Kısma (Throttling) Tipi Küresel Vanalar

Kısma Tipi Küresel Vana Nedir?

Standart bir açma-kapama küresel vanası, tam açık konumda düşük direnç ve tam kapalı konumda sızdırmazlık için tasarlanır. Böyle bir vana ara konumlarda kullanıldığında, açılmanın ilk derecelerinde debi çok hızlı artar, contalar yüksek hızlı akışa maruz kalır ve kontrol döngüsü kararsızlaşabilir. Kısma tipi küresel vana ise bu sorunlar dikkate alınarak tasarlanmış bir kontrol vanasıdır.

Kısma servisinde kullanılan küresel vanalarda küre üzerinde kontur verilmiş bir V çentik bulunur. Küre döndükçe akış kesiti küçük bir açıklıktan başlayarak kademeli olarak büyür; bu da debinin açılma açısıyla orantılı ve öngörülebilir biçimde değişmesini sağlar. Mil ile küre ve mil ile aktüatör arasındaki kamalı bağlantılar, kontrol sinyalindeki küçük değişikliklerin bile küreye kayıpsız aktarılmasına yardımcı olur.

Bu vanalar hem sürekli kısma kontrolünde hem de otomatik açma-kapama servisinde, çok sayıda döner aktüatör ve manuel operatörle birlikte kullanılabilir. Böylece bir tesiste hem kontrol hem ayırma noktalarında aynı vana altyapısıyla çalışmak mümkün olur ve yedek parça çeşitliliği azalır.

Küresel Vana ile Kısma Kontrolü Nasıl Yapılır?

Kısma kontrolü, kontrol sisteminden gelen sinyalin vana konumuna, vana konumunun da debiye dönüştürüldüğü bir zincirdir. Zincirin her halkası kontrol kalitesini etkiler.

1.      Ölçüm ve kontrol kararı: Debi, basınç, seviye veya sıcaklık transmitteri proses değişkenini ölçer; kontrolör istenen değere göre vana konum sinyali üretir.

2.      Konumlandırma: Dijital vana kontrolörü veya pozisyoner, sinyali aktüatöre uygulanan hava basıncına çevirir ve küre konumunu geri besleme ile doğrular.

3.      Kayıpsız hareket aktarımı: Aktüatör, kamalı mil üzerinden küreyi döndürür. Kamalı bağlantılar ve sıkıştırmalı aktüatör kolu, ölü hareketi azaltarak küçük sinyal değişikliklerinin küreye yansımasını sağlar.

4.      Karakterize akış: V çentik, açılma açısıyla kademeli büyüyen bir akış kesiti oluşturur; modifiye eşit yüzde karakteristik, özellikle düşük açıklıklarda hassas kontrol sağlar.

Karakteristik neden önemlidir?

Vana karakteristiği, küre açıklığı ile akış katsayısı arasındaki ilişkiyi tanımlar. Eşit yüzde türü karakteristikler, sistemdeki basınç kayıpları nedeniyle kurulu karakteristiğin doğrusallaşmasına yardımcı olur ve kontrol döngüsünün farklı yüklerde benzer tepki vermesini kolaylaştırır. Maksimum akış katsayısının kullanılabilir minimum akış katsayısına oranı ise kontrol aralığı (rangeability) olarak adlandırılır ve vananın ne kadar geniş bir debi aralığında kontrol yapabileceğini gösterir.

Kısma sırasında kavitasyon ve gürültü

Kısma sırasında basınç düşümü küre ile conta arasındaki dar kesitte yoğunlaşır. Sıvılarda bu durum kavitasyona, gazlarda aerodinamik gürültüye yol açabilir. Döner attenuator hem sıvı hem gaz servislerinde bu etkileri azaltır; ciddi kavitasyon görülen sıvı servislerinde kavitasyon önleyici trim, gaz ve buhar servislerinde gürültü azaltıcı trim kullanılabilir. Attenuator takıldığında V çentik yüksek hızlı erozyon noktası olmaktan çıkar.

Kısma Performansını Belirleyen Özellikler

·         Kontur verilmiş V çentik: Hassas kontur, modifiye eşit yüzde karakteristik sağlar.

·         Kamalı mil bağlantısı: Kamalı tahrik mili ve sıkıştırmalı aktüatör kolu ölü hareketi en aza indirir.

·         Basınç dengeli conta tasarımı: Hassas işlenmiş parçalar ve basınç dengeli contalar kürenin düzgün ve hassas hareketini sağlar.

·         Mikro çentik seçeneği: 1 inç vanalarda çok düşük debilerin kontrolü için mikro çentikli küre; daha düşük ve daha yüksek kapasiteli çentik varyasyonları.

·         Sahada ters çevrilebilir hareket: Diyaframlı veya pistonlu döner aktüatörle aşağı itince kapatma ve aşağı itince açma arasında sahada geçiş.

·         Ağır hizmet trimleri: Kısma sırasında oluşan kavitasyon ve gürültü için döner attenuator, kavitasyon önleyici ve gürültü azaltıcı trimler.

·         Silme etkili conta: Conta küre yüzeyini sürekli sildiğinden kısma sırasında birikim oluşmaz.

Teknik Özellikler

Aşağıdaki değerler kısma servisi için kullanılan V çentikli küresel kontrol vanalarına aittir.

Akış katsayıları, akış katsayısı oranı ve gürültü seviyeleri boyuta ve trime göre ayrı katalog verileriyle belirlenir.

Başlıca Avantajlar

·         Kararlı kontrol döngüsü: Karakterize küre ve düşük ölü hareket, salınımı azaltarak proses değişkenliğini düşürür.

·         Hem kısma hem açma-kapama: Aynı vana hem sürekli kontrol hem otomatik ayırma servisinde kullanılabilir.

·         Düşük debide hassasiyet: Mikro çentikli küre ile küçük debilerde de kontrol yapılabilir.

·         Döner vananın kapasitesi: Düz geçişli akış yolu aynı hat çapında yüksek kapasite sağlar.

·         Zorlu servislere uyum: Kavitasyon ve gürültü trimleriyle yüksek basınç düşümlü kısma servislerinde kullanım.

Uygulama Alanları

Kısma tipi küresel vanalar, proses endüstrilerinde debi, basınç, seviye ve sıcaklık kontrol döngülerinin son kontrol elemanı olarak kullanılır.

Proses sıvıları

Temiz ve kirli sıvılarda debi ve seviye kontrolü; kavitasyon riski olan hatlarda kavitasyon önleyici trim ile.

Buhar ve gaz

Buhar ve gaz hatlarında basınç ve debi kontrolü; gürültü kritik noktalarda gürültü azaltıcı trim ile.

Slurry

Lifli slurry'lerde tıkanmadan kısma kontrolü.

Düşük debili dozlama

Mikro çentikli küre ile çok düşük debilerin hassas kontrolü.

Kısma Servisi İçin Seçim Kriterleri

Kısma servisinde vana, kontrol döngüsünün bir parçası olarak seçilmelidir; yalnızca hat çapına göre seçilen vanalar genellikle aşırı büyük olur ve düşük açıklıklarda çalışır.

Kontrol gereksinimi

·         Minimum, normal ve maksimum debi

·         Normal debide hedeflenen küre açıklığı

·         Gerekli kontrol aralığı

·         Kontrol döngüsünün hız ve hassasiyet beklentisi

Proses koşulları

·         Basınç düşümü ve kavitasyon / gürültü riski

·         Akışkandaki katı ve lif içeriği

·         Proses sıcaklığına uygun conta

·         Ters akış olasılığı

Aktüasyon ve konumlandırma

·         Aktüatör tipi ve tork kapasitesi

·         Hata durumunda vana konumu

·         Dijital vana kontrolörü ve teşhis gereksinimi

·         Manuel operatör ihtiyacı

Standartlar

Kısma tipi küresel kontrol vanalarında geçerli temel standartlar:

Uygulanabilir standartlar vana serisine göre teyit edilmelidir.

TLY Enerji Kontrol Döngüsü Yaklaşımı

Kısma servisindeki performans sorunlarının önemli bir kısmı vananın kendisinden değil, aşırı boyutlandırmadan, yanlış karakteristikten veya aktüatör-kontrolör uyumsuzluğundan kaynaklanır. TLY Enerji bu nedenle kısma tipi küresel vana seçimini kontrol döngüsünün tamamı üzerinden ele alır.

Proses verisiyle boyutlandırma yapılırken normal debide vananın çalışacağı açıklık, kontrol aralığı ve kavitasyon/gürültü riski birlikte değerlendirilir. Aktüatör, dijital vana kontrolörü ve gerekiyorsa ağır hizmet trimi bu analizin sonucuna göre seçilir. Mevcut döngülerde salınım veya kararsızlık yaşanıyorsa vana boyutu ve karakteristiği yeniden incelenerek iyileştirme önerileri hazırlanır. Devreye alma aşamasında vana konum geri beslemesi ve döngü tepkisinin birlikte kontrol edilmesi için gereken destek de proje planına eklenir.

·         Kontrol döngüsü odaklı boyutlandırma

·         Karakteristik ve trim seçimi

·         Aktüatör ve dijital vana kontrolörü seçimi

·         Mevcut döngü performans değerlendirmesi

·         Devreye alma desteği koordinasyonu

Sıkça Sorulan Sorular

Standart küresel vana ile kısma yapılabilir mi?

Standart açma-kapama küresel vanaları ara konumlarda kullanıldığında, açılmanın ilk derecelerinde debi çok hızlı artar ve contalar yüksek hızlı akışa maruz kalarak hızla aşınabilir. Bu nedenle sürekli kısma için karakterize küreli, düşük ölü hareketli ve kontrol amacıyla tasarlanmış küresel vanalar tercih edilmelidir.

Ölü hareket (lost motion) nedir ve neden önemlidir?

Ölü hareket, aktüatörün hareket etmesine rağmen kürenin konum değiştirmediği boşluk ve esneme miktarıdır. Ölü hareket arttıkça küçük kontrol sinyali değişiklikleri vanaya yansımaz ve döngü salınım yapabilir. Kamalı mil bağlantıları ve sıkıştırmalı aktüatör kolları bu boşluğu azaltarak kontrol hassasiyetini artırır.

Kısma tipi küresel vanalarda hangi karakteristik kullanılır?

V çentikli karakterize kürelerde modifiye eşit yüzde karakteristik kullanılır. Bu karakteristik, düşük açıklıklarda debinin yavaş, yüksek açıklıklarda daha hızlı artmasını sağlar. Sistem basınç kayıpları ile birlikte değerlendirildiğinde kurulu karakteristiğin daha dengeli olmasına yardımcı olur.

Çok düşük debiler küresel vana ile kontrol edilebilir mi?

1 inç vanalarda mikro çentikli küre seçeneğiyle çok düşük debilerin hassas kontrolü mümkündür. Krom kaplı paslanmaz çelik, katı kobalt alaşımı ve seramik küre seçenekleri bulunur; seramik yapıda maksimum sıcaklık 93 °C'dir. Daha düşük ve daha yüksek kapasiteli çentik varyasyonları da proje bazında değerlendirilebilir.

Kısma sırasında kavitasyon oluşursa ne yapılmalı?

Önce basınç düşümü ve sıvı özellikleriyle kavitasyon riski değerlendirilmelidir. Risk varsa döner attenuator veya ciddi kavitasyon için kavitasyon önleyici trim kullanılabilir; bu trim aşırı koşullarda 1,0 Kc değerine ulaşabilir. Kavitasyon önleyici trimin etkin çalışması için vananın ileri akış yönünde monte edilmesi gerekir.

Aynı vana hem kısma hem açma-kapama için kullanılabilir mi?

Evet. V çentikli küresel kontrol vanaları hem yüksek performanslı kısma hem de açma-kapama servisinde, farklı döner aktüatörler ve manuel operatörlerle kullanılabilir. Açma-kapama servisinde gereken kapatma sınıfı, conta seçimiyle birlikte ayrıca değerlendirilmelidir.