آیا می دانید دلیل استفاده از ترموول چیست؟ و انواع ترموول در صنعت کدام اند. اندازه گیری دمای سیال برای کنترل دقیق فرایندهای صنعتی در صنایع مختلف مانند صنایع نفت، گاز و پتروشیمی اهمیت بسیار بالایی دارد از این رو ابزارهای مختلفی برای اندازه گیری دما در سیستم های صنعتی توسعه یافته است در کنار استفاده از سنسورهای دمای صنعتی تجهیزات جانبی نیز نقش مهمی ایفا می کنند یکی از مهمترین و پر کاربردترین این تجهیزات ترموول است که به عنوان محافظ سنسور دما عمل می کند. ترموول از سنسور دما در برابر فشارهای بالا، دماهای شدید، خوردگی و سایر شرایط سخت فرایندی محافظت می کند.
در این مقاله اطلاعاتی بنیادین درباره ترموولها ارائه میدهیم. با ما همراه شوید تا با کاربردهای ترموولها در صنایع مختلف آشنا شوید، انواع آنها را بشناسید و روشهای اتصال به سیستمهای لولهکشی را بیاموزید. چه تازهکار باشید و چه بخواهید مروری سریع داشته باشید، این مقاله نقطهی شروع بسیار خوبی است.
ترموول چیست؟
ترموول (Thermowell چیست؟) یک ابزار جانبی مهم برای سنسورهای دما است که به شکل یک لوله بسته طراحی شده و از سنسور در برابر آسیبهای شیمیایی، خوردگی و فشارهای مکانیکی محافظت میکند. استفاده از ترموول باعث میشود که سنسور دما بتواند بهصورت دقیق و ایمن دمای فرآیندها را اندازهگیری کند و در عین حال، امکان جدا کردن یا تعویض سنسور بدون توقف یا کاهش فشار سیستم فراهم شود.
رایجترین سنسورهایی که در ترموولها نصب میشوند، ترموکوپلها و سنسورهای مقاومت دما (RTD) هستند. با استفاده از ترموول، فرآیندهای صنعتی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی میتوانند با دقت و ایمنی بالاتری کنترل شوند.
ترموولها معمولاً در کاربردهای صنعتی که نیاز به پایش دماهای بسیار بالا یا پایین در محیطهای دشوار دارند، استفاده میشوند. نمونههایی از این محیطها عبارتند از:
- نیروگاهها (تولید برق، بخار و گرما)
- صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
- کارخانههای شیمیایی
- تأسیسات تولید دارو و غذا
- سیستمهای HVAC صنعتی
- خطوط انتقال مایعات و گازهای داغ یا خورنده
اجزای تشکیل دهنده ترموول
اجزای تشکیل دهنده ترموول از بالا به پایین مطابق شکل زیر به شرح زیر است:
- اتصال ابزار (Instrument Connection): بخشی در بالای ترموول که ابزار اندازهگیری دما (مثل ترموکوپل یا RTD) به آن متصل میشود. معمولاً بهصورت رزوهای (Male یا Female) طراحی میشود تا نصب و جداسازی ابزار سادهتر باشد.
- اتصال فرایندی (Process Connection): نقطهای که ترموول به لوله، تانک یا تجهیز فرایندی بسته میشود.
- ریشه (Root Diameter): مقطع بین اتصال فرایند و ساقه ترموول است که معمولاً بیشترین تنش مکانیکی را تحمل میکند. قطر این قسمت برای افزایش مقاومت در برابر ارتعاش و فشار طراحی میشود و نقش کلیدی در استحکام ترموول دارد.
- ساقه ترموول (Shank): قسمت استوانهای میانی که در معرض مستقیم سیال قرار دارد. طول و ضخامت آن بر پاسخ حرارتی و دوام اثرگذار است.
- حفره داخلی (Bore): محفظهای درون ساقه برای قرار گرفتن نوک سنسور دما. این حفره باید تلرانس دقیق داشته باشد تا انتقال گرما بهدرستی انجام شود.
- نوک ترموول (Tip): انتهای تحتانی ترموول که با سیال تماس مستقیم دارد و محل قرارگیری المان حسگر است. طراحی آن (Conical, Tapered یا Straight) مستقیماً بر زمان پاسخ (Response Time) تأثیر دارد.
- طول غوطهوری (Insertion Length): فاصله بین سطح فرآیند تا نوک ترموول. هرچه طول مناسبتر انتخاب شود، دقت اندازهگیری و پاسخ حرارتی بهبود مییابد.
انواع ترموول ها بر اساس شکل ظاهری
ترموول ها بر اساس نوع طراحی Shank به سه نوع زیر تقسیم می شوند:
- ساقههای مستقیم (Straight shanks)
- ساقههای پلهای (Stepped shanks)
- ساقههای مخروطی (Tapered shanks)
ساقههای مستقیم (Straight shanks)
ترموول با ساقهی صاف دارای قطر خارجی یکسان در ریشه و نوک خود است.ترموول با ساقهی صاف معمولاً زمان پاسخ کندتری نسبت به ترموول با ساقهی مخروطی و با همان اندازه ریشه دارد. دلیل این موضوع این است که در ترموول مخروطی، فلز کمتری در نوک ترموول نزدیک سنسور وجود دارد و بنابراین سنسور سریعتر به تغییرات دما پاسخ میدهد.
ساقههای پلهای (Stepped shanks)
ترموول با ساقه پلهای (Stepped Shank) یا ترموول با نوک کاهشیافته دارای قطر خارجی بزرگتری در ریشه و قطر خارجی کوچکتری در نوک است. معمولاً قطر کوچک نوک، آخرین ۲.۵ اینچ از ترموول را شامل میشود. یک نمونه از ترموول پلهای در شکل ۳ نشان داده شده است.
رایجترین قطر نوک برای ترموول پلهای ½ اینچ است، اما استاندارد ASME PTC 19.3-TW استفاده از نوک ۷/۸ اینچ را برای ریشه با قطر بزرگتر نیز مجاز میداند. هدف از کوچک بودن نوک، افزایش سرعت پاسخ سنسور به تغییرات دما است، زیرا فلز کمتری در نوک وجود دارد.
ساقههای مخروطی (Tapered shanks)
ترموول با ساقه مخروطی (Tapered Shank) رایجترین نوع ترموول است. یک نمونه از آن در شکل 4 نشان داده شده است. در ترموول مخروطی، قطر خارجی با افزایش طول فرو رفتن از ریشه (نزدیک اتصال) به نوک کاهش مییابد.
در شکل زیر این سه مدل ترموول را در کنار هم مشاهده می کنید.
انواع اتصالات ترموول
پس از اینکه نوع ترموول را انتخاب کردید، باید مشخص کنید که چگونه میخواهید ترموول به فرآیند متصل شود. انواع اتصالات زیادی برای انتخاب وجود دارند، اما ما بر روی سه نوع رایجتر تمرکز خواهیم کرد.
- رزوهای (Threaded)
- فلنجدار (Flanged)
- جوشی (Welded)
در ادامه هر کدام از انواع ترموول بر اساس نحوه نصب را شرح می دهیم.
ترموول رزوهای
ترموولهای رزوهای (Threaded Thermowells) به گونهای طراحی شدهاند که مستقیماً در لوله یا مخزن فرآیندی پیچ شوند و روش آسانی برای نصب و جداسازی ابزارهای اندازهگیری دما فراهم کنند. این ترموولها معمولاً از میلههای یکتکه فلزی ساخته میشوند و مقاومت بالایی در برابر فشار دارند، هرچند سطح تحمل فشار آنها معمولاً کمتر از ترموولهای فلنجی است.
ترموول فلنج دار
این نوع ترموول معمولاً در اندازههای استاندارد ۱، ۱½ یا ۲ اینچ ساخته میشود و انواع مختلف سطح شامل سطح برجسته (Raised Face)، سطح صاف (Flat Face) و اتصال حلقهای (Ring Joint) را پوشش میدهد. ترموولهای فلنجدار دارای رتبهبندیهای فشاری ۱۵۰#، ۳۰۰#، ۶۰۰# و حتی بالاتر هستند و به همین دلیل در شرایط فشار بالا و کاربردهای صنعتی سنگین بسیار مناسب و ایمن به شمار میروند.
ترموول جوشی
این نوع ترموولها یا مستقیماً به مخزن یا لوله جوش داده میشوند و یا به یک ساکولت (Sockolet) متصل میشوند که از قبل در محل خود جوشکاری شده است. این روش اتصال، ثبات و ایمنی بالایی در محیطهای صنعتی با فشار و دمای بالا فراهم میکند.
جنس ترموول