Termoveller (Termokovanlar)

Termovel Nedir?

Endüstriyel proseslerde sıcaklık sensörleri akışkana nadiren doğrudan daldırılır. Sensör, prosese monte edilen kapalı uçlu bir metal kovanın içine yerleştirilir; bu kovan termovel ya da termokovan olarak adlandırılır. Termovel, sensörü akışın oluşturduğu kuvvetlerden, yüksek basınçtan ve korozif kimyasal etkilerden izole eder. Aynı zamanda kaynaklandığı, vidalandığı veya flanşla bağlandığı hat ya da tankın basınç taşıyan, sızdırmaz bir parçası hâline gelir.

Termovelin sağladığı en önemli işletme avantajı, sensörün kalibrasyon veya değişim için proses durdurulmadan ve hat boşaltılmadan sökülebilmesidir. Buna karşılık kovan, sensör ile akışkan arasına ek bir kütle ve ısıl direnç koyar; ölçüm tepkisi yavaşlar. Termovel tasarımı bu nedenle mekanik dayanım ile ısıl tepki arasında bilinçli bir denge kurmayı gerektirir.

Islak parça olduğu için termovel, bağlandığı boru veya tankın tasarım basıncı, sıcaklığı, malzemesi ve ilgili basınçlı ekipman kurallarıyla uyumlu olmalıdır. Uygun olmayan bir tasarım, akışın oluşturduğu titreşimle yorulma kırılmasına ve proses sızıntısına yol açabilir; bu nedenle termovel seçimi ölçüm doğruluğu kadar tesis güvenliği açısından da kritik bir mühendislik kararıdır.

Termovel Tasarımının Mühendislik Esasları

Bir termovelin uygulamaya uygunluğu dört temel tasarım konusunun birlikte değerlendirilmesiyle belirlenir:

1.      Proses bağlantısı ve basınç sınırı: Bağlantı tipi, genellikle proses tasarımcısının belirlediği karşı bağlantıya göre seçilir. Dişli bağlantılar kolay montaj sağlar ancak flanşlı bağlantıya göre daha düşük basınç sınıfındadır; kaynaklı bağlantılar en yüksek basınç dayanımını ve sızdırmazlığı sunar.

2.      Gövde profili ve akış kuvvetleri: Prosese giren gövde (şaft), akışkanın sürükleme kuvvetine maruz kalır. Düz, konik ve kademeli profiller aynı kök çapında farklı sürükleme kuvveti, doğal frekans ve tepki süresi davranışı gösterir.

3.      Girdap kopması ve rezonans: Akış, termovel gövdesinin arkasında periyodik girdaplar oluşturur; girdap kopma frekansı akış hızı arttıkça yükselir. Bu frekans termovelin doğal frekansına yaklaşırsa rezonans oluşur ve gövde yorulma nedeniyle kırılabilir. Wake frequency hesabı bu riski değerlendirir.

4.      Isıl tepki ve sensör uyumu: Standart termovel 6,6 mm delik çapı ve 6,4 mm uç kalınlığıyla üretilir. Sensör ile delik arasındaki boşluk azaldıkça ve uç çapı küçüldükçe ısıl tepki hızlanır; sensör boyu, başlık boyu (H) ile daldırma boyunun (U) toplamına eşit seçilir.

ASME PTC 19.3 TW Kabul Kriterleri

ASME PTC 19.3 TW, çubuk malzemeden işlenmiş termovellerin mekanik tasarımı için uluslararası kabul görmüş standarttır. Bir termovelin belirli proses koşullarına uygun kabul edilmesi için dört nicel kriteri sağlaması gerekir: frekans sınırı (doğal frekansın, akışın yıkıcı salınımları uyarmayacak kadar yüksek olması), dinamik gerilme sınırı (birincil dinamik gerilmenin izin verilen yorulma sınırını aşmaması; işletme koşuluna ulaşırken rezonanstan geçiliyorsa ek yorulma kontrolü), statik gerilme sınırı (sürekli gerilmenin Von Mises kriterine göre izin verilen değeri aşmaması) ve hidrostatik basınç sınırı (dış basıncın uç, gövde ve flanş ya da diş basınç değerlerini aşmaması). Buna ek olarak korozyon, erozyon ve proses koşullarının malzeme özelliklerine etkisi ayrıca değerlendirilmelidir.

Daldırma Boyu Nasıl Belirlenir?

Daldırma boyu için tek bir standart formül yoktur; ancak yerleşik uygulamalar vardır. Türbülanslı akışta uç, en temsilî sıcaklığın ölçüldüğü boru ekseni yakınına yerleştirilmelidir. Genel kılavuz olarak daldırma boyu gazlarda kök çapının 10 katı, sıvılarda 5 katı alınır; bir diğer yaklaşım boru çapının en az üçte biri kadar daldırmadır. API önerisi ise algılama elemanı boyuna 50 mm eklenmesidir. Uzun daldırma boyları wake frequency açısından olumsuz olduğundan boy seçimi mutlaka mekanik hesapla birlikte yapılmalıdır.

Kök çapının büyütülmesi mukavemeti artırır; uç çapının küçültülmesi tepki süresini iyileştirir. Her iki boyut da wake frequency hesabını geçen bir tasarım elde etmek için tasarım parametresi olarak kullanılabilir.

Öne Çıkan Özellikler

·         Tek parça çubuk malzemeden gövde: Termoveller dolu çubuk malzemeden işlenerek dayanım ve bütünlük sağlanır; delik, standart olarak 6,6 mm çapında delinir.

·         Dört bağlantı ailesi: Dişli (konik ve paralel diş), flanşlı (ASME B16.5 ve EN 1092-1), Van Stone (lap joint) ve kaynaklı (soket kaynak veya DIN 43772 Tip 4 weld-in) seçenekleri.

·         Üç gövde profili: Düz, konik ve kademeli profiller; sürükleme kuvveti, doğal frekans ve tepki süresi dengesine göre seçilir.

·         Esnek tasarım modifikasyonları: Kök çapı 10–80 mm, uç çapı 10–46 mm aralığında 0,5 mm adımlarla; delik çapı 3,5–11,0 mm, uç kalınlığı 5,0 veya 6,0 mm olarak özelleştirilebilir.

·         Flanş tipine göre üç imalat yöntemi: Kısmi nüfuziyet kaynaklı, tam nüfuziyet kaynaklı veya kaynaksız dövme tek parça flanşlı termovel seçenekleri; flanş-gövde kaynağı ASME Section IX'a göre yapılır.

·         Geniş malzeme yelpazesi: Standart 316/316L, 304/304L ve A105 karbon çeliğine ek olarak dubleks, süper dubleks, 6Mo, krom-molibden çelikleri, nikel alaşımları, Nikel 200 ve Titanyum Grade 2.

·         Kaplama ve kılıf seçenekleri: Yapışmayı önleyen PFA veya PTFE kaplama, 0,38 mm tantal kılıf ve erozyona karşı minimum 40 HRC sertlikte kobalt-krom esaslı sert alaşım kaplama.

·         Farklı flanş yüzeyleri: Spiral tırtıllı yükseltilmiş yüz standarttır; eş merkezli tırtıl, düz yüz, RTJ, dil/oluk ve erkek/dişi (spigot/recess) yüzeyler seçilebilir.

·         Yüzey kalitesi iyileştirme: Standart 0,8 µm Ra yüzey kalitesine ek olarak 0,3 µm Ra altı işleme ve elektropolisaj; korozyon direncini ve temizlenebilirliği artırır.

·         Havalandırma deliği: Opsiyonel havalandırma deliği gaz birikimini önler ve delikten sızan akışkan termovel bütünlüğünün bozulduğunu gösterir.

Teknik Özellikler

Aşağıdaki değerler bu sayfada ele alınan çubuk malzemeden işlenmiş termovel ailesinin tipik tasarım aralıklarıdır. Nihai boyutlar ve basınç sınıfı; bağlantı tipi, malzeme ve ASME PTC 19.3 TW hesabı sonucuna göre proje aşamasında belirlenmelidir.

Daldırma ve başlık boylarının toplamı 1.067 mm'yi aşan termovellerde iç basınç testi gereklidir; konik profilde toplam boy 1.067 mm'nin altında kalmalıdır. Sert alaşım kaplama yalnızca düz ve konik profillere uygulanır.

Başlıca Avantajlar

·         Proses durdurmadan sensör bakımı: Sensör, kalibrasyon veya değişim için hat boşaltılmadan ve basınç düşürülmeden sökülebilir; bakım planlaması proses programından bağımsız hâle gelir.

·         Hesapla doğrulanmış mekanik güvenlik: ASME PTC 19.3 TW'ye göre yapılan hesap, termovelin rezonans, yorulma, statik gerilme ve dış basınç açısından kabul edilebilirliğini belgelendirir.

·         Prosese özel geometri: Kök ve uç çapı, delik çapı ve uç kalınlığının ayarlanabilmesi; hem hesabı geçen hem de ısıl tepkisi optimize edilmiş tasarım elde edilmesini sağlar.

·         Korozif ortamlara uygun malzeme: Paslanmaz çeliklerden nikel alaşımlarına, dubleks çeliklerden titanyuma kadar malzeme seçenekleri ve kaplamalar, proses kimyasına uygun çözüm üretilmesine imkân tanır.

·         Kaynak bağlantısı korozyonunun önlenmesi: Van Stone ve dövme tek parça tasarımlarda gövde ile flanş arasında kaynak bulunmaz; kaynak bölgesi korozyonu ve kaynak kalifikasyonu gereksinimi ortadan kalkar.

·         İzlenebilir kalite dokümantasyonu: Malzeme sertifikası, PMI, NDT ve basınç testi seçenekleri; ekipmanın kalite ve basınçlı sistem dokümantasyonuna eksiksiz dahil edilmesini sağlar.

Sensörle uyumlu tam montaj: Termovel, sensörle elle sıkılmış veya torklanarak prosese hazır biçimde monte edilmiş olarak tedarik edilebilir; sahada boy uyumsuzluğu riski azalır.

Uygulama Alanları

Termoveller, sensörün prosesten izole edilmesi gereken hemen her sıcaklık ölçüm noktasında kullanılır. Bağlantı tipi, profil ve malzeme seçimi aşağıdaki uygulama koşullarına göre farklılaşır.

Yüksek Hızlı Akış ve Yüksek Basınç Hatları

Yüksek akış hızı, yüksek sıcaklık veya çok yüksek basınç içeren hatlarda kaynaklı termoveller ve konik profil tercih edilir; yüksek basınçlı flanşlı bağlantılarda RTJ yüzey kullanılabilir. Buhar ve gaz debisinde sıcaklık kompanzasyon noktaları bu gruptadır.

Korozif Prosesler

Van Stone tasarım, kaynak bulunmadığı için kaynak bölgesi korozyonunu ortadan kaldırır ve flanş malzemesinin gövde malzemesinden farklı seçilmesine izin verir. Nikel alaşımları, tantal kılıf veya titanyum proses kimyasına göre değerlendirilir.

Ekşi Servis (H2S İçeren Ortamlar)

NACE MR0175/ISO 15156 ve MR0103 uyum sertifikası, hidrojen sülfür içeren ortamlarda kullanılacak termovel malzemelerinin belgelendirilmesini sağlar.

Açık Deniz Projeleri

NORSOK M-630 ve M-650'ye göre kalifiye edilmiş 316/316L, dubleks ve süper dubleks malzemeler; ferrit içeriği, düşük sıcaklık Charpy ve korozyon testleriyle birlikte sunulur.

Erozif ve Yapışkan Akışkanlar

Erozif ortamlarda gövde üzerine sert alaşım kaplama, yapışma eğilimli akışkanlarda PFA veya PTFE kaplama uygulanarak aşınma ve birikme sınırlandırılır.

Oksijen Servisi ve Hijyenik Uygulamalar

Oksijence zengin ortamlar için ASTM G93'e göre özel temizlik; hijyenik uygulamalarda 0,3 µm Ra altı yüzey kalitesi ve elektropolisaj, temizlenebilirliği artırır.

Termovel Seçiminde Dikkat Edilecek Kriterler

Termovel seçimi hem ölçüm performansını hem de basınçlı sistemin güvenliğini etkiler. Teknik değerlendirme ve mekanik hesap için aşağıdaki bilgilerin netleştirilmesi gerekir:

Proses Verileri

·         Akışkan tipi (sıvı, gaz veya buhar) ve karışık akış durumu

·         Minimum/normal/maksimum akış hızı veya debi ile boru iç çapı

·         Akışkan yoğunluğu ve viskozitesi

·         Tasarım ve işletme basıncı ile sıcaklığı

·         Korozyon ve erozyon riski; H2S varlığı

Bağlantı ve Boyutlar

·         Karşı bağlantı: dişli tip ve ölçü, flanş standardı/ölçüsü/sınıfı ve yüzey tipi, soket kaynak veya weld-in

·         Daldırma boyu (U) ve başlık boyu (H); izolasyon kalınlığı ve nozul yüksekliği

·         Gövde profili ile kök ve uç çapı

·         Sensör çapına uygun delik çapı ve enstrüman bağlantı dişi

Malzeme ve Yüzey

·         Proses kimyasıyla uyum, malzemenin sıcaklık sınırları ve boru malzemesiyle kaynak uyumu

·         Kaplama, kılıf veya sert alaşım kaplama ihtiyacı

·         Yüzey kalitesi ve elektropolisaj gereksinimi

·         Van Stone tasarımda lap flanş malzemesi

Dokümantasyon ve Testler

·         ASME PTC 19.3 TW hesap raporu

·         NACE, EN 10204 3.1 malzeme sertifikası ve PMI

·         Hidrostatik dış/iç basınç testi, sıvı penetrant, UT/RT et kalınlığı kontrolü

·         Flanş kaynağına ait prosedür ve yeterlilik kayıtları (WPS, PQR, WPQ) ve tam nüfuziyet kaynaklarında faz dizili UT veya radyografi

Tam nüfuziyet kaynaklı flanşlı termovellerde ASME PTC 19.3 TW gerekliliklerinin karşılanması için sıvı penetrant muayenesi de talep edilmelidir.

 Tasarım Standartları, Testler ve Sertifikalar

Termovellerin tasarım, imalat ve kalite doğrulaması aşağıdaki standartlar ve test seçenekleriyle tanımlanır:

Basınçlı ekipman mevzuatı kapsamındaki uygunluk değerlendirmesi ve bölgesel kayıt gereklilikleri proje bazında TLY Enerji mühendislik ekibiyle birlikte değerlendirilmelidir.

TLY Enerji Termovel Çözümleri

TLY Enerji, termoveli bir aksesuar olarak değil, ölçüm noktasının güvenliğini belirleyen basınç taşıyan bir ekipman olarak ele alır. Mühendislik ekibimiz akış, basınç, sıcaklık ve akışkan özelliklerini toplayarak bağlantı tipi, gövde profili, malzeme ve daldırma boyunu belirler; ASME PTC 19.3 TW hesabının yaptırılması ve sonuçların değerlendirilmesi süreçlerini yönetir.

Hesabın geçmediği noktalarda kök ve uç çapı değişikliği, daha kısa daldırma boyu, farklı profil veya termovelsiz ölçüm gibi alternatifleri teknik olarak karşılaştırırız. Malzeme sertifikası, NACE, PMI ve basınç testi gibi dokümantasyon gerekliliklerinin proje şartnamesiyle uyumlandırılması, sensör ve transmitterle birlikte tam ölçüm noktası olarak tedarik ile saha montajı ve devreye alma aşamalarında destek sağlarız.

Sıkça Sorulan Sorular

Termovel ne işe yarar?

Termovel, sıcaklık sensörünü akış kuvvetleri, yüksek basınç ve korozif ortamdan koruyan kapalı uçlu bir koruma kovanıdır. Boru veya tankın basınç taşıyan, sızdırmaz bir parçası olur ve sensörün proses durdurulmadan, hat boşaltılmadan sökülüp kalibre edilmesine ya da değiştirilmesine imkân tanır. Bunun karşılığında ölçüm tepkisi bir miktar yavaşlar.

Wake frequency hesabı neden gereklidir?

Akış, termovelin arkasında periyodik girdaplar oluşturur. Bu girdapların kopma frekansı termovelin doğal frekansına yaklaşırsa rezonans oluşur ve gövde yorulma nedeniyle kırılabilir. ASME PTC 19.3 TW'ye göre yapılan hesap; frekans, dinamik gerilme, statik gerilme ve hidrostatik basınç kriterlerini değerlendirir. Tüm termoveller için bu hesabın yapılması önerilir.

Düz, konik ve kademeli termovel arasındaki fark nedir?

Düz profil tüm boyunca aynı çaptadır; en büyük sürükleme kuvvetine ve en yavaş tepkiye sahiptir. Konik profil kökten uca incelir; dayanım ile tepki arasında dengeli olduğu için yüksek hızlı akışlarda yaygın tercihtir. Kademeli profil uçta daha küçük çaplı bölüme sahiptir; aynı kök çapında daha yüksek doğal frekans ve en hızlı tepkiyi sağlar.

Hangi bağlantı tipi seçilmeli?

Dişli termoveller kolay montaj ve sökme sağlar, ancak flanşlı tiplere göre daha düşük basınç sınıfındadır. Flanşlı termoveller bakım için sökülebilir ve yüksek basınç sınıflarına uygundur. Kaynaklı termoveller en yüksek basınç dayanımını ve sızdırmazlığı sunar; yüksek hız, sıcaklık ve basınçta tercih edilir. Van Stone tip ise korozif ortamlarda kaynaksız yapısıyla öne çıkar.

Termovel daldırma boyu nasıl belirlenir?

Türbülanslı akışta ucun boru eksenine yakın olması hedeflenir. Genel kılavuz, daldırma boyunun gazlarda kök çapının 10 katı, sıvılarda 5 katı olmasıdır; boru çapının en az üçte biri ve API'nin algılama elemanı boyuna 50 mm ekleme önerisi de kullanılır. Uzun boylar rezonans riskini artırdığından nihai boy mekanik hesapla doğrulanmalıdır.

Van Stone termovelin avantajı nedir?

Van Stone (lap joint) termovel, karşı flanş ile gevşek bir lap flanş arasına sıkıştırılır. Gövde ile flanş arasında kaynak olmadığı için kaynak bölgesi korozyonu oluşmaz. Prosese temas eden gövde pahalı alaşımdan yapılırken üstteki flanş karbon çelik gibi daha ekonomik bir malzemeden seçilebilir ve gerektiğinde kolayca değiştirilebilir.

Termovel hesabı başarısız olursa ne yapılabilir?

Kök çapının büyütülmesi mukavemeti ve doğal frekansı artırır; uç çapının değiştirilmesi ve daldırma boyunun kısaltılması da hesabın geçmesine yardımcı olur. Profil değişikliği, örneğin kademeli yerine konik gövde, bir diğer seçenektir. Hiçbir geometri yeterli değilse boru yüzeyinden termovelsiz ölçüm alternatifi değerlendirilebilir.

Termovellerde hangi testler ve sertifikalar istenebilir?

Başlıca seçenekler; ASME PTC 19.3 TW hesap raporu, NACE MR0175/ISO 15156 ve MR0103 uyumu, EN 10204 3.1 malzeme sertifikası, PMI, hidrostatik dış ve iç basınç testi, sıvı penetrant muayenesi, ultrasonik veya radyografik et kalınlığı kontrolü, düşük sıcaklık Charpy testi ve oksijen servisi temizliğidir. Flanşlı tiplerde kaynak prosedürü ve kaynakçı yeterlilik kayıtları (WPS, PQR, WPQ) da talep edilebilir.