انرژیکس (EnergX) - برای طراحی معتبر ترموول (Thermowell) مطابق با شرایط فرآیندی، کد آزمون عملکردی یا (Performance Test Code - PTC) شماره 19.3 توسط انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME) توسعه داده شد. طبق این کد، قبل از پیشنهاد هر ترموولی که از یک میل‌گرد یکپارچه (بدون هیچ نوع جوشکاری) ساخته شده باشد، باید محاسبه‌ای به نام WFC یا «محاسبه فرکانس گردابه‌ای» (Wake Frequency Calculation) انجام گیرد. این محاسبه الزامی است و براساس آن، ابعاد ترموول شامل قطر ریشه، قطر نوک، طول غوطه‌وری، نوع اتصال فرآیندی، ضخامت نوک و قطر داخلی، مشخص می‌شود.

نسخه‌های مختلف کد ASME

استاندارد ASME سه نسخه از این کد را معرفی کرده است:

نسخه اول در سال ۱۹۷۴ تدوین شد. در سال ۱۹۹۵، یک حادثه جدی نشت سدیم در نیروگاه هسته‌ای مونجو در ژاپن رخ داد که باعث متاثر شدن تولید برق به مدت ۱۵ سال شد. نشت سدیم از لوله اصلی سامانه انتقال حرارت ثانویه (SHTS) در راکتور سریع‌العمل (FBR) ناشی از خرابی ترموول در حین کار بود. این ترموول بر اثر خستگی سیکلی شدید آسیب دیده بود. ارتعاشات ناشی از جریان سیال و پدیده رهاسازی گردابه (Vortex Shedding) عامل اصلی تنش‌های تناوبی روی ترموول بودند.

در سال ۱۹۹۹ مشخص شد که طراحی‌های ترموول بر اساس استاندارد ۱۹۷۴ دیگر برای کاربردهای بخار قابل اتکا نیستند و ممکن است به شکست‌های فاجعه‌بار منجر شوند.

نسخه دوم در سال ۲۰۱۰ ارائه شد که در آن ارزیابی نیروهای ناشی از فشار خارجی فرآیند و ترکیب نیروهای استاتیکی و دینامیکی گنجانده شد.

نسخه سوم (۲۰۱۶) آخرین و معتبرترین نسخه است که در سطح جهانی پذیرفته شده است. این نسخه شامل محاسبات فرکانس گردابه‌ای، تنش‌های استاتیکی و دینامیکی، و فشار هیدرواستاتیکی است.

بخوانید: زمان پاسخ‌دهی ترموول، پروفیل ساقه و ملاحظات ارتعاشی

پارامترهای ورودی برای محاسبه WFC

• دمای طراحی
• فشار طراحی
• سرعت سیال
• چگالی سیال
• ویسکوزیته
• نوع سیال
• طول غوطه‌وری ترموول
• ارتفاع و قطر نازل

نتایج این پارامترها به صورت محاسبات فرکانس گردابه‌ای ثبت می‌شوند که تحت تأثیر نیروهای مختلف بر ترموول هستند.

فرآیند طراحی ترموول و محاسبه فرکانس گردابه‌ای

طبق ترموول، فرآیند طراحی و محاسبه WFC برای هر ترموول مطابق با استاندارد ASME PTC 19.3-2016 باید انجام شود.

در چه مواردی WFC لازم نیست؟

در کاربردهای کم‌سرعت (زیر 0.5 متر بر ثانیه) معمولاً نیاز به محاسبه WFC نیست.

مواردی که WFC اعمال نمی‌شود:

اگر ترموول شامل لوله، اتصال جوشی، هرگونه پوشش یا رنگ، سطح زبر یا طوقه (collar) باشد، WFC براساس استاندارد ASME قابل اعمال نیست. فقط ترموول‌هایی که از میل‌گرد یکپارچه و بدون جوش ساخته شده‌اند، واجد شرایط WFC هستند.

اقدامات اصلاحی در صورت عدم موفقیت در WFC

برخی از اقدامات اصلاحی در صورت عدم موفقیت در محاسبه فرکانس گردابه‌ای عبارت‌اند از:

• افزایش قطر ریشه و نوک ترموول، با رعایت تطابق با قطر داخلی نازل فرآیندی.
• کاهش طول غوطه‌وری، با در نظر گرفتن قرارگیری مناسب بین یک‌سوم تا دوسوم قطر داخلی خط فرآیند برای سنجش دقیق.
• تغییر ضخامت نوک و قطر داخلی ترموول (ترموول‌های ضخیم‌تر با قطر داخلی کمتر نسبت به ترموول‌های با قطر داخلی زیاد ترجیح دارند).

اگر با اعمال سه روش بالا، همچنان محاسبات WFC موفق نباشد، باید طراحی ترموول تغییر کند. در این صورت می‌توان از طوقه‌های سرعت (Velocity Collar) یا طراحی مارپیچی (Helical) استفاده کرد.

ترموول‌های مارپیچی ارتعاشات را تا ۹۰٪ کاهش می‌دهند. امروزه استفاده از ترموول‌های مارپیچی بسیار رایج شده و استفاده از طوقه‌های سرعت به‌دلیل محدودیت‌های ASME کمتر توصیه می‌شود.

بخوانید: طراحی بهینه ترموول برای سنسورهای دما در خطوط تولید لبنیات

انواع طراحی‌های ویژه برای کاربردهای بحرانی

ترموول فلنجی با طوقه سرعت

ترموول‌های مارپیچی از جنس یکپارچه ماشین‌کاری‌شده

جمع‌بندی

پیش از ساخت هر ترموول میل‌گردی، انجام آنالیز ارتعاشی از طریق محاسبه فرکانس گردابه‌ای بر اساس استاندارد ASME PTC19.3-2016 الزامی است. طراحی مطمئن تنها زمانی معتبر است که ترموول در این آزمون موفق شود.

هرگز نباید ترموولی را بدون انجام محاسبات فرکانس گردابه ای (WFC) نصب کرد.

اقدامات اصلاحی شامل کاهش طول ترموول، افزایش قطر متناسب با نازل و استفاده از یقه سرعت است. طراحی مارپیچی ویژه برای کاربردهای بحرانی نسبت به ترموول‌های معمولی عملکرد بسیار بهتری دارد و از نظر ایمنی و دوام تأیید شده است.

منبع

در ادامه بخوانید: روش ساخت ترموول چیست؟