ترموول بهعنوان یکی از مهمترین اجزای حفاظتی در سیستمهای اندازهگیری دما، نقشی کاملاً حیاتی در محافظت از سنسورهای حساس دما—خصوصاً ترموکوپلها و RTDها—در برابر فشار، دما، خوردگی، فرسایش و ضربههای مکانیکی ایفا میکند، و بهدلیل اینکه این قطعه در تماس مستقیم با سیال، ارتعاش، جریان و تنشهای عملیاتی قرار دارد، کوچکترین خطا در طراحی، انتخاب جنس، نصب یا شرایط سرویس میتواند منجر به بروز ترکهای سطحی یا عمقی شود که در ادامه میتواند به شکست ناگهانی و نشتی خطرناک منجر شود؛ بنابراین شناخت دقیق و فنی علتهای ترک خوردن ترموول، بررسی نشانهها و ارائه راهحلهای اصولی برای جلوگیری از خسارت، توقف فرایند و آسیب تجهیزات از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
کلیک کنید: ترموول (THERMOWELL) چیست؟
ترموول چگونه تحت فشار و تنش قرار میگیرد؟
برای فهمیدن اینکه چرا ترموول ترک میخورد، ابتدا باید بدانیم این قطعه در محیط عملیاتی چه نیروهایی را تجربه میکند. هر ترموول در معرض چهار نوع تنش اصلی قرار دارد:
- تنش مکانیکی ناشی از سرعت جریان سیال
جریانهای سرعت بالا باعث اعمال نیروی Drag و فشار مستقیم هیدرودینامیکی روی بدنه ترموول میشوند، و زمانی که این نیروها به فرکانس طبیعی ترموول نزدیک شوند، پدیده خطرناک Vibration Fatigue رخ میدهد. - تنش حرارتی ناشی از تغییرات ناگهانی دما
تغییر شدید دما موجب انبساط و انقباض نابرابر در بدنه ترموول میشود که اگر جنس، ضخامت یا طراحی صحیح نباشد، ترکهای حرارتی ایجاد میشود. - تنش ناشی از فشار داخلی سیستم
ترموولها در سرویسهای فشار بالا، تحت تنش Hoop و Axial قرار دارند. اگر ضخامت کافی نباشد یا جنس ضعیف انتخاب شود، بدنه تحت فشار ترک برمیدارد. - تنش ناشی از نصب نادرست، لرزش تجهیزات دوار، و ضربههای ناگهانی
وقتی ترموول در نزدیکی پمپ، کمپرسور، ولو یا نقاط لرزشی نصب شود، بدنه آن دائماً تحت تنش سیکلی قرار میگیرد.
این چهار دسته تنش، در کنار خوردگی و شرایط نامناسب فرآیندی، ترکیبی از عوامل را میسازند که مستقیماً منجر به ترک خوردن ترموول میشود.
ما در این مقاله در رابطه با ترموول مخروطی و ساختار این نوع ترموول بطور جزئی صحبت کرده ایم.
علتهای اصلی ترک خوردن ترموول
۱. ارتعاش بیش از حد (Vibration Fatigue)
ارتعاش، مهمترین و رایجترین علت ترک خوردن ترموول است. وقتی سرعت سیال به حدی برسد که فرکانس جریان با فرکانس طبیعی ترموول همپوشانی پیدا کند، ترموول وارد ناحیه Resonance شده و تنش سیکلی بسیار خطرناک ایجاد میشود. نتیجه این تنش، ایجاد ترکهای ریز در ناحیه شانه، ساقه یا نوک ترموول است.
اگر طراحی مطابق استاندارد ASME PTC 19.3 TW نباشد، احتمال شکست ناگهانی بسیار بالاست.
۲. شوک حرارتی و تغییرات دمای ناگهانی
وقتی دما خیلی سریع تغییر میکند (مثلاً ورود سیال داغ به لوله سرد یا بالعکس)، بدنه ترموول فرصت انبساط یکپارچه پیدا نمیکند.
نتیجه این عدم تعادل حرارتی:
- ایجاد ترکهای مویی
- ایجاد Hot Spot در داخل فلز
- تسریع شکست حرارتی در ترموولهای طولانی یا باریک
ترموولهایی که ضخامت کمی دارند، سریعتر دچار ترک حرارتی میشوند.
۳. فشار بیش از حد سیستم
در سرویسهای پرفشار، بدنه ترموول دائماً تحت تنش Hoop قرار میگیرد. اگر:
- ضخامت کم باشد
- متریال ضعیف انتخاب شده باشد
- رزوه کیفیت پایین داشته باشد
ترموول در ناحیه اتصال و ریشه رزوه ترک میخورد. این نوع ترکها معمولاً از داخل شروع شده و به بیرون گسترش مییابد.
جهت آشنایی با انواع ترموول فلنجی و نحوه ی عملکرد ترموول فلنجی کلیک کنید.
۴. خوردگی شیمیایی و اکسیداسیون
اگر ترموول در محیط خورنده قرار داشته باشد، واکنشهای شیمیایی و خوردگی بین دما و سیال بهتدریج فلز را ضعیف کرده و باعث ایجاد ترکهای خوردگی (SCC – Stress Corrosion Cracking) میشود.
نمونههای رایج:
- خوردگی کلریدی در استیل 316
- فرسایش در سرویسهای بخار
- ترک ناشی از H2S و سولفیدها
این ترکها معمولاً بهصورت خطوط ریز شعاعی روی سطح بدنه دیده میشوند.
۵. انتخاب اشتباه جنس ترموول
ترموولهایی که جنس آنها متناسب با فشار، دما یا خوردگی محیط انتخاب نشده باشد، خیلی سریع ترک میخورند.
برای مثال:
- SS304 در سرویس کلریدی سریعاً ترک میخورد
- استیلهای ضعیف در دماهای بالا پوستهپوسته شده و شکست میخورند
- Monel یا Hastelloy برای محیطهای خورنده مناسبترند
۶. خطای طراحی: طول زیاد، قطر کم، ضخامت نادرست
اگر L طولانی باشد، ترموول بهصورت یک تیر مرتعش عمل میکند و سریعتر میشکند.
اگر قطر خیلی کم انتخاب شود، مقاومت مکانیکی کاهش مییابد.
اشتباهات طراحی مهم:
- Step Thermowell با قطر اشتباه
- Bore diameter بیش از حد بزرگ
- نوک خیلی باریک
این موارد مقاومت ترموول را بهطور جدی کاهش میدهند.
۷. نصب اشتباه و رزوهکاری نامناسب
نصب اشتباه میتواند:
- تنش غیرطبیعی ایجاد کند
- نقطه تمرکز تنش بسازد
- آببندی را ضعیف کند
- رزوه را ناقص و شکننده کند
ترموولهایی که بیش از حد سفت بسته میشوند، در رزوه ترکهای اولیه تشکیل میدهند که بعدها باز شده و منجر به شکست ناگهانی میشوند.
خواندن این مقاله را از دست ندهید:ترموول سرامیکی با نصب آسان و عملکرد مطمئن
نشانههای ترک خوردن ترموول (علائمی که نباید نادیده بگیرید)
نشانههای اولیه ترک در ترموول شامل:
- نوسان غیرعادی در مقدار دما
- پاسخدهی کند یا ناپایدار سنسور
- لرزش محسوس در خط لوله در محل نصب
- وجود لکههای خوردگی روی بدنه
- نشت سیال از محل نصب (علت ترک در رزوه)
- صدای غیرعادی هنگام عبور جریان
در مراحل پیشرفتهتر، ممکن است:
- سنسور کاملاً از عملکرد خارج شود
- ترموول بشکند و وارد خط شود (بسیار خطرناک)
- نشتی شدید ایجاد شود
جهت مطالعه ی تفاوت ترموکوپل و ترموول کلیک کنید.
راهحلهای مهندسی و قطعی برای جلوگیری از ترک خوردن ترموول
۱. طراحی مطابق استاندارد ASME PTC 19.3 TW
این استاندارد دقیقترین معیار برای طراحی ایمن ترموول است و پارامترهایی مانند:
- فرکانس طبیعی
- طول غوطهوری
- سرعت بحرانی جریان
- تنش خستگی
را محاسبه میکند.
۲. انتخاب صحیح جنس
بر اساس شرایط سرویس:
| شرایط | جنس مناسب |
|---|---|
| محیط خورنده | Hastelloy / Monel |
| دمای بالا | Inconel / SS310 |
| کلریدی | Duplex / Super Duplex |
| بخار | SS316 |
۳. کاهش طول و افزایش مقاومت بدنه
- Short Thermowell
- Tapered Stem
- افزایش ضخامت دیواره
این موارد مقاومت ارتعاشی را بهشدت افزایش میدهد.
۴. جلوگیری از نصب ترموول در نقاط پرارتعاش
ترموول باید حتماً:
- با فاصله از پمپ و کمپرسور نصب شود
- در نقاط با جریان پایدار قرار گیرد
- در لاینهایی که ساپورت مناسب دارند استفاده شود
۵. استفاده از ترموول فلنجی بهجای رزوهای در سرویسهای پرفشار
اتصال فلنجی:
- مقاومت مکانیکی بالاتر
- آببندی بهتر
- تحمل فشار بیشتر
دارد و احتمال ترک در رزوه را حذف میکند.
۶. پایش دورهای و بازرسی غیرمخرب
برای ترموولهای حساس:
- تست PT
- تست UT
- ویژوال کنترل دورهای
- اندازهگیری میزان خوردگی
ضروری است.
ترک خوردن ترموول نتیجه مجموعهای از عوامل شامل ارتعاش، فشار، شوک حرارتی، خوردگی، طراحی اشتباه و نصب نادرست است. هر ترموول باید براساس استاندارد، جنس مناسب، طول درست و محل نصب صحیح انتخاب شود. با رعایت اصول طراحی، انتخاب متریال، بازدید دورهای و کنترل ارتعاش، میتوان احتمال ترک را تقریباً به صفر رساند و ایمنی سیستم اندازهگیری دما را تضمین کرد.
مشاوره قبل از خرید
برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با خرید محصولات میتوانید با شماره تلفنهای زیر تماس بگیرید:
همه را میتوانم برای شما تهیه کنم.