دما در سیستم‌های دیافراگم سیل

معرفی دما در سیستم‌های دیافراگم سیل

دیافراگم سیل یکی از اجزای کلیدی در صنایع فرآیندی است که وظیفه انتقال فشار سیال به ابزار اندازه‌گیری را بر عهده دارد. عملکرد صحیح این تجهیز به‌شدت تحت تأثیر دما است و در نتیجه، آگاهی از اثرات حرارتی و انتخاب سیال پرکن مناسب، برای طراحی مطمئن سیستم اهمیت زیادی دارد.

مفهوم دما و ارتباط آن با حرکت مولکولی

دما بیانگر میانگین انرژی جنبشی ذرات ماده است. برای درک بهتر این مفهوم می‌توان مثال آب را در نظر گرفت:

• در حالت یخ، مولکول‌های H₂O تقریباً بدون حرکت‌اند و دما پایین است.

• در حالت مایع، سرعت حرکت مولکول‌ها بیشتر شده و دما افزایش می‌یابد.

• در حالت بخار، مولکول‌ها از مایع جدا می‌شوند و دما بسیار بالا است.

بنابراین هرچه انرژی جنبشی مولکول‌ها بیشتر شود، دمای ماده بالاتر می‌رود.

تأثیر فشار بر دما در دیافراگم سیل

حرکت مولکول‌ها علاوه بر دما، تحت تأثیر فشار نیز قرار دارد.
برای مثال، آب در فشار اتمسفریک (101,325 کیلو پاسکال) در دمای 100 درجه سانتی گراد به جوش می‌آید؛ اما در خلأ مطلق، در دمای صفر درجه سانتی گراد می‌جوشد.

این ارتباط میان فشار و دما، برای همه سیالات برقرار است و یکی از عوامل مهم در انتخاب سیال پرکن دیافراگم سیل محسوب می‌شود.

دمای محیط (Ambient Temperature) در سیستم دیافراگم سیل

دمای محیط دمای هوای اطراف سیستم است که در عملکرد دیافراگم سیل نقش حیاتی دارد.
در کاربردهای فضای باز، تغییرات دمای محیط ممکن است از بیش از 60+ درجه سانتی گراد (در تابش مستقیم خورشید) تا کمتر از 40- درجه سانتی گراد (در مناطق سردسیر) متغیر باشد.
بنابراین، در طراحی سیستم باید حداقل و حداکثر دمای محیط در نظر گرفته شود.

دمای طراحی (Design Temperature) در دیافراگم سیل

دمای طراحی به پایین‌ترین و بالاترین دمایی گفته می‌شود که ممکن است در شرایط خاص فرآیند رخ دهد.
این دما معمولاً در زمانی اتفاق می‌افتد که فرآیند از کنترل خارج شده است.
در مرحله طراحی، باید این دماها بررسی شوند تا اطمینان حاصل شود که ساختار مکانیکی دیافراگم سیل در برابر آن‌ها مقاوم است.

دمای کاری (Operating Temperature) در دیافراگم سیل

دمای کاری محدوده‌ای است که در آن دیافراگم سیل به‌صورت بهینه عمل می‌کند:

• حداقل: پایین‌ترین دمای پایدار فرآیند

• نرمال: دمای بهینه عملکرد

• حداکثر: بالاترین دمایی که سیستم بدون اختلال کار می‌کند

انتخاب صحیح سیال پرکن و طراحی دیافراگم سیل باید با توجه به دمای کاری انجام شود تا از خرابی سیستم جلوگیری شود.

محدودیت‌های دمایی در دیافراگم سیل

هر دیافراگم سیل دارای محدودیت دمایی بر اساس طراحی و جنس مواد به‌کاررفته در آن است.
در اتصال‌های فلنجی، استانداردها محدوده مجاز فشار و دما را مشخص می‌کنند.
حداکثر دمای کاری سیستم معمولاً توسط ضعیف‌ترین جزء سیل‌بندی تعیین می‌شود که می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

• جنس بدنه

• جنس دیافراگم

• نوع گسکت یا اورینگ

• سیال پرکن

اثرات دما (Temperature Effects) بر عملکرد دیافراگم سیل

تغییرات دما باعث انبساط یا انقباض سیال پرکن می‌شود. این پدیده موجب تغییر فشار داخلی سیستم و خطا در اندازه‌گیری می‌گردد.
سه نوع اثر اصلی قابل شناسایی است:

1. دمای فرآیند: بر انتخاب سیال پرکن اثر مستقیم دارد.

2. دمای محیط: تغییرات آن باعث تغییر در ویسکوزیته و چگالی سیال پرکن می‌شود که در نتیجه بر زمان پاسخ‌دهی سیستم تأثیر دارد.

3. اختلاف دمایی بین HP و LP: در سیستم‌های تفاضلی (DP)، اختلاف دما بین دو سمت می‌تواند موجب انحراف در قرائت فشار شود.

روش‌های کاهش اثرات دما در سیستم‌های دیافراگم سیل

برای حفظ دقت اندازه‌گیری در برابر تغییرات دمایی، راهکارهای متعددی وجود دارد:

1. کاهش حجم سیال پرکن

کاهش قطر داخلی موئینگی (ID) باعث کم شدن حجم سیال پرکن می‌شود.

• قطر استاندارد: 2 میلی‌متر

• در فشارهای بالاتر از 100 barg می‌توان از قطر 1 میلی‌متر استفاده کرد.
  البته کاهش قطر، زمان پاسخ را افزایش می‌دهد، بنابراین باید بین دقت و سرعت تعادل برقرار شود.

2. کوتاه کردن طول موئینگی

در پروژه‌ها معمولاً طول موئینگی برای همه تگ‌ها یکسان در نظر گرفته می‌شود، اما بهتر است طول هر تگ به‌صورت جداگانه محاسبه شود.
موئینگی‌های طولانی باعث تأخیر در پاسخ و افزایش اثرات دمایی می‌شوند.

3. استفاده در دماهای پایین

در فرآیندهای سرد، انقباض سیال پرکن ممکن است باعث چسبیدن دیافراگم به بدنه شود.
راهکار مناسب، استفاده از پرکن کمکی (Supplementary Fill) است تا حتی در دماهای بسیار پایین انتقال فشار حفظ شود.

4. عایق‌کاری سیستم دیافراگم سیل

عایق‌کاری موئینگی‌ها و بدنه دیافراگم سیل به کاهش اثرات محیطی کمک می‌کند.
در مواردی که یک شاخه در آفتاب و دیگری در سایه قرار دارد، عایق‌کاری از اختلاف دما و در نتیجه خطای اندازه‌گیری جلوگیری می‌کند.

5. گرمادهی موئینگی‌ها (Tracing)

در کاربردهای خاص، موئینگی‌ها را می‌توان گرمادهی کرد تا اثرات دما به حداقل برسد.
اگرچه این روش هزینه‌بر است، اما برای فرآیندهای دقیق و حساس عملکرد بسیار پایداری فراهم می‌کند.

6. استفاده از کاهنده دما (Temperature Reducer)

در فرآیندهایی با دمای بیش از 200 درجه سانتی گراد که امکان استفاده از موئینگی وجود ندارد، از کاهنده دما استفاده می‌شود تا دمای سیال به کمتر از 100 درجه سانتی گراد در ناحیه اندازه‌گیری برسد.

7. استفاده از جبران‌گر دما (Temperature Compensator)

در سیستم‌هایی که نیاز به سیال پرکن غلیظ دارند، جبران‌گر دما کمک می‌کند بخشی از مسیر با سیال کم‌ویسکوز پر شود تا زمان پاسخ سریع‌تر شود.

شبیه‌سازی و بهینه‌سازی عملکرد حرارتی دیافراگم سیل

با استفاده از شبیه‌سازی فرآیند، می‌توان اثر هم‌زمان دما، فشار و شرایط محیطی را بر عملکرد دیافراگم سیل بررسی کرد.
نتیجه این کار، افزایش دقت در اندازه‌گیری فشار یا سطح سیال در شرایط صنعتی است.

راهکار LGP برای کاهش اثرات دما

راهکار LGP (Low Gauge Pressure) برای اندازه‌گیری فشارهای پایین طراحی شده است و اثرات دمایی و نصبی را به حداقل می‌رساند.
تست‌ها نشان داده‌اند:

• حداقل محدوده اندازه‌گیری از 80 میلی‌بار به 10 میلی‌بار کاهش یافته است.

• اثر دمای محیط از 0.4 میلی‌بار به 0.03 میلی‌بار در هر 10°C کاهش یافته است.

• اثر دمای فرآیند از 0.39 میلی‌بار به 0.09 میلی‌بار در هر 10°C کاهش یافته است.