تفاوت بین اوریفیس و اوریفیس محدود کننده

این مقاله به بررسی تفاوت‌های بین اوریفیس و اوریفیس محدودکننده مانند شکل فیزیکی، عملکرد و کاربردها در تأسیسات نفت و گاز می‌پردازد.

توضیح مقدماتی درباره اوریفیس و اوریفیس محدود کننده

آیا می خواهید جریان یک سیال را اندازه گیری کنید یا اگر می خواهید فشار یک سیال را به سرعت و به طور دائم کاهش دهید؟ هر دوی اینها را می توان توسط اشیایی انجام داد که نام هر دو حاوی کلمه اوریفیس هستند، اوریفیس و اوریفیس محدود کننده (Orifice & Restriction Orifice) است. به طور کلی اوریفیس به شکل صفحه ای است که در وسط آن سوراخی دارد. نمونه هایی از اوریفیس مطابق شکل زیر:

تفاوت بین اوریفیس فلومتر و اوریفیس محدود کننده چیست؟ اجازه دهید شکل زیر را بررسی کنیم، نمونه‌ای از تصویر فلومتر و اوریفیس محدود کننده است.

شکل اوریفیس فلومتر و اوریفیس محدود کننده بالا شکل رایجی است و به طور کلی در حفره اوریفیس دوم تفاوت وجود دارد. اوریفیس فلومتر معمولاً دارای حفره با شیب حدود 45 درجه است. در حالی که حفره اوریفیس محدوده کننده بدون شیب است. توجه داشته باشید که نکات مهمی هنگام طراحی صفحه اوریفیس مناسب ← برای فرآیند، باید در نظر گرفته شوند.

---

تفاوت های اوریفیس و اوریفیس محدود کننده

آیا تفاوت آن ها فقط در متفاوت بود شکل حفره های آنهاست؟ به طور کلی بله. برای اینکه بیشتر به تفاوت های آن ها پی ببریم اجازه بدهید با تمرکز بر شکل زیر به تفاوت های طراحی آن ها نگاه دقیق تری بیاندازیم.
تفاوت را میبینید؟ اگر با دقت نگاه کنیم، میزان افت فشار ناشی از باریک شدن سیال در ناحیه حفره در اوریفیس فلومتر به اندازه اوریفیس محدود کننده نبوده است.

در اوریفیس فلومتر، به دلیل اینکه شکل حفره دارای خم شدگی است – که باعث کاهش مسافت پیموده شده جریان در سطوح مقطع می شود– پس از آن، میزان فشار پس از عبور از اوریفیس کاهش می یابد، اما سپس سعی می کند به میزان فشار قبلی بازگردد. اما یک میزان کاهش فشار دایمی خواهیم داشت و همین باعث می شود اختلاف فشار بین فشار بالادست و پایین دست خیلی زیاد باشد.

در حالی که در اوریفیس محدود کننده، به دلیل اینکه شکل حفره مستقیم و به ضخامت اوریفیس به اندازه کافی بلند است پس مقدار فشار دائمی از دست رفته زیاد است به طوری که اختلاف فشار بین فشار بالادست و پایین دست کاملاً چشمگیر است. در این حالت سیال در حالت خفه شدن (choked flow) جریان می یابد.

در بحث طراحی، اوریفیس برای فلومتر همیشه طوری طراحی می شود که در سرعت زیر صوت (subsonic velocity) جریان داشته باشد تا از دقت اندازه گیری جریان اطمینان حاصل شود، در حالی که اوریفیس محدود کننده همیشه طوری طراحی شده است که در سرعت صوت (sonic velocity) جریان داشته باشد تا از جریان خفه شده (choked flow) اطمینان حاصل شود.

در واقع عملکرد اصلی اوریفیس محدود کننده محدود کردن جریان (محدود کردن جریان) است. محدودیت فشار عملکرد (فشار محدود شده) اوریفیس محدود کننده اساساً نتیجه رابطه بین افت فشار و سرعت جریان است.

پدیده جریان خفه شده (choked flow) خود ثابت نرخ جریان جرمی فشار پایین دست است، علیرغم کاهش آن به دلیل سرعت صوت. در یک کاربرد واقعی در نیروگاه، عملکرد محدودیت جریان و محدودیت فشار را می توان به طور مساوی برای استفاده از اوریفیس محدوده کننده اعمال کرد.

محدودیت جریان بین سیستم مخزن تحت فشار با سیستم شعله ور

یک مخزن تحت فشار جدید باید نصب شود و سیستم فلر (flare) موجود که ظرفیت مشخصی دارد. ظرفیت سیستم فلر موجود در واقع به گونه ای طراحی شده است که حضور یک مخزن تحت فشار جدید را در نظر نگیرد، در حالی که مشعل اضافی برای ایجاد یک سیستم جدید برای افزایش ظرفیت سیستم فلر موجود مقرون به صرفه نیست.

از یک طرف، ظرفیت فلر قطعاً نباید از دست برود، یک راه حل نصب اوریفیس محدود کننده است که عملکردی به عنوان محدود کننده جریان دارد.

نصب در پایین دست RO BDV به طور کلی براساس مطالعه بر روی حفاظت از فشار و مطالعه دمش (blowdown) انجام می شود تا از ظرفیت فلر فراتر نرود.

---

میزان فشار قسمت دیگری از شیر کنترل

یک خط بازیافت از یک سیستم فشار بالا (تخلیه یک کمپرسور رفت و برگشتی) و به سیستم فشار پایین (ظرف جداکننده) وجود دارد. بهتر است فشار سیالی را که می خواهید بازیافت کنید با استفاده از شیر کنترلی که طرح خاصی نیست، تنظیم کنید.

شیر کنترل اساساً وظیفه تنظیم جریان سیال را با ایجاد اختلاف فشار بین بالادست و پایین دست دارد. بنابراین این واقعیتی است که افت فشار کافی در شیر کنترل وجود خواهد داشت.

با چنین اختلاف فشار بالایی بین بالادست و پایین دست، شیر کنترل دارای بار کافی برای کاهش فشار سیال است. با کمی انحراف از موضوع اصلی، هنگام طراحی یک شیر کنترلی که دارای افت فشاری بالایی است، ملاحظاتی وجود دارد:

1. در افت فشار بالا که به این معنی است که می توانید فرسایش، ساییدگی یا حفره را در برش شیر کنترل خود خواهید داشت.
2. در افت فشار بالا هیدرات / قطرات مایع / مواد جامد این امکان را دارند که در داخل شیر (بسته به سیال و سایر موادی که حمل می شود) تشکیل شوند.
3. افت فشار زیاد باعث می شود دمای خروجی شیر کنترل بسیار پایین باشد (کاهش فشار معمولاً با کاهش دما همراه است = اثر ژول تامسون)، بنابراین در برخی از دریچه های مواد می تواند منجر به پارگی شود.
4. سرعت بالا به دلیل افت فشار زیاد می تواند باعث فرسایش لوله های پایین دست شود.
5. افت فشار زیاد یعنی مقدار انرژی تلف شده در آشفتگی بسیار زیاد است و باعث ایجاد سر و صدا می شود.

کاربرد جایگزین شیر کنترل از دست رفته برای فشار بالا، استفاده از طراحی خاص شیر کنترل یا دستگاه دیگری به نام اوریفیس محدود کننده است.

برای کاهش بار می توان اوریفیس محدود کننده را بعد از شیر کنترل نصب کرد. مطابق شکل زیر:

برای کاربردها در شیر کنترل در پایین دست، اساساً از اصل / همبستگی استفاده می شود که برای یک نرخ جریان معین و اندازه مشخصی از سوراخ، تفاوت هایی در فشار (فشار دیفرانسیل) خاص وجود دارد. به طور کلی، فشار دیفرانسیل مورد نیاز کاربردها بین شیر کنترل و اوریفیس محدوده کننده است.

با تقسیم فشار دیفرانسیل (سهم DP) اثرات مورد انتظار ارتعاشاتی که در لوله رخ می دهد چندان زیاد نیست، زیرا تغییر اختلاف فشار در یک دستگاه بسیار زیاد است.

لازم به ذکر است که شیر کنترل ابزار اصلی است که فشارهای مختلف را تحمل می کند، به طوری که بیشترین فشار تفاضلی به اوریفیس محدود کننده نمی رسد.