300
SBG manométer és thermométer: 150 év megbízhatóság
Skót partnercégünket 1870-ben alapították, első tevékenységük hajók karbantartása volt a Clyde folyón. Azóta termékeikkel eljutottak a világ minden pontjára, és folyamatos innováció és befektetések révén mára számos manométer, szelep és hőmérő kerül tőlük a védelmi-, olaj és gáz-, gyógyszer-, élelmiszer- valamint autóiparba.
A glasgowban található, 4000 négyzetméteres gyárban a technológiák újak, az alapfilozófia azonban 150 éve kiállja az idő próbáját: a vevő igényeire szabott, tartós és rendkívül magas minőségű termékeket kell szállítani. A vásárlóik iránti elkötelezettség és a jelentős gyártási kapacitás tette lehetővé, hogy másfél évszázad alatt igazi benchmark legyen az SBG márkanév.
A Clyde folyó hajójavító műhelye 1870-ben, és a SBG gyára 2011-ben
A legtöbb cég – már ha egyáltalán büszkélkedhet ilyen hosszú történettel – jellemzően túl van már 2-3 tulajdonosváltáson ennyi idő alatt. Az SBG azonban más utat választott, és még 2011-ben teljes egészében alkalmazotti tulajdonba ment át, ami ma már relatíve gyakori, de akkor igazi újításnak számított az ipari világban.
Ez megerősítette a cégnél azt a szellemiséget, hogy nemcsak a termékeiket, de az üzleti kapcsolataikat és munkahelyeiket is hosszú távra tervezik: a cég 150 munkavállalója joggal lehet büszke az alacsony fluktuációra, és hogy még a gazdaságilag nehezebb időkben is megóvták a megélhetésüket.
Belépés a világpiacra
A glasgowi cég az 1970-es években terjeszkedett Kilsyth városába, ahol további gyártókapacitásra tett szert. Ezen kívül bővítették a termékpalettájukat is, és 2003-ban megkezdték az amerikai disztribúciót is. Mára az SBG a manométer – és egyéb mérőeszközök piacán jól bejáratott név lett az USA-ban, Ausztráliában és Írországban is. Több, mint 50 országba exportálnak, és tengerentúli piacukat tovább szeretnék bővíteni, valamint kiemelt céljuk a németországi piacszerzés.
Folyamatos fejlesztések
Noha a skót cég már 150 éves, módszerei és felkészültsége abszolút naprakészek. Nem haboznak komoly összegeket fordítani stratégiai területekre, legyen az akár képzés, berendezések vagy marketing.
Nemrégiben tértek át egy új, teljesen digitális ERP (vállalati erőforrás-management) rendszerre, ami minden belső és vevői adminisztrációt nagymértékben felgyorsít.
A manométer és szelep gyártósorok is megújultak: a legkorszerűbb CNC gépeket erőforrás-tervező rendszer (MRP II) segíti a hatékony működésben. A gyártás így gyors, pontos és jobban skálázható.
A hidrogénipar felfedezése
Az SBG fő profilja jelenleg a gáz és olajipar (ami a manométer – és szelep eladásokat illeti), de szakértők bevonásával igyekeznek feltérképezni a lehetőségeiket a zöld iparágakba való belépésre.
A H2 ipari beruházásokon kívül más fenntartható projektek is futnak a cégnél, többek között két skót egyetemmel is együttműködnek, hogy alacsony emisszójú szelepeket fejlesszenek ki.
Ezzel az elkötelezettséggel, stratégiai gondolkodással, és méltán elismert műszaki megoldásaikkal a SBG valószínűleg még 100 év múlva is velünk lesz.
Az alábbiakban egy rövid, de érdekes esetet szeretnénk ismertetni, mely rávilágít, milyen fontos az u.n. átömlési tényező egy szabályozóelem kiválasztásakor és méretezésekor. Egy partnerünk biztonsági nyomáshatároló szelepet kívánt vásárolni tőlünk.
A nagyobb nem mindig jobb
A megadott közegre, nyomás -és hőmérsékleti viszonyokra a Seetru gyártó két modellje is megfelelő volt, a 33110-es széria, illetve a B4605 kód alatt futó szelep. Mivel változatos csatlakozási lehetőségekkel konfigurálhatóak, a megrendelő rendszerébe mindkettőt könnyen lehetett integrálni.
A hőmérsékleti -és nyomástartomány szintén mindkét szabályzó esetében az elvárt intervallumon belül volt, így műszakilag mindkét termék megfelelőnek tűnt a feladatra. És valóban: a megadott paraméterek mellett mindkét szabályzó biztosította volna a rendszer védelmét túlnyomás ellen.
Az első termék furata 3,66 mm, míg a második 4,6 mm-es kilépési átmérővel rendelkezik. A vevő ennek alapján a B4605-öt tartotta favorintank, abból kiindulva, hogy 16,6 mm2-es áramlási keresztmetszete nagyobb biztonsági tényezőt hagy majd neki, mint a 33110-es 10,52 mm2-es kiáramlási portja.
A szelep Cv hatása
Mikor azonban a méretezési számításokat megkapta, meglepődve tapasztalta, hogy az általa biztonságosabbnak feltételezett szelep közel sem hozza az áramlási keresztmetszet alapján elvárható, mintegy másfélszeres térfogatáramot: mindössze annak 1,2-szeresére képes.
Magyarázatot kért tőlünk a mérnöki intuíciónak látszólag ellentmondó eredményre, mi pedig végigvezettük a számítás lépésein, melynek fontos pontja volt, hogy a kélt szelep Cv értéke komoly eltérést mutat (0,73 vs. 0,402), mely magyarázza, hogy a megnövelt keresztmetszet miért nem eredményez ugyanakkora növekményt a kapacitásban.
A geometira hatása a szelep Cv értékére
Egy szelep átfolyási tényezőjét az áramlás tulajdonságai, a közeg anyagjellemzői és a készülék geometriája befolyásolja (erről bővebben korábbi írásunkban olvashat).
Ha a két metszeti ábrát összehasonlítjuk:
A Seetru B4605 és 33110 szelep metszeti ábrái
Látható, hogy az áramlás igen más utat jár be a két szelep esetében. Különböznek a zárótes és ülék kialakításában, illetve az áramlás jellemző mérete, a nedvesített hossz sem azonos. Bőven találunk tehát okot rá, amiért a két szelep Cv értéke s ezzel a lefúvatott térfogatáram mennyisége is eltérhet, azonos alkalmazási körülmények esetén.
Legyen szó akár nyomáshatárolókról, akár biztonsági, lefúvató szelepekről, vagy egyéb szabályzókról, a méretezés és kiválasztás fontos eleme az úgynevezett átfolyási tényező ismerete. Bár nap mint nap találkozunk vele és használjuk számításainkhoz, a hátteréről általában annyit tudunk, hogy “az áramlási viszonyokból következik”, vagy a “geometria határozza meg”. Ezek az állítások valóban igazak, de ebben az írásban ennél kicsit bővebben szeretnénk betekintést nyújtani a tényezőt befolyásoló tényezőkbe.
Az IEC-60534-1:2023-as szabvány foglalkozik a leírásával, mérésével, számításával. Rögtön az első kérdést a megnevezése jelenti: angol nyelvterületen általában Cv, míg a német nyelvű ipari környezetben a Kv megjelölést használják, ráadásul ezen értékek egy adott szelepre és áramlásra nem is egyeznek meg. A magyarázat láthatóvá válik, ha megnézzük, hogyan definiálja őket a szabvány:
A Cv azt mutatja meg, hány, 40 és 100 °F közötti hőmérsékletű U.S. gallon víz folyik át a szelepen egy perc alatt, egy psi nyomáskülönbség hatására. A Kv érték nem más, mint ugyanez a mennyiség SI mértékegységekben (tehát m3/h, Pa és K) kifejezve, a váltószám közöttük: Kv = 8,65*10-1 *Cv. A szabvány használja még az Av jelölést is, ez határozható meg a legközvetlenebbül méréssel.
Már ebből a leírásából is látszik, hogy a közismert magyarázaton, tehát a szelep geometriáján és az áramlás milyenségén kívül a szabályozni kívánt közeg is befolyásolja a tényező értékét, hiszen az egyfajta “víz-egyenértéket” jelent, mely logikusan más lesz egy könnyű gáz, például hidrogén, vagy egy nehéz folyadék, például nyersolaj esetében.
És valóban, ha nem a szabványban meghatározott vízre akarjuk tudni a Cv értékét, a következő képletet kell használnunk:
Az átfolyási tényező számítása:
Egy szelep Cv (vagy Kv) értékének meghatározása elágazásokat tartalmazó, iteratív számítást igényel. A szabvány folyamatábrákkal és példaszámítással igyekszik segítséget nyújtani benne, ezekben azonban számos tapasztalati konstans is szerepet kap. Alább azokat a fő tényezőket vesszük sorra, melyek hatással vannak a szelep kapacitására.
A szabályzó geometriája
Az általunk méretezni kívánt szabályzó méretén kívül a típusára is szükségünk van a számítás megkezdéséhez. Milyen alakú a zárótest? Milyen az áramlás jellege? Nyitott térbe távozik a közeg, esetleg csőbe? Hány port található a szelepen?
Ezeket a hatásokat a vonatkozó szabvány az úgynevezett “liquid pressure recovery factor” és “valve style modifier” konstansokban igyekszik összefoglalni és számításba venni, illetve függelékekben és táblázatokban ad tapasztalati konstansokat a meghatározásukhoz.
A teljesség igénye nélkül, íme néhány jellemző, ami a szelep kialakításától függ, és korrigálni kell vele az úgynevezett “valve style modifier”-t:
Az áramlás legszűkebb keresztmetszete
Az ülék átmérője
A független áramlási utak száma
Az áramlás egyenértékű kör keresztmetszete
A nedvesített hossz, az áramlás jellemző mérete
A megközelítési faktor sebessége (“velocity of approach factor”)
A kilépési veszteségi tényező
Látható tehát, hogy ezen a konstanson belül is több olyan mennyiséget kell használni, melyek egzakt módon nem számíthatóak ki, csak méréssel, vagy pontos CFD szimulációval lehet meghatározni az értéküket.
Ráadásul ha a cső és a szabályzóelem átmérője nem egyezik meg, további számítások, illetve iteráció szükséges ennek figyelembevételére.
A Pressure TechLF311 (alacsony átömlésű) és HF300 (magas átömlésű szelepei). Hasonló nyomásviszony, elétrő design.
Attól függően, hogy fojtott áramlással van-e dolgunk (és ha ebben az esetben nem akarunk azonnal új szabályzó után nézni), más képlettel határozható meg a Reynolds-szám, mely az áramlás dimenziótlan leírására szolgál. A szabvány a 10 000-es Re feletti áramlást tekinti turbulensnek. Azt, hogy ebből a szempontból mi jellemzi az áramlásunkat, egy kritikus nyomásviszony kiszámításával határozhatjuk meg. Ha az általunk előírt nyomáskülönbség ezt eléri, az áramlás jó eséllyel fojtott.
Amennyiben az áramlás átmeneti, vagy lamináris, az átfolyási tényező meghatározásához iterációra lesz szükség, azaz választani kell egy tetszőleges értéket, elvégezni vele a számítást, és a kapott eredményből egy másik képlettel visszaszámolni a Re számot, majd a Cv-t. Ha az első lépésben választott érték, és a visszaellenőrzés egy bizonyos határon belül van (a szabvány pontosan definiálja), akkor a számolás kész, ha nem, akkor az iterációt egy 30%-kal megemelt értékkel újra el kell végezni.
Anyagjellemzők szerepe az átömlési tényező számításában
Azon felül, hogy a már ismert értéket át kell számolnunk más anyagra, hacsak nem éppen a szabványban megadott minőségű vízzel dolgozunk, a közeg számos tulajdonsága megjelenik a számítás során:
Moláris tömeg
Fajlagos hőkapacitások viszonya
Abszolút gőznyomás
Kritikus hőmérséklet
A fentiekből látható, hogy a számítás nem csak összetett, de számos közelítést is tartalmaz. Mi a teendő, ha a szelepünk kialakítás nem egyezik teljesen a szabványban megadottakkal? Hogyan lehetünk benne biztosak, hogy a felhasznált konstansok valóban illenek a mi berendezésünkre? Hogyan kezeljük, ha az általunk használt közeg valamilyen keverék, esetleg nem tiszta gáz/folyadék, melynek pontos anyagjellemzőit esetleg még mi sem ismerjük?
A méretezés során éppen ezért jelentős (gyártónként változó, de mintegy 30%-os) biztonsági tényezőt használnak, mikor egy alkalmazásra átfolyási tényezőt számolnak. A gyártók azonban a saját szelepeikre természetesen nem számítással, hanem közvetlenül, méréssel határozzák meg a Cv értékét.
Az átfolyási tényező mérése
A vonatkozó szabvány 2015-ben frisített 2-3 része éppen ezért a mérési környezet kialakításával foglalkozik. Jól kontrollált körülmények biztosítják, hogy az eredményül kapott Cv/Kv számok a legkülönbözőbb szabályzók összehasonlítását is lehetővé teszik.
A gyakorlott tervezőmérnökök persze átlátják és tapasztalatból ismerik azokat a faktorokat, amelyek befolyásolhatják a szelep kapacitását, így ha a mérések eredményei nem felelnek meg a várakozásaiknak/elvárásaiknak, tudják, milyen konstrukciós változtatásokkal javíthatják az általuk tervezett elemet.
A fentiekből látszik az is, hogy akár kisebb változtatások, egy másik ülék, egy kicsit átdolgozott szeleptest, vagy a csatlakozók kiosztásának módosítása is komoly hatással lehet az átfolyás mértékére, ezért szükséges azt újra hitelesíteni. Ugyanígy egy szelep viselkedése változhat attól függően, hogy csőhálózatba kötve, vagy szabad térbe lefúvatóként üzemel.
Az átfolyási tényező komplex, de elengedhetetlenül fontos dimenziótlan száma a nyomásszabályzók világának. Partnereink több évtizedes tapasztalata segíthet Önnek eligazodni benne, és az ön alkalmazásának legmegfelelőbb szelepet kiválasztani. Ne habozzon kapcsolatba lépni velünk, ha kérdése van!
Bármelyik tankönyvet felcsapva megtudhatjuk, hogy a H2 a periódusos rendszer első eleme, ezzel a legkönnyebb atom, a hidrogén gáz kétatomos formában van jelen, izotópjai a prócium, deutérium és a trícium. Számos kapcsolódó témáról írtunk már ezen a honlapon, a nehézgépektől kezdve a buszokon át a szabályozására tervezett elemekig. De mi jellemzi ezt az anyagot a gyakorlati felhasználás szempontjából? Milyen tulajdonságai vannak ennek a zöld átállásban nélkülözhetetlen gáznak? Rövid listánkban erre adunk választ.
Kis molekulaméretének köszönhetően a H2 képes diffundálni, még tömör anyagokon keresztül is, ezért a tömítése nagyobb kihívás más gázokénál. Épp ezért a lehetséges szivárgási útvonalak számát a tapasztalt tervezőmérnökök mindig minimalizálni igyekeznek (a lehető legkevesebb csatlakozás beépítésével), illetve nagy hangsúlyt kap a megfelelő anyagválasztás. Utóbbi azért is fontos, mert a diffundáló H2 anyagszerkezettani változásokat idéz elő: az acélok esetében ilyenkor beszélünk “hidrogén ridegedésről”.
Minthogy a hidrogén gáz sűrűsége körül-belül 1/14-e a levegőnek, nagyjából 20 m/s sebességgel száll fel benne, hatszor gyorsabban a földgáznál. Ennek köszönhetően a légtérbe engedett H2 gyorsan eloszlik, illetve oxigénnel gyorsan keveredik, ezért relatíve kicsi a robbanásveszély. Ugyanakkor a zárt terek legmagasabb pontján összegyűlő hidrogén hordoz kockázatokat, amit a terek kialakításakor figyelembe kell venni.
A H2 színtelen, szagtalan gáz, így az emberi szervezet nem érzékeli, ezért detektorokkal és megfelelő szellőzéssel kell csökkenteni egy esetleges szivárgásból fakadó veszélyhelyzet kialakulásának lehetőségét. A földgáziparban bevett gyakorlat, melynek során a gázhoz kellemetlen szagú anyagot kevernek itt nem alkalmazható, mert a jelentős sűrűség-különbség miatt nincs olyan anyag, amivel hatékonyan “megfesthető” lenne a hidrogén. A hidrogén égésekor a láng szintén színtelen, az emberi szem számára láthatatlan, ezért kamerákkal, vagy UV szenzorokkal kell detektálni azt.
A hidrogén gáz begyújtásához nagyon kis energia is elegendő, valamint igen széles sávban (4%-tól 75%-os térfogatarányig) képez a levegővel éghető keveréket. Öngyulladási hőmérséklete 585 °C. Ez egyrészt veszélyforrás: H2 alkalmazások esetén a statikus kisüléseket mindenképpen meg kell akadályozni. Ezek a tulajdonságai, bár hordoznak veszélyeket, előnyesek lehetnek belsőégésű motoros alkalmazásoknál, ahogyan az is, hogy az égésterméke egyszerű víz.
A hidrogén gáz nem mérgező, nem toxikus, igen valószínűtlen, hogy fulladást okozzon (ami pedig az oxigénen kívül minden más gázról elmondható). Sem a légkört, sem a talajvizet nem szennyezi, ami szintén “plusz pontokat” jelent a zöld átállásban.
Egy megbízható hidrogén-rendszer megtervezése szaktudást és tapasztalatot igénylő feladat. Partnereinnkel (legyen szó akár szabályozásról, akár méréstechnikáról) együttműködve segíthetünk Önnek egy hatékony, biztonságos és zöld rendszer kiépítésében.
Miért kiemelten fontos a hidrogén tömeg- vagy térfogatáramának mérése?
Aligha lehet kérdés, hogy a hidrogén felhasználása során kritikus szerephez jut az áramló mennyiség pontos mérése.
A fogyasztás pontos ismerete előfeltétele annak, hogy a hidrogént biztonságos, gazdaságos, megbízható és kiszámítható fűtőanyagként használhassuk, akár közlekedésben és szállítmányozásban, akár fűtéstechnikai- vagy villamosenergetikai alkalmazásokban.
Az úgynevezett Zöld Hidrogén, melyet elektrolízissel, megújuló erőforrásokat felhasználva állítanak elő, egyfajta energiatárolási lehetőséget biztosít az egyébként megjósolhatatlan hozamú források (szél- és napenergia) számára. Az ilyen tárolóegységek szintén tartalmaznak áramlásmérőket.
Maguk az elektrolizálók is nagyban támaszkodnak ilyen mérési adatokra. Mivel idővel csökken az elektrolízis hatásfoka, a valós- és elméleti hozam állandó felügyelete nélkül nem készíthető pontos karbantartási terv, és nem minimalizálható a termelés tömegegységre vonatkoztatott átlagos költsége. Fontos követelmény, hogy az áramlásmérő nyomásvesztesége a lehető legalacsonyabb legyen, hiszen az elektrolizáló berendezések általában 35 bar alatti nyomástartományban üzemelnek.
A hidrogén meghajtású járművek töltési folyamata nagyban eltér a hagyományos, folyékony tüzelőanyagot használó belsőégésű motoros járművekétől. A töltés kezdetén a jármű tankjában alacsony (akár 1-2 baros) nyomás uralkodik, míg a töltőrendszer nyomása igen magas (700+ bar). Ahogy a tank megtelik, és a nyomása növekszik, a töltés sebessége csökken. Közben a hidrogén hőmérséklete is folyamatosan változik, különösen a rendszerben található szabályozóelemeknél (fúvókák, szelepek, kompresszorok). Elengedhetetlen tehát a gáz jellemzőinek pontos ismerete, hiszen ha – például – 350 baros nyomás, és 20 °C hőmérséklet mellett a sűrűség számításában 1%-os a hiba, akkor a teljes tömegáramban 0,5% eltérés jelentkezik. Ezért a mérőrendszernek folyamatosan figyelnie – és adott esetben szabályoznia – kell a nyomást és hőmérsékletet (lásd a Joule-Thomson hatásról szóló bejegyzésünket).
A térfogat/tömegáram mérésének lehetőségei
A különböző gázipari alkalmazásokban évtizedek óta fejlesztenek mérőegységeket, azonban ezek nem mind, vagy nem könnyen ültethetőek át hidrogénes rendszerekre (lásd alább). Általános szabály, hogy ilyen alkalmazások esetén ajánlott kerülni a mozgó alkatrészeket, mert ezek kopása és elhasználódása további bizonytalansági faktorokat visz a mérésbe. A legtöbb, hidrogént használó alkalmazásban csak robbanásbiztos (ATEX) kivitelű mérőeszköz fogadható el. Ezen feltételeket számbavéve három fő típus jöhet szóba:
1. Ultrahangos mérőeszközök
Az ultrahangos mérés során először az áramlás irányába, majd azzal ellentétesen bocsátanak ultrahang-hullámokat a mérendő közegbe. Előbbi rövidebb idő alatt érkezik a vevőhöz hiszen a hullám mintegy “utazik” az áramlással. A két mért idő, illetve a közegben jellemző hangsebesség ismeretében kiszámítható az áramlás sebessége. Számos más gáz esetében ipari alkalmazásban elterjedten használják őket, mivel a mérőeszközön a nyomásesés minimális, hiszen gyakorlatilag nem csökkentik a cső áramlási keresztmetszetét.
Specifikusan hidrogén közegben történő alkalmazásuknak azonban számos nehézsége van:
A hidrogén rendkívül jól elnyeli az ultrahang tartományú hullámokat (alacsony sűrűsége miatt), így a jel/zaj arány igen kedvezőtlenül alakul.
A hidrogén viszkozitása és sűrűsége alacsony (rendre nagyjából 80%, illetve ⅛-a a metánénak), a hang terjedési sebessége benne viszont igen magas, mintegy háromszorosa a metán közegben mérhetőnek. Mivel ez az érték nagyban függ a nyomástól és hőmérséklettől, komoly pontatlanságot vihet a mérésbe.
Kevés az ipari tapasztalat, illetve ennek következtében a megbízható kalibráció hidrogénipari alkalmazásokra.
A hidrogénes rendszerek gyakran igen nagy nyomáson működnek (akár 700+ baron), mely a legtöbb, más közegekre kifejlesztett műszer működési tartománya fölött van.
Összességében elmondható, hogy még hosszú fejlesztés és kísérletezés szükséges ahhoz, hogy elterjedt, elérhető árú és megbízható ultrahangos hidrogén térfogatáram-mérők álljanak rendelkezésre az iparban. Járműves alkalmazásnál külön nehézséget jelent, hogy kialakult áramlást kell biztosítani a szenzor csőszakaszában, így mind az alvíz, mind a felvíz oldalon hosszú, egyenes szakaszokra van szükség, mely nem mindig kivitelezhető.
Kép forrása: https://hyfindr.com/en/hydrogen-knowledge/hydrogen-flow-meter
2. Coriolis-elven működő eszközök
A Coriolis mérők direktben tömegáramot mérnek, így nincs szükség a sűrűség ismeretére. Rezgésbe hozott csövek segítségével mérik az átáramló tömeget, melyek merevsége azonban érzékeny lehet a nagyon alacsony hőmérsékletre, vagy nagyon magas nyomásra, utóbbi hangsúlyozottan fordul elő a H2 iparban, de a mérőrendszerek ezt általában a számítás során kompenzálják. Noha maga a mérőeszköz helyigényesebb, működéséhez nem szükséges kialakult áramlás, így beépítési feltételei kedvezőbbek az ultrahangos mérőknél. A nyomásesés azonban a három típus közül itt a legjelentősebb. Ezen felül érzékenyek a környezet rezgéseire, és a csöveket érő mechanikai hatásokra, így járműipari alkalmazásuk korlátozott. Általában jelentős költségvonzatuk van, illetve használat előtt mindenképpen kalibrálni kell hidrogénre, ami megfelelő referencia-mérés hiányában meglehetősen nagy kihívást jelenthet.
Kép forrása: https://hyfindr.com/en/hydrogen-knowledge/hydrogen-flow-meter
3. Nyomáskülönbségen alapuló mérés
A harmadik lehetőség a nyomáskülönbségen alapuló mérőeszköz, mely egy kisebb, kontrollált nyomásesést hoz létre az áramlásban, majd ebből a Bernoulli-egyenlet segítségével számol térfogatáramot. Egy kalibrált mérőperemmel leszűkítik az áramlási keresztmetszetet, és a geometria, valamint az anyagjellemzők ismeretében a hidrogén térfogatáram meghatározható. A szükséges nyomásesés általában alacsony, vagy közepes (a fentebbi eszközökhöz viszonyítva). Bizonyos típusoknál előírás a kialakult áramlás, akár 19-40D egyenes csővel a felvíz oldalon, vannak azonban olyan megoldások, melyek ezt ki tudják küszöbölni. Parnerünk, a GM Flow által kifejlesztett kúpos nyomáskülönbség-mérő (DP Cone meter) pontosan ilyen. A skóciai cég, a csapatban összesen 100 éves fejlesztői, tervezői tapasztalattal rendelkezik gázok áramlásának mérésben, és legújabb szabadalommal védett eszközük, a Hy-Cone kifejezetten hidrogénes alkalmazásokhoz készült. A nyomásesés az eszközön kevesebb, mint 1 bar és nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, ezért megbízhatóan biztosítja a lehető legnagyobb hozamot az eszközön keresztül. Szívesen ajánljuk az Ön H2 projektjéhez is!
Kép forrása: https://www.gmflow.co.uk/flow-measurement/
A fűtött szabályzók a ’80-as évek elején jelentek meg. Felépítésüket tekintve egy komplett szabályzót és egy központi elhelyezkedésű fűtőelemet tartalmaznak, melyet eleve úgy alakítanak ki, hogy ellensúlyozzon számos, a gőz-állapotú alkalmazásoknál jelentkező nemkívánt jelenséget. Ez az alapvető kialakítás máig érvényes, és sok gyártónál megtalálható, akik árérzékeny, alacsony követelményszintű alkalmazásokhoz kínálnak fűtött szabályzót.
A fűtött szabályzók alkalmasak folyékony szénhidrogének párologtatására is. Ez különösen hasznosnak bizonyult azokban az időkben, mikor a folyékony minták injektor-szelepei (azaz LSV – flash párologtató) a korabeli kromatográfokon nem bírták a magas nyomásokat, vagy nem voltak olyan megbízhatóak, mint manapság. Ahogy a fűtött szabályzó elemek teret nyertek ezen a piacon, és elkezdték őket szélesebb körben alkalmazni minták kezelésére, úgy váltak lassan általános megoldássá egyre több gőz- és folyadék alkalmazáshoz, mint például kriogén berendezések, vagy LNG töltés. Erről a térhódításról kapták köznyelvi nevüket: párologtató szabályzók.
Kihívások és desing
Ahogy a berendések egyre komplexebbek lettek, úgy jöttek a problémák a minták párologtatásával: megbízhatatlan mérések, megégett, vagy eltömődő szelepek, mind a hibás használat, vagy rossz beállítások miatt. Mára már tudjuk, hogy az egyszerű kialakítások csak nagyon korlátozottan használhatóak folyékony szénhidrogénekkel. Ez a felismerés vezetett el a flash párologtatók innovatív újragondolásához (különösen, ami az LNG-s alkalmazásokat illeti), és a kromatográfokon használt LSV-t fejlődéséhez. Itt érdemes megjegyezni, hogy a flash párologtatók egy adott mennyiségű (microliter nagyságrendű) folyadékot fecskendeznek be egy állandó térfogatú, temperált térrészbe. Az így létrejövő azonnali, homogén párolgás roppant pontos mérési eredményekhez vezet, ezt a kialakítást azonban csak igen költségesen lehet megvalósítani.
A folyamatos áramlást elpárologtató szabályzókkal szemben, noha a működésük éppen ellentétes a fentebb leírtakkal, az elvárás egy idő után ugyanaz a pontosság volt, mint a flash-párologtatónál: ez persze jobbára csak elvárás maradt, és gyakran inkább egyfajta frakcionál-szabályzóként üzemeltek.
Èppen ezért ez a rövid értekezés azt a célt tűzi ki, hogy a fókuszt újra a folyamatos áramlásos, fűtött szabályzó alapkialakításainak megértésére irányítsuk, és bemutassunk néhány új fejlesztést, folyadék közeg alkalmazásokra.
Az alábbi illusztráció azt hivatott bemutatni, mi történik egy folyadékmintán, ahogy áthalad egy általánosan elterjedt fűtött szabályozó fűtőelemén. Ez a hatás még hangsúlyosabban van jelen olyan mintáknál, ahol a forrás széles hőmérséklet tartományban megy végbe (tipikusan C1-töl C4+-ig). Ilyen körülmények között bármilyen egyensúlyi kilépő nyomás, áramlás, vagy hőmérséklet elérése és megtartása komoly kihívás.
A kép forrása: ASaP nl
Gőz közegek
A temperálást egy központi fűtőelem biztosítja a szeleptestben. Úgy helyezik el, hogy a kívánt hőátadás útja a házon felfelé, radiális irányban valósuljon meg.
A gőz állapotú minta a bemenet felől egy temperált kamra felé áramlik, a fűtőelem körül haladva, ezzel biztosítva, hogy végig a harmatpontja fölött marad, elejét véve a pára- vagy csepp kicsapódásának. Ahogy a vezérlő szelep csökkenti a nyomást, a felső testben Joule-Thompson hatás alakul ki.
A fűtőelem hőmérsékletét folyamatosan szabályozni kell, hogy ezt a hatást ellensúlyozza, ugyanakkor a teljes szabályzóban harmatpont fölött tartsa a mintát, normál áramlási feltételek mellett. A szükséges hőmennyiséget befolyásolják az adott alkalmazásra jellemző nyomásviszonyok, az áramlási- és környezeti körülmények.
A minta a membrán körül áramlik a kilépő csatlakozás felé, végig a fűtött kamra közelében, a lehűlést elkerülendő. Bizonyos idő után beáll egy általános egyensúlyi állapot, melyet üzembe helyezés után optimalizálhatunk.
Egyes alkalmazások esetén, ha a nyomáskülönbség jelentős, a nyomáscsökkentés során jelentkező J/T hatás olyan jelentős lehet, hogy egyszerűen nem lehet eléggé felfűteni a szabályzót, hogy a jégképződést elkerüljük. Ez a minta kondenzációjához vezet, a kilépési oldalon folyadék fázis jelenhet meg, és mechanikus hibákat, gázszivárgást okozhat. Ezek a problémák egy fűtőelemmel nem kezelhetőek, ilyenkor lehet szükség flash-párologtatókra, többlépcsős nyomáscsökkentésre, vagy kettős-fűtésű szabályzóra, adott térfogatáram mellett.
Egyszeres (balra) és kettős (jobbra) fűtésű nyomászszabályozó. Forrás: Pressure Tech UK
Folyadék közegek
A folyadékokat az alkalmazás során forráspont alatt és a hőforrástól távol kell tartani, mely más megközelítést tesz szükségessé.
A következő kialakítás poliamidból készült, belépő csonkja sokkal kevésbé vezeti a hőt (0,12 W/mk) mint például a SS316 (16,3 W/mk).
Ez a poliamid szigetelés védi a folyadékmintát a belépéstől az elpárologtatón át egészen a sugár legkisebb keresztmetszetéig (vena contracta) ahol a legnagyobb a nyomásesés és az áramlás a legfrakcionáltabb. Megfelelő szigetelést biztosítva elérhető, hogy a minta ezt a pontot szuperkritikus állapotban érje el, így fázisátmenet folyadék és gáz között pillantszerű lesz, nem jelennek meg vegyes fázisok.
A furat nagyságának, és a Cv érték helyes megválasztásával a szabályzó testre szabható az egyes alkalmazásokra, illetve készleteink segítségével könnyen átszerelhető.
A kilépés felé eltolt fűtés a hőteljesítményének jelentős részét a nyomáscsökkentés zónája után adja le. A tömör spirál hüvelybe helyezett fűtőpatron nagy felülete biztosítja a hatékony hőátadást a kiáramló minta felé Ezzel a spirális betétel a az elektromos teljesítménysűrűség 11,4%-kal, 4,93 W/cm2-re emelkedik egy 100W-os fűtésnél.
Tipikus alkalmazási környezetük a finomítók, NGL, cseppfolyós propán, bután és etilén művek, illetve a kriogenika.
Összegzés
Az analitikai berendezések mindig komoly befektetést jelentenek, de csak akkor szolgáltatnak valid eredményeket, ha reprezentatív mintákat kapnak mind a kalibráció, mind a normál üzemmenet során. Ha fűtött szabályzókat folyadék közegre alkalmazunk, létfontosságú felmérni, megjelenhet-e frakcionáció, párolgás vagy kondenzáció a mintában, és ezen hibák összessége hogy hathat az eredményekre.
Ilyen esetekben a legdrágább mérőrendszert is túszul ejtheti egy egyszerű fűtött szabályzó. A területen felgyülemlett tudás, párosítva a korszerű megmunkálási technológiákkal lehetővé teszi azokat a kialakításokat, amik sokkal alkalmasabbak folyékony szénhidrogén-alkalmazások kiszolgálására, miközben a termék csomagolás és integrálás szempontjából mit sem változott.
Lemar Wright videósorozata a nyomáshatárolókról: 9. rész
A Pressure Tech mérnöke, Lemar Wright (angol nyelvű) videósorozatban magyarázza el a nyomásszabályzók működését, tisztán és közérthetően, az egyszerű megértésért:
A sorozat során számos, a nyomáshatárolókkal kapcsolatos fogalommal ismerkedhettünk meg. A legfontosabb dimenziók meghatározásán túl láttunk már példát arra, hogyan változhat nemkívánt módon az alvíz oldali nyomás, ha az üzemeltetés során pl. szennyező kerül a szelepbe. Más esetben is tapasztalhatjuk azonban a kilépő nyomás növekedését, melyet megfelelő kiválasztással ellensúlyozhatunk. Esett már szó a kiegyensúlyozott szelepekről, most következzen egy, a gyakorlatban sűrűn előforduló alkalmazási példa:
Mi a „decaying inlet” (lecsengő nyomás) effektus?
Mi a „decaying inlet” (lecsengő nyomás) effektus?
Amennyiben az Ön alkalmazásában fontos, hogy a kilépési nyomás állandó értéket tartson, fontos a csökkenő belépés hatásának megértés, és a megoldás lehetőségeinek ismerete. Ha a nyomásszabályzót olyan forrás után építjük be, melynek nyomása folyamatosan csökken – mint például egy gázpalack – akkor tapasztalhatjuk, hogy a kilépési nyomás a felvíz oldali nyomás csökkenésével arányosan nő.
A szabályzót egy adott belépő-kilépő nyomáspárra állítjuk be, ekkor a rá ható erők egyensúlyban vannak. Ez az egyensúly borul fel a felvíz oldali nyomás csökkenésével. Az erőegyensúly helyreállásához ekkor a kilépési nyomás növekedésére van szükség, hogy a szelep újra egyensúlyba kerüljön.
Lemar Wright videósorozata a nyomáshatárolókról: 8. rész
A Pressure Tech mérnöke, Lemar Wright (angol nyelvű) videósorozatban magyarázza el a nyomásszabályzók működését, tisztán és közérthetően, az egyszerű megértésért:
Még egy megfelelően méretezett és kiválasztott nyomásszabályzó életciklusa alatt is felléphetnek bizonyos problémák. Egy ilyen elem első és legfontosabb célja, hogy stabil kilépő (avagy alvíz oldali) nyomást tartson, egyrészt az üzembiztonság, másrészt az oda beépített komponensek védelmének érdekében.
Az alábbiakban egy jellegzetes, üzemeltetésből adódó hibajelenséget mutatunk be, mely éppen ezt a kulcsfontosságú funkciót érinti.
Mit értünk „kúszás” (creep) alatt?
Mit értünk „kúszás” (creep) alatt?
Egy másik, az iparágban gyakran megjelenő kifejezés a „creep”, vagyis kúszás, melynek megértése szintén elengedhetetlen. Jelentése, hogy a kilépő oldali nyomás lassan növekszik a szabályozó zárt állásában. Ez valamilyen belső szivárgásra utal, és a nyomásszabályzó azonnali javítását teszi szükségessé.
Több faktor is okozhat efféle kúszást, de tapasztalatunk szerint 100 esetből 99-ben az ok valamilyen, felvíz oldalról bejutó szennyeződés. Éppen ezért számos szabályzónkat már eleve beépített szűrővel forgalmazzuk, ha ennek hiányában mindenképpen ajánlott egy külső szűrő beépítése. A szennyezők miatt megsérülhet a szelepülék, vagy a fő szeleptest, ami lehetetlenné teszi a sikeres és teljes zárást. Ha nem teszünk ellene, a kilépési nyomás be fog állni a belépő oldali nyomás szintjére.
A nyomásszabályzó alvíz-oldalára minden esetben ajánlott egy biztonsági nyomáshatároló beépítése. A nyomásszabályzókat tilos elzárószelepként beépíteni!
Amennyiben már a kiválasztás során megosztja velünk a rendszer architektúrájára, a felhasznált közegre, leválasztókra, szűrőkre vonatkozó információkat, segíthetünk elkerülni, hogy olyan üzemi körülmények alakuljanak ki, melyek növelik a creep bekövetkezésének kockázatát.
Ha Ön ilyen jelenséget tapasztal a rendszerében, vagy biztosra akar menni ennek kiküszöbölésében, segítünk Önnek megoldani!
https://scabex.hu/wp-content/uploads/2024/10/lemar_8_index.png9461262Fülöp Csaba/wp-content/uploads/2024/07/scabex-logo-exp-598x160-1.pngFülöp Csaba2024-10-30 07:50:002025-04-27 16:36:35Creep: az alvíz oldalra „bekúszó” nyomás
Lemar Wright videósorozata a nyomáshatárolókról: 7. rész
A Pressure Tech mérnöke, Lemar Wright (angol nyelvű) videósorozatban magyarázza el a nyomásszabályzók működését, tisztán és közérthetően, az egyszerű megértésért.
Az eddigi részekben átteknitettük a kiválasztás és méretezés lépéseit, illetve hogy miért fontos elkerülni a fojtott áramlást. Van azonban még egy fontos effektus, melyet számításba kell vennünk.
Mi az a Joule-Thomson hatás?
Mi az a Joule-Thomson hatás?
Ha egy jégtömbbé fagyott nyomásszabályzóval találkozunk, első kézből láthatjuk a Joule-Thomson hatás fizikai megjelenését. Ez az effektus – vagy más néven Joule-Kelvin hatás – azt a törvényszerűséget írja le, hogy egy szűkületen, esetükben szelepen, átáramló gáz a környezetével való hőcsere híján – azaz hőszigetelt térben – hőmérséklete hogyan változik meg. Minthogy a nyomáshatárolókban a gáz éppen ilyen szűk keresztmetszeten, magán a szelepen áramlik át, ez a hatás igen erőteljesen érvényesül.
Ahogy a gáz ezt követően kitágul, a hőmérséklete vagy növekszik, vagy csökken, a kiindulási hőmérséklettől és nyomástól, valamint a gáz anyagjellemzőjének függvényében. A legtöbb gáz tágulása során lehűl, kivéve a hidrogént és héliumot, melyek éppen hogy felmelegednek. Ugyanez a jelenség játszódik le, mikor például egy dezodor kifújásakor annak doboza egyre hűsebb lesz a kezünkben.
Ahhoz, hogy egy, a berendezésünkön áthaladó közeg hőmérsékletét szabályozni tudjuk, és hogy stabil munkapontot tarthassunk, a Joule-Thomson hatás megértése elengedhetetlen. A nyomás- és hőmérsékletviszonyok beállításával, valamint fűtött szabályozóink alkalmazásával elérhető, hogy a szelepet elhagyó gáz nyomása és hőmérséklete a megengedett értékek között maradjon. Hogy meghatározzuk, hogy a szabályzónak milyen extra alkotóelemekkel kell ehhez rendelkeznie, mindenképpen számításba kell vennünk a Joule-Thomson effektust.
A képen egy LF540-es látható, amit CO2 nyomásának csökkentésére használnak. Ahogy a gáz tágul, a szabályzó olyan mértékben hűl le, hogy a környező levegő páratartalma a felületén megfagy. Noha ez a jelenség a felhasználó számára aggasztó lehet, ebben az esetben a szabályzó abszolút hibamentes működött, 500 000 szabályzási ciklust valósítva meg három hét alatt.
Ha segítségre van szüksége a Joule-Thomson hatással kapcsolatban, és hogy hogyan befolyásolja ez az Ön szabályzójának működését, keressen minket bizalommal!
https://scabex.hu/wp-content/uploads/2024/10/lemar_7_index.png718753Fülöp Csaba/wp-content/uploads/2024/07/scabex-logo-exp-598x160-1.pngFülöp Csaba2024-10-23 07:50:002025-04-27 16:35:12Miért fagy le a nyomásszabályzó: a Joule-Thomson hatás
