بخشی از مقاله
چکیده
نشتی داخلی در یک شیر بسته در پروسه هاي صنعتی باعث هدر رفتن انرژي و توقف در تولید می گردد .دراین مقاله با استفاده از اصول حسگرهاي خازنی ، نشتی در شیر مشخص می شود.با شروع نشتی در شیر ، ظرفیت خازنی سیال درون لوله پایین دست شیر افزایش می یابد که جهت اندازه گیري این تغییرات ،دو صفحه رسانا سیلندر شکل در اطراف و بر روي دیواره خارجی لوله پایین دست شیر نصب می گردد.
تغییرات ظرفیت خازنی بوسیله یک مدار واسطه تبدیل به ولتاژ شده و تغییرات ولتاژ نشان دهنده نشتی در شیر می باشد .در این مقاله مقادیر ظرفیت خازنی به ازائ مقادیر مشخص نشتی براي جریان سیال دو فازي ٢طبقه اي ٣بوسیله روش اجزائ محدود ٤و نرم افزار کامسل مولتی فیزیکس ٥جهت بررسی چگونگی و روند افزایش ظرفیت خازنی ، محاسبه شده است.
-1 مقدمه
تانک بلودان ٦در نیروگاه هاي حرارتی جهت جمع آوري بخارات زیر کش ٧بکار می رود به این تانک تعدادي خطوط لوله متصل بوده که بر روي هر خط لوله یک شیر وجود دارد، چالش تعمیراتی بوجود آمده بالا رفتن سطح تانک بلودان شکل 1 بوده که ناشی از نشتی داخلی از یک یا چند خط لوله متصل به تانک بوده و جهت مشخص نمودن شیر یا شیرهاي معیوب ، لازم است که کلیه شیرها مورد بازرسی قرار گرفته تا شیر معیوب مشخص گردد که این کار باعث اتلاف وقت و هدر رفتن انرژي نیروهاي تعمیراتی شده و باعث بوجود آمدن توقف هاي طولانی جهت رفع ایراد و تعمیر شیر معیوب می گردد.
جهت مشخص نمودن شیر یا شیر هاي معیوب می توان به روش ها و تجهیزات التراسونیک و استفاده از دوربین هاي حرارتی اشاره نمود که استفاده از این روش ها مستلزم در دسترس بودن شیر و بکار گیري نیروي انسانی جهت استفاده از این تجهیزات می باشد. لذا نیاز به یک تجهیز که به صورت دائم بر روي خط لوله وصل بوده و به صورت آنلاین نشتی در شیر را مشخص کند ، احساس شد.
شکل- - 1 تانک بلو دان و خطوط متصل به آن - برگرفته از صفحه کنترل نیروگاه سیکل ترکیبی سنندج -
.2 بیان مسئله
در این مقاله روش تشخیص و تعیین مقدار نشتی بر اساس ظرفیت خازنی سیال مورد بررسی قرار می گیرد.قبل از شروع نشتی در شیر ، لوله پایین دست شیر حاوي هوا می باشد. پس از وقوع نشتی در شیر ارتفاع سیال در لوله پایین دست آن به تدریج افزایش یافته و یک جریان سیال دو فازي نسبتا آرام هوا- سیال درون لوله تشکیل شده و در نتیجه ضریب دي الکتریک موثر ١درون لوله به دلیل بالا بودن ضریب دي الکتریک سیال نشتی نسبت به هوا افزایش می یابد
جهت اندازه گیري تغییرات ضریب دي الکتریک درون لوله دو عدد صفحه رسانا سیلندر شکل - الکترود - در اطراف و بر روي دیواره خارجی لوله پایین دست شیر نصب می شود.تغییرات دي الکتریک باعث تغییرات ظرفیت خازنی بین الکترودي شده و در نهایت تغییرات ظرفیت خازنی بوسیله یک مدار واسطه تبدیل به ولتاژ شده و تغییرات ولتاژ نشان دهنده شروع نشتی در شیر می باشد.مقادیر زاویه و طول الکترود براي حساسیت به تغییرات جزئی ضریب دي الکتریک درون لوله بهینه سازي شده که زاویه الکترود برابر 165 درجه و طول الکترود برابر قطر داخلی لوله می باشد.[3] .زاویه - Ө - و طول - l - الکترودها به طور شماتیک در شکل-2 آمده است .که در آن r1 ،شعاع الکترود و r2 ،r3 به ترتیب شعاع خارجی و داخلی و r4 شعاع لایه عایق خارجی می باشد.
شکل - 2- تصویر طول و زاویه الکترودهاي اطراف لوله
اساس تکنیک بکار رفته در این روش جهت تشخیص و تعیین نشتی بر اساس اصول حاکم بر حسگرهاي خازنی می باشد.
شکل شماره ، قسمت هاي مختلف یک حسگر خازنی را جهت اندازه گیري تغییرات دي الکتریک درون لوله نشان می دهد.جهت کاهش اثرات امواج الکترو مغناطیسی محیط و جلوگیري از پدیده فرایگینگ ٢از لایه عایقی خارجی ٣و گارد٤ استفاده می شود .همانطور که در شکل- 3 نشان داده شده است در اثر وجود لایه عایقی خارجی و گارد ، خازن هاي CA ، CAG و CG و ... تشکیل می شود که به آنها خازن هاي پراکنده ١گفته می شود که باعث ایجاد خطا در اندازه گیري تغییرات ظرفیت خازنی سیال درون لوله می شوند
شکل- - 3 قسمت هاي مختلف یک حسگر خازنی جهت اندازه گیري تغییرات دي الکتریک درون لوله
تغییرات ظرفیت خازنی بهوسیله یک مدار واسطه تبدیل به ولتاژ میشود و تغییرات ولتاژ، نشان دهنده تغییرات ديالکتریک در محیط مورد نظر میباشد. مدار اندازهگیر تغییرات ظرفیت خازنی، یک سیگنال سینوسی تولید کرده و به الکترود تحریک ارسال می کند. سپس سیگنال را از الکترود دیگر دریافت کرده و پس از انجام عملیات و پروسس بر روي سیگنال، بهوسیله یک میکروکنترلر نمونه گیري میشود. در شکل 4 ، شکل شماتیک مدار نمونه گیري و اعمال سیگنال تحریک آمده است
شکل- - 4 تصویر شماتیک مدار نمونه گیري و اعمال سیگنال تحریک، الف - دیاگرام بلوکی، ب - میکرو کنترلر
اندازه گیري ظرفیت خازنی بوسیله یک آمپلی فایر ترانز- امپدانس ٢انجام می شود . شکل شماتیک این مدار در شکل 5 آمده است .در این مدار فضاي بین الکترودها یعنی لوله و سیال درون آن معادل خازن CAB می باشد. CSA و CSB به ترتیب خازن هاي پراکنده تشکیل شده از کابل ها اتصال الکترود به مدار و خازن هاي تشکیل شده از گارد و لایه عایقی خارجی می باشد. وضعیت قرار گیري خازن هاي پراکندهCSA و CSB در مدار، باعث کاهش اثرات منفی و خطا در اندازه گیري ظرفیت خازنی بین الکترودي می شود
