بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین ابزارهای کاربردی در مجموعههای انتقال سیالات، شیرهای کنترلی میباشند که در مسیرهای مختلف خطوط لوله انتقال نفت و گاز و.… به چشم میخورد. در شیرهای کنترلی مهمترین مسئله، مشخصه جریان بهمنظور دستیابی به کنترلپذیری مناسب شیر، جهت کنترل دبی یا فشار جریان عبوری میباشد. در این مقاله یک شیر کنترلی با مشخصه جریان درصد مساوی مورد تحلیل و شبیهسازی قرارگرفته است. به این منظور یک قفسه را تحلیل کرده و میزان حداکثر ظرفیت جریان آن را در بیشینه بازشدگی و حالت بازشدگیهای بیستدرصدی بهمنظور کسب منحنی مشخصه جریان اخذ میکنیم. دراینبین از نرمافزار سایز کردن شیر کانوال1 و نرمافزار تحلیل سیالاتی کاسموس فلوسیمولیشن2 بهره گرفتهشده است تا بتوان پروفیل قفسه شیر کنترلی را طراحی و شبیهسازی کرد.
کلمات کلیدی: شیر کنترلی، کنترلپذیری جریان، تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی، منحنی مشخصه جریان
نکات برجسته پژوهش
· تحلیل منحنی مشخصه جریان در درصد بازشدگیهای شیر کنترلی کروی.
· طراحی قفسه شیر کنترلی کروی بر اساس منحنی مشخصه و میزان دبی عبوری
-1 مقدمه
شیرهای کنترلی بهصورت وسیعی درزمینههای مختلف صنعتی ازجمله صنایع نفت و گاز، نیروگاهها، پتروشیمی و سامانههای انتقال آب استفاده میشوند. این شیرها دارای انواع مختلفی میباشند که از آن جمله میتوان به شیرهای نوع کروی1، توپی 2، پروانهای3 و پلاگی4 اشاره کرد. هدف از مدلسازی سیالاتی شیر کنترلی، شبیهسازی رفتار جریان در داخل شیر با استفاده از نرمافزار فلوسیمولیشن و سایز کردن آن توسط نرمافزار کانول است تا به کمک نتایج آن بتوان یک پروفیل داخلی مناسب برای شیر کنترلی بهگونهای طراحی نمود که نرخ جریان خروجی از ناحیهی تریم5 را کاهش بدهیم. بعلاوه با استفاده از مدلسازی میتوان از ایجاد افت فشار بیشازحد در شیر جلوگیری کرد. بهعبارتدیگر استفاده از مدلسازی سیالاتی کمک میکند که بهجای صرف هزینه و وقت زیاد برای انجام آزمایشهای تجربی، رفتار سیال را در داخل شیر پیشبینی کرده و به بهینهسازی پارامترهای طراحی پرداخت. در این مقاله به موضوع میزان کنترلپذیری شیر و منحنی مشخصه جریان توسط تحلیلهای دینامیک سیالاتی پرداختهشده است.
-1-1 تاریخچه
سالمی و همکارانش نیز در سال [5] 1387 با بهینهسازی پروفیل داخلی و قفس شیر و مقایسه با نمونه مشابه یک سازنده، مطلوب بودن عملکرد طرح ارائهشده مشخص گردید و حداکثر اختلاف مشاهدهشده در منحنی عملکرد به میزان 8 درصد بود. صیامی و همکارانش در سال [6] 1386 با طراحی پروفیل داخلی و قفس یک شیر کنترلی و سپس شبیهسازی جریان درون آن و تحلیل نتایج در نرمافزار کاسموس فلو ورکز و همچنین مقایسه با نمونه ساخت شرکت فیشر مقدار جریان را کنترل نمودند و مشخص شد که طراحی انجامشده برای شکل داخلی شیر، مناسب است و قابلیت کنترل دبی با توجه به الگوی مشخصشده را دارا میباشد. خسروی و همکارانش در سال [7] 1389 با بررسی و ساخت یک نمونه شیر کنترلی و آزمودن آن نشان دادند که در طراحی شیرهای کنترلی، طراحی خاصیت جریان برای دستیابی به رفتار مناسب شیر بسیار حائز اهمیت است و با تحلیل طرح حاصل و مقایسه صورت گرفته با شیر کنترلی نمونه ساخت شرکت فیشر، مشخص شد که طراحی انجامشده برای شکل داخلی شیر مناسب است و قابلیت کنترل دبی با توجه به الگوی مشخصشده را دارا میباشد.
محسن بختیاری فرد و همکاران 8] و [9 در سال 1388 به چگونگی استفاده از روابط هندسی برای به دست آوردن دبی عبوری از مقطع کنترلی در یک شیر کنترلی موتور سوخت مایع خاص و سپس بهینهسازی آن با ایجاد کنار گذر داخلی در یک موتور سوخت مایع پرداختند. دیویس [10] با استفاده از روشهای عددی، خواص جریان شیر کنترلی کروی را در حالت خاصیت خطی و درصد مساوی موردمطالعه قرارداد و با مقایسه آن با نتایج تجربی نشان داد که استفاده از CFD در مطالعه جریانهای سهبعدی در شیر کنترلی بسیار مفید است و باعث سادگی مراحل طراحی میگردد. همچنین سالوادور و همکاران [11] با تحلیل یک شیر کنترلی، رفتار جریان داخل شیر را مدلسازی نمودند و با مقایسه آن با نتایج تجربی اعتبار نتایج بهدستآمده از CFD را مورد تأیید قراردادند.
استارز و همکاران [12] نیز با استفاده از نتایج حاصل از CFD به اصلاح شکل ورودی قفس شیر و تغییر در شکل داخلی مسیر جریان پرداختند و ظرفیت جریان عبوری یک شیر کروی خاص را 15 درصد بالاتر بردند. آنها نشان دادند که نتایج پیشبینیشده توسط روشهای عددی تنها درصد با نتایج آزمایشها تفاوت دارد. اکنون در این مقاله با حفظ منحنی مشخصه سعی در تغییر پروفیل قفسه شیر کنترلی شده است و برای تحلیل و طراحی هندسه قفسه جدید نیاز به منحنی مشخصههای مورد تحلیل قرارگرفته و همچنین نتایج حاصل از سایز کردن توسط نرمافزار کانوال که در آن ضرایب معادله منحنی را اخذ کنیم، داریم. لذا این روشی جدید در حل مسئله خواهد بود که تاکنون موردنظر واقع نشده بوده است.
-2 اهداف
اولین هدف پیش رو پس از تحویل پروژه کاهش میزان دبی حجمی عبوری از شیر کنترلی میباشد، که برای رسیدن به این مهم، باید تغییراتی در هندسهی ناحیهی تریم ایجاد کنیم.[17] این تغییرات باید به نحوی باشد که پرسشنامه مشخصات پتروشیمی را رعایت کند و مشخصاتی که آنها از ما خواستهاند را مطابق استانداردهای موجود برآورده کند، مشخصاتی همچون منحنی مشخصه جریان، ظرفیت عبوری از شیر و میزان توانمندی شیر در کنترل و بهینهسازی جریان بر اساس ضرایب تصحیح جریان باید در طراحی جدید لحاظ گردند.
-1-2 مدلسازی شیر کنترلی
شیر کنترلی موردنظر جهت انجام شبیهسازی جریان درون آنیک شیر کنترلی 6 اینچ از نوع کروی با عملگر پنوماتیکی و منحنی مشخصه درصد مساوی در کلاس کاری ANSI 150 بهمنظور کنترل دبی خط لوله بخارآب خروجی از بویلر میباشد که در یکزمان خاص تحتفشار ورودی مینیمم 7/5 bar و ماکزیمم 7/4 barو فشار خروجی مینیمم 7/4 bar و خروجی ماکزیمم نیز 6/6 bar خواهد بود. در این پروژه، به دلیل در اختیار بودن نمونه شیر کنترلی اصلی، طراحی قفسه1 از روش فرایند مهندسی معکوس و طراحی مسیر عبور جریان درون بدنه از روش طراحی مستقیم بهرهگیری شده است. که با توجه به مستندات و استانداردهای مرتبط با شیرهای کنترلی، مقایسه و سپس قفسه آن بهصورت مستقیم با نرمافزار سالیدورکز 2طراحی و مسیر عبور جریان درون شیر پس از چندین مرحله سعی و خطا طراحی گردید.
