Bejegyzések

Mostoha környezetben: korrózióálló szelepek

Angol partnercégünk, a Pressure Tech, széleskörű tapasztalattal rendelkezik az offshore, tengeralatti és egyéb, sós víznek és levegőnek kitett alkalmazásokban, mivel nyomásszabályzóik régóta nagy népszerűségnek örvendenek az olajiparban. Látni fogjuk azonban, hogy a korrózióálló kialakítás nem csak ezekben a – Magyarországról nézve – niche alkalmazási környezetekben lehet előnyös, sőt: elengedhetetlen.

A Pressure Tech szelepei korrózióálló kivitelben is elérhetőek.

Környezeti kihívások

A tengervíz közeg páratlan kihívás elé állítja a nyomásszabályzókat és egyéb műszaki eszközöket. A magas kloridszint meggyorsítja a korrózió kialakulását, az üledék, szerves szennyezők bejutása károsítja a belő részeket. A hőmérséklet ingadozása negatív hatással lehet a tömítettségre. Ráadásul ezekben az alkalmazásokban (kiváltképp a tengerszint alatt vagy offshore eszközökön) a karbantartás nehézkes, hiszen a hozzáférés korlátozott, a leállás pedig komoly bevételkieséssel jár.

A káros környezeti hatások ezen kombinációja természetesen nem csak a tengeri közegek sajátja. A papíriparban, vegyiparban, mezőgazdasági üzemekben szintén bőven találunk olyan feladatokat, melyek csak korrózióálló anyagok alkalmazásával valósíthatóak meg. Ha a tervezés nem kellően körültekintő, az szivárgáshoz, ingadozó nyomásszintekhez vagy akár végleges és teljes tönkremenetelhez is vezethet.

Ugyanakkor a megoldás jóval összetettebb annál mintsem, hogy kinézünk a katalógusból egy korrózióálló acélt, és rábökünk, hogy ebből készüljön a szelepház. A teljes élettartam során kielégítő üzembiztonságot csak körültekintő mérnöki munkával, a közeg, az üzemi körülmények és az áramlási jellegzetességek ismeretében tudjuk biztosítani.

Az első lépés: korrózióálló anyagok

Az olyan környezetekben, ahol a szabályzó fokozott korróziós terhelésnek van kitéve, főleg két, nagyszilárdságú anyag jön szóba:

  • A 316L rozsdamentes acél, mely a legkézenfekvőbb választás, megfelel számos nedves, vizes, tengervizes közegre
  • Titánium, mely kiemelkedő rozsdamentességén túl szilárdságával is kiemelkedik, ha a mechanikai terhelések is nagyobbak a szokásosnál

Természetesen a belső tömítéseknek is ellen kell állniuk az agresszív közegeknek, kompatibilisnek kell lenniük a szabályozni kívánt folyadékkal/gázzal.

A kiválasztás főbb pontjai

Íme a főbb pontok, melyeket egy korrózióálló szelep kiválasztásakor, méretezésekor szem előtt kell tartanunk:

  • Megbízhatóság: olyan konstrukciót kell választanunk, mely a közeg hatásain kívül a nagy nyomás- és hőmérsékletingadozásnak is ellenáll.
  • Tömítés: különösen vízalatti alkalmazásoknál nagyon sok múlik a ház tömítettségén, megakadályozandó a vízbetörést
  • Áramlási és nyomásviszonyok: a szelepnek természetesen tudnia kell biztosítania a szükséges átáramlást (lásd korábbi bejegyzésünk)
  • Automatizálás és felügyeleti rendszerek: a szabályzó természetesen nem különálló elem, olyan kialakítást kell választanunk, mely könnyen integrálható a felügyeleti- és irányítórendszerünkben (pl. SCADA)
A Pressure Tech szelepeinek összeszerelése angliai üzemükben. A korrózióállóság egyik fő szempontja az anyagválasztás.

A kiválasztás menete

Akár korrózióálló, akár általános felhasználású nyomásszabályzót méretezünk, a következő lépéseken célszerű végigmenni:

  1. Definiáljuk pontosan a követelményeket! (Nyomástartomány, üzemi hőmérséklet, közeg, térfogat- vagy tömegáram)
  2. Anyagválasztás. Nem csupán korrózióálló anyagot kell választanunk, de ügyelnünk kell a kémiai (esetleg biológiai) kompatibilitásra az ülék, tömítés stb. esetében is.
  3. Nyomásszabályzó típusának kiválasztása.
    • Rugóterheléses, mely egyszerűen és pontosan beállítható az alkalmazásához.
    • Membrános: a droop csökkentése érdekében szoktuk javasolni olyan projektekhez, ahol a térfogatáram nagyon ingadozó.
  4. Válasszuk ki a működtetés módját. Ez nagyban függ a meglévő rendszertől, illetve az üzemi paraméterek változatosságától:
    • Kézi működtetés: egyszerű, költséghatékony, mégis megbízható megoldás olyankor, ha ritkán van szükség utánállításra
    • Elektromos: távvezérlési lehetőséget biztosít, valós időben állítható, integrálható felügyeleti rendszerekbe
    • Pneumatikus: amennyiben van kiépített sűrített levegő-rendszer, gyors reagálást tesz lehetővé biztonságkritikus alkalmazásokban.

Korrózióálló szelepek az Ön projektjéhez

A fenti lépések után már csak a szakértői ellenőrzés és tanácsadás, valamint a beszerzés van hátra. Ezekben a lépésekben örömmel segítünk Önnek, gyors válaszidővel biztosítva partnereink évtizedes szakami tapasztalatát az Ön projektjei számára.

,

Saját kútfőből: olajipari termékek

A Pressure Tech, noha elkötelezett úttörője a zöld átállásnak, amit H2-re optimalizált termékportfóliójuk folyamatos fejlesztése is bizonyít, nagy múlttal rendelkezik az olaj- és gázipar területén. Az egész világon ismertek és keresettek termékeik magas minőségüknek és személyreszabhatóságuknak köszönhetően.

Olaji- és gázipari kútfej, valamint a szelepekt tartalmazó karácsonyfa
A kép forrása: https://www.cdiproducts.com/blog/wellhead-christmas-tree

Kritikus elem: a kútfej

Az olajipari kútfej egy biztonságkritikus, automatizált rendszer, melyeket földgáz és kőolaj kitermelésnél telepítenek a kutak hozamának mérésére, szabályozására vagy elzárására. A szénhidrogének kiáramlását úgy vezérli, hogy ezzel biztonságos üzemet biztosítson a fúrás, kitermelés és bármilyen beavatkozás fázisában. Olykor roppant mostoha környezeti körülmények között működnek, és a lelkük a megfelelően kiválasztott nyomásszabályzó.

A kútfej telepítése közvetlenül a megfúrás után történik. Erre a hegesztett szerkezetre kerül az ú.n. karácsonyfa, mely nevét – találóan – formája után kapta. Ez egy szigetelő- és fojtószelepekkel ellátott, bonyolult hidraulikai szerelvény, mely a követklező feladatokat valósítja meg:

  • Nyomáscsökkentés (fojtás)
  • Térfogatáram-szabályzás
  • Vegyszerinjektálás
  • Biztonsági funkciók
  • Csatlakozási pont a felügyeleti- és mérőberendezésekhez

Megtaláljuk őket tengeri (offshore) és szárazföldi fúrásokon is.

Könyörtelen körülmények

Az üzemi környezet komolyan próbára teszi ezeket a berendezéseket. Szélsőséges hőmérséklet, korrozív közeg és magas nyomás jellemzi a működési körülményeiket. A beépített szabályzóknak hosszú időn keresztül ellen kell tudniuk állni ezeknek a hatásoknak, úgy, hogy szabályozási pontosságuk az élettartam alatt nem romlik.

A stabilitás, kiszámítható működés elsődleges szempont. A droop, hiszterézis vagy éppen a munkapont megváltozása mind kockára tehetik a kútfej biztonságos működését. Éppen ezért nagyon precíz, pontosan reprodukálható áramlási görbéjű szabályzókra van szükség, minimális belső szivárgással, hogy a rendszer integritását garantálni lehessen.

A Pressure Tech kipróbált termékei

Angol partnercégünk szelepei ezen követelményeket szem előtt tartva készülnek. Mindegy, hogy sarkvidéki, sivatagi vagy offshore környezetben működik a kútfej, az anyagválasztás – általában 316-os rozsdamentes acél vagy Inconel – tartósan ellenáll az igénybevételnek.

Például az LF690,  melyet elsősorban víz alapú (pl. víz-glikol) alkalmazásokhoz ajánlanak. Az egyedülálló ülék-kialakítás megakadályozza, hogy a hosszú vezetékeken oly jellemző “chatter” kialakuljon, az ú.n. “captured vent” pedig védi a terhelésért felelős részeket a kopástól, így hosszabbítva meg a szerviz periódust. Ha a szelep közvetlenül szénhidrogén közeget szabályoz, a HYD691-t ajánlják, mely az LF690 egy speciális változata.

Pressure Tech LF690, kifejezetten olajirai kútfej alkalmazáshoz

A Pressure Tech strapabíró, megbízható és alacsony karbantartási igényű szelepei megfelelnek az API 6A és ISO 10423 által támasztott előírásoknak, illetve számos opcióval szabhatóak az adott projekt követelményeihez (úgy mint alacsony-hőmérsékletű elasztomerek, NACE-megfelelőség és panelre szerelhető változatok). 

Ha Önnek is szüksége van egy megbízható, pontos és rendkívül ellenálló szabályzóra – akár olajipari kútfej, akár más mostoha körülmények közé – szívesen állunk rendelkezésére!

Eredeti hír: https://www.pressure-tech.com/?page=news&id=254&y=0000

,

Nyomásszabályzók egy biztonságos infrastruktúráért

Hidrogén töltőállomás Lengyelországban
A kép forrása: https://wodnesprawy.pl/en/hydrogen-stations-in-poland-are-we-facing-a-fuel-revolution/

A zöld átállás megvalósításához a közlekedésben elengedhetetlen, hogy minél több hidrogén töltőállomás (HRS) álljon rendelkezésre. Csak akkor remélhetjük ennek a meghajtásnak a tömeges elterjedését, ha mindenki számára könnyen hozzáférhető, biztonságos infrastruktúra épül ki. Minthogy ezeken a kutakon a H2-t 700 baros nyomáson tárolják, a nyomásszabályzás abszolút kritikus pontja a megbízható működésnek.

A nyomásszabályzás kihívásai

Nézzük is meg, milyen szerepet töltenek be! A nyomásszabályzók elsődleges célja, hogy a hidrogén töltőállomás nagy nyomáson tárolt gázát a jármű rendszeréhez (általában 350 bar) igazítsák, azt állandó értéken tartsák, illetve védjék az alvíz oldali alkatrészeket. Nélkülük túlnyomás alakulna ki, mely a töltendő jármű meghibásodásához vezetne. Ahogy a világ országai egyre komolyabb erőfeszítéseket tesznek a hidrogén-átállás elősegítésére, úgy növekszik az igény a megbízható, magas minőségű szelepek iránt.

A Pressure Tech portfóliójának éppen ezért immár szerves részét képezik a kifejezetten hidrogénüzemre kifejlesztett termékek. A H2 gáz számos olyan tulajdonsággal rendelkezik, melyek tárolását és szabályozását különleges mérnöki kihívássá teszik. Az alkatrészek és a szeleptest anyagát úgy kell megválasztani, hogy azok kompromisszum nélkül, egész élettartamuk során ellenálljanak a hidrogén-ridegedés hatásának.

Hidrogén-ridegedés mechanizmusai

Ez a mechanizmus, mely a metallugriából ismert, ugyanúgy fennáll egy hidrogén töltőállomás, mint például egy H2 meghajtású drón esetében. Elsősorban az acélokat érinti, és többféle hatásmechanizmusa ismert:

  • Belső feszültségek megjelenése: magas koncentráció esetén (mint például egy hidrogén töltőállomás rendszerében), a molekularácsok üregeiben H2 molekulák képződnek. Ezek csökkentik a rugalmasságot és a szakítószilárdságot.
  • Hidrogén okozta lokális képlékenység (HELP): ennek hatására lokális repedések alakulnak ki az anyagban, melyek rideg töréshez vezetnek.
  • A H2 akadályozza a mikrorepedések végének lekerekedését, így azok az éles sarkokból továbbterjedhetnek. Ez ismét csak az acél rideg viselkedéséhez vezet.
  • Hidrogén kiváltotta dekohézió (HEHE): főleg a feszültséggyűjtő helyek közvetlen közelében alakul ki, csökkentve a fémes kötések ellenállóképességét.
  • Fém-hidridek kialakulása: az erre fogékony ötvözetekben rideg ionos vegyületek képződnek, különösen a vanádium tartalmú fémek hajlamosak rá.
  • Fázisátalkulások: nem kívánt, kevéssé rugalmas zárványok alakulhatnak ki az acélban.
Hidrogén töltőállomás egyszerűsített működési ábrája
A kép forrása: https://www.ormazabal.com/en-gb/what-are-hydrogen-filling-stations-and-how-do-they-work-2/

A megoldás, nem csak hidrogén töltőállomás alkalmazáshoz

Angliai partnerünk, a Pressure Tech többéves tapasztalattal bír a H2 berendezések tervezésében, szelepeiket állandóan fejlesztik, illetve PMI tesztelésnek vetik alá, hogy meggyőződjenek róla, valóban minden alaktrészük ellenáll a hidrogén-ridegségnek. Tömítéseiket szintén úgy választják meg, hogy szivárgásmentes rendszert alakítsanak ki, melyet természetesen tanúsítványokkal is igazolnak.

Az OEM-ek és a hidrogén töltőállomás fejlesztő cégek szívesen fordulnak partnercégünk mérnökeihez, hogy a növekvő infrastruktúra által támasztott igényeket kielégítsék. A megfelelő szabályzó kiválasztása nem csak az optimális teljesítmény miatt fontos: védelmet nyújt a felhasználó, a berendezés és a befektetés számára is. 

Ha az Ön projektjében is megbízható és pontos hidrogén-szabályozásra van szükség, lépjen kapcsolatba velünk!

Eredeti hír: https://www.pressure-tech.com/?page=news&id=252&y=0000

,

Laboratórium körülmények: mintavétel pontosságának javítása

A feladat: gázanlitikai mintavétel

Legyen szó akár ipari, in-situ vagy kutatási laborról, a pontosság mindenek felett álló kritérium. A gázkromatográfia, spektroszkópos vizsgálat, illetve számos más kutatási, gyógyszeripari és egyéb gáz-analitikai folyamat alapfeltétele, hogy a minta nyomása stabil legyen, az áramlási jellemzők pedig hibátlan ismételhetőséggel reprodukálhatóak.

Az analitikai mérőberendezések többnyire állandó, alacsony nyomású gázra tervezett, rendkívül érzékeny berendezések. A mintavétel s ezzel a mérés pontossága, illetve ezen drága eszközök védelme a felvíz oldali nyomásszabályzón áll, vagy bukik.

Méretezés és mintavétel

A berendezést tervező, üzembe helyező mérnököknek többek között a következő szempontokat kell szem előtt tartaniuk: 

  • a kilépési nyomás szabályozásának pontossága
  • anyag-kompatibilitás
  • Belső térfogat
  • Kondenzáció veszélye a mintában
  • Üzemeltetés és szervízigény

Például egy rozsdamentes acél szabályzó alacsony térfogatával hozzájárul a minta tartózkodási idejének csökkentéséhez, javítja a válaszidőt, ami különösen fontos, ha korrozív vagy reaktív gázokkal dolgozunk. Ha károsanyag-kibocsátást szeretnénk mérni, a mintavétel során fellépő legkisebb szennyeződés, kondenzáció is hibás értékekhez, vagy – rosszabb esetben – a mérőberendezés meghibásodásához vezethet.

DF1034 kétlépcsős szbályzó

Két lépcsőben a tökéletes szabályozásért

A Pressure Tech mérnökei a fenti szempontokat mérlegelve gázanalitikai projektekhez általában kétlépcsős szabályzókat ajánlanak. Ezek a nyomást nem egy lépcsőben csökkentik, így még a belépési nyomás csökkenés esetén is – például ha a gázpalack kezd kiürülni – stabil kilépési nyomást és megbízhatóan ismételhető áramlási képet adnak. 

Ezek a szabályzók minimálisra csökkentik a “droop” kialakulásának esélyét, pontosságukat minden utánállítás nélkül, hosszú ideig megőrzik. Ez különösen előnyös olyan méréseknél, melyek hosszú ideig futnak felügyelet nélkül. 

A megrendelő számos opcióval optimalizálhatja és szabhatja projektjéhez a szelepeket: PTFE vagy PCTFE ülékek, különböző felületi megmunkálások beépített szűrők állnak vevőink rendelkezésére. Alacsony belső térfogatú, pontos és szivárgás-biztos szabályzóink elérhetőek 316-os rozsdamentes acélból, Inconel x750 membránnal, így biztosítva, hogy a mintavétel bármilyen alkalmazáshoz megfelelő legyen.

A mintavétel integritása: fűtött szabályzók

Ha a mérni kívánt gázban fennáll a kondenzáció esélye, az komoly kockázatot jelent a minta összetételére, ezzel pedig a mérési pontosságra. Biztosítani kell tehát, hogy a gáz eredeti állapotában marad, sem lecsapódás, sem felületi adszorpció nem történik benne.

Pressure Tech fűtött szabályzók gázanalitikai mintavétel alkalmazásokhoz

A Pressure Tech fűtött szabályzóinak tervezésekor megalkuvást nem ismerő teljesítmény és pontosság voltak a vezérlőelvek. A beépített fűtőelemek biztosítják a hőmérséklet egyenletes szabályozását, míg a nagy gonddal kiválasztott acél és elasztomer anyagok minden gázzal kompatibilisek, légyen az bármilyen korrozív. 

A PID szabályzó nem csak a minta ismételhetőségét biztosítja, hanem védi a berendezést a lefagyás, vagy a túlzott nyomásesés ellen is. A mintavétel folyamatában a fűtött szabályzó nem csak a minta minőségéért felel: segít betartani a pontossági, hatékonysági és törvényi előírásokat.

A megfelelő szabályzó kiválasztása több, mint áramlástechnikai kérdés: ugyanígy szól az adatok, a berendezések és a cége jóhírének védelméről is. Ha Ön is szeretné új szintre emelni a gázanalitikai mintavétel minőségét alkalmazásaiban, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk!

Erdeti hírek:

https://www.pressure-tech.com/?page=news&id=256&y=0000
https://www.pressure-tech.com/?page=news&id=253&y=0000
https://www.pressure-tech.com/?page=news&id=255&y=0000

,

Ha szelep oxigén közeghez, akkor MF300

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.

Az MF300 széria alapszelepei, különböző anyagokkal és beállítási lehetőségekkel

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.

MF301T szelep oxigén közegű alkalmazásokhoz

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.

MF301D a széri a legújabb tagja

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!

,

Esettanulmány: a szelep Cv értékének szerepe méretezésnél

Seetru biztonsági szelepek

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. 

Ha Önnek is segíthetünk kiválasztani a projektjéhez megfelelő szabályzót, lépjen kapcsolatba velünk!

,

A legfontosabb ismeretlen: átfolyási tényező a méretezésben

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. 

Szelep CFD szimulációja
A kép forrása: https://www.simscale.com/docs/simwiki/cfd-computational-fluid-dynamics/valve-flow-coefficient/

Az átfolyási tényező definíciója

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:

Képlet az átömlési tényező átszámolásáshoz más anyagra

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. 

LF311: alacsony átömlésű tényezőre tervezett szelep
HF300: magas átömlési tényezőre tervezett szabályzó
A Pressure Tech LF311 (alacsony átömlésű) és HF300 (magas átömlésű szelepei). Hasonló nyomásviszony, elétrő design.

Az áramlás jellege

Az átömlési tényezőt döntően befolyásolja, hogy milyen áramlás alakul ki a szabályzóban a megadott körülmények mellett. Két fő tulajdonságot kell figyelembe venni: fojtott-e az áramlás (az ipari gyakorlatban ezt a méretezés során igyekeznek elkerülni, de természetesen adódhat olyan alkalmazás, mikor erre nincs lehetőség), illetve turbulens-e az áramlás.

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!

A borítókép forrása: https://www.simscale.com/docs/simwiki/cfd-computational-fluid-dynamics/valve-flow-coefficient/

Szabadalmaztatott megoldás a gyors és pontos töltésért

A Pressure Tech DF1034 szelepének bemutatása

Egy Presuure Tech DF1034 bemutatása

Az alábbiakban a Pressure Tech DF1034-es, kettős átáramlású szelepét mutatjuk be. A víz és glikol alkalmazásokra fejlesztett eszköz rövid töltési időt, de pontos nyomásszabályozást biztosít, hosszú élettartam mellett.

A DF1034 két fő szeleptestből és ülékből áll, a nagyobb átömlésű 1.5-ös, a kisebb 0.06-os Cv értékkel rendelkezik.Gyárilag a biztonságos,  u.n. “Captured vent” leeresztéssel szerelik. A kisebb áramlásra tervezett szelep teljes egészében a nagyobb áteresztőképességű szabályzó elem belsejében helyezkedik el.

Az üzem kezdetén, mikor a vezetékek feltöltése nagyobb térfogatáramot igényel, a droop hatás miatt a nyomásérzékelő elem a löketének maximumán nyit, ekkor az átömlési keresztmetszet maximális. Ahogy a kilépő oldali nyomás közelít a beállított értékhez, a droop hatása egyre csökken, és vele együtt az érzékelőelem lökethossza is: a külső, nagyobb szelep zárni kezd. A kisebb, 0.06-os Cv-jű belső szelep ekkor még teljesen nyitott állapotban van. Ez a szelep – kisebb keresztmetszetével – gyakorlatilag egy finomhangolásként szolgál, biztosítja, hogy pontosabban beálljon a kívánt nyomás. Amint ezt eléri a rendszernyomást, mindkét szelep teljesen bezár.

Az egyedülálló kialakítás lehetővé teszi a gyors és pontos szabályzást, akár változó áramlási viszonyok között is, valamint megakadályozza a más konstrukcióknál gyakori instabil rezgéseket. A dinamikus, többlépcsős kialakítás lehetővé teszi a különböző térfogatáramok közötti sima váltásokat és védi a szelepet a nagy nyomáskülönbséggel járó üzemállapotokban. A nagyobb (1.5-ös Cv-jű) szelep kiegyensúlyozott, így a szabályozás még az üzem kezdetén is egyenletes. A kerámia ülékek ellenállnak a kavitációnak, és tökéletes zárást biztosítanak (positive shutoff).

Összefoglalva tehát három fő működési módot különböztethetünk meg:

Teljesen nyitott állapot: mindkét szeleptesten átáramlás.

1.
A szelepen eső nyomáskülönbség magas. Ekkor mind a nagy- mind a kis szelep teljesen nyitott állapotban van. Ekkor az átáramlás a lehető legnagyobb, és a töltési idő minimális.

Finom szabályzás: a nagyobb szelep zárva, a kisebb nyitva.

2.
Ahogy az alvíz oldali nyomás növekszik, az érzékelőelemre ható erő egyre nő, míg el nem éri azt a pontot, ahol a nagyobb szelep zár. Ekkor az alacsonyabb kapacitású szelep veszi át a szelepet, és szabályozza az alacsony térfogatáramú töltést.

Teljesen zárt állapot: a beállított nyomásérték tartása.

3.
Amint a kívánt beállítási pontot elérjük, a kisebb szelep is zár, a nyomásban jelentkező esetleges fluktuációk simításáról a beépített leeresztő funkció gondoskodik.

Amennyiben a termék felkeltette érdeklődését, vagy kérédse merül fel lépjen kapcsolatba velünk!

Angol nyelvű, videós bemutató:

V

,

Állandó nyomás: hogyan tartsuk stabilan a kilépő oldalt?

Lemar Wright videósorozata a nyomáshatárolókról: 9. rész

A Pressure Tech mérnöke mutatja be a decaying inlet ("lecsengő nyomás") jelenséget.

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.

Ezt a „libikóka-hatást” több megoldással csökkenthetjük, mint például a kiegyensúlyozott szelep használata, vagy egy kétlépcsős nyomáscsökkentés bevezetése.

Ha az Ön rendszerében is problémát okoz a „decaying inlet” hatás, keressen minket megoldási javaslatokért!

,

Creep: az alvíz oldalra „bekúszó” nyomás

Lemar Wright videósorozata a nyomáshatárolókról: 8. rész

A creep (kúszás) elkerülése nem csak a megfelelő méretezésen múlik: az üzemeltetési körülmények is fontosak.

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!