POSUDE POD PRITISKOMIzgradnja procesnih, termoergetskih, hidroenergetskih, vodoskrbnih, transportnih i raznih drugih postrojenja podrazumijeva pored ostalog ugradnju većeg broja posuda pod pritiskom različitih klasa. Ovo opravdava tvrdnju da posude poprimaju sve osnovne karakteristike elemenata mašinogradnje u najširem smislu, a u izračunavanju se mogu uvesti u grupu općih elemenata urađaja. Iz tih razloga posude se projektuju i izrađuju po zajedničkim pravilima, u zavisnosti kojoj klasi pripadaju. Najčešće podjela posuda pod pritiskom je ona prema izvedbi.

Slika Podjela posuda pod pritiskom

Problem sigurnog i pouzdanog rada posude pod pritiskom prisutan je u zemljama koje se bave projektovanjem procesnih i drugih postrojenja. Može se reći da energetska i procesna postrojenja predstavljaju vrlo složen skup konstrukcija, među kojima posude pod pritiskom zauzimaju značajno mjesto. Status posuda je različito riješen u raznim zemljama. U nekim zemljama ova oblast je obuhvaćena tehničkom regulativom koja se nalazi u nadležnosti ministarstva (normi, standarda i propisa, sa nadzorom u toku izrade u eksploatacije).

U većini razvijenih zemalja tehnička regulativa se realizira preko nevladinih stručnih organizacija, kao sto su ASME u USA, AD u Njemačkoj i druge. Praćenje i provjera integriteta posude u izradi i eksploataciji, u tim zemljama vrši se od strane nedržavnih organizacija. Usporedba preporuka, propisa i standarda koji su najčešće u primjeni za posude pod pritiskom uz analizu posljedica hidrauličnih proba izvedenih po navedenim standardima, treba da posluzi kao doprinos definiranju Pravilnika o tehničkim normativima za posude.

Posude pod pritiskom rade u uslovima različitih opterećenja i naprezanja, koje treba u prvom koraku projektiranja utvrditi. Projektant na početku izrade projekta ima zadatak da ispravno ocijeni značenje pojedinih opterećenja i naprezanja, te odabere za primjenu one cilj je utjecaj značajniji. Tom prilikom treba voditi računa i 0 neophodnom i zahtijevanom stepenu sigumosti i pouzdanosti u. primjeni i u skladu sa standardima i propisima kao i saznanjima iz prakse.

Slika regulative za posude pod pritiskom.

Prema tome pri sastavljanju projekta treba raspolagati sa podacima o: mirnom opterećenju od unutrašnjeg pritiska,

udarnom i promjenjivom opterećenju, hidrostatskom pritisku radnog medija, opterećenju vlastitom težinom, opterećenju od radnog medija, opterećenju priključnim cjevovodima, opremom, izolacijom, zaštitnim oblogama

protiv korozije, erozijom, opremom praćenja rada (dijagnostičkom opremom), opremom ispitivanja (testiranja),

toplotnim opterećenjem, opterećenjem od vjetra, opterećenjem potresom, opterećenjem vibracijama izazvanih radom drugih mašina i aparata, naprezanja radi posebnih uslova prijevoza i montaže lokalnim naprezanjima na mjestima priključaka, oslonaca, opterećenjem vlastitim vibracijama u radu, opterećenju vibracijama dodatnih uređaja, opterećenjem od posljedica građevinskih radova izraženo kroz slijeganja tla i slično.

KONSTRUKCIJA POSUDE

Konstrukcija posude proizlazi iz uslova u kojima se koristi, zahtijevane sigurnosti u radu i vijeka trajanja. Materijali uskladišteni u posudama ili materijali koji učestvuju u procesu u koji je uključena posuda, imaju različita svojstva i izazivaju različite unutrašnje pritiske i temperature. Prema standardima koji se uglavnom primjenjuju kod nas, prečnici po sud a su standardizirani. Kod posuda u kojima vlada pod pritisak primjenjuju se prstenovi za ukrućivanje zbog opasnosti gubitka stabilnosti oblika.

Za tankostjene posude smatraju se posude kod kojih je debljina stjenke manja od 5% promjera, a tak proračuna znatno se razlikuje od debelostijenih posuda. Ove posude se dimenzioniraju na osnovama napona i deformacija. U tim proračunima stjenka posude se gleda kao vrlo tanak omotač ako zadovoljava uslove:

da je debljina stjenke vrlo mala u odnosu na prečnik visinu pa se uzima da se nominalni naponi ne mijenjaju po debljini,

da je po svom obliku posuda simetrično obrtno tijelo, da opterećenje mora biti simetrično s obzirom na osu simetrije posude.

KLASE POSUDA POD PRITISKOM

Zahtijevana klasa proizvoda treba da zadovolji u svakom periodu eksploatacije. Ako se u izradi ili u eksploataciji utvrdi da klasa posude ne može biti zadovoljena, tada se predlaže sniženje klase primjenom općih i lokacijskih faktora. Ovo znaci da će se posmatrana posuda ugraditi u uslovima eksploatacije gdje se zahtijeva niza klasa posude, odnosno za odgovarajuće područje primjene te posude.

U tabeli 38 je data orijentaciona primjena posuda pod pritiskom prema klasama.

Tabela 38 Orijentaciona primjena posuda pod pritiskom prema klasama.Klasa Područje primjeneI Glavne posude u nuklearnim postrojenjima, posude sa jako otrovnim medijima,

najveće posude sa otrovnim, eksplozivnim ili zapaljivim medijimaII Veoma važne i veće posude u industrijskim i energetskim postrojenjima:

reaktori, kolone, izmjenjivači, veliki parni kotlovi, velike noseće čelične konstrukcije, mostovi, veliki brodovi i druge mašine.

III Srednji i mali proizvodi navedeni u klasi II, koji mogu u slučaju otkaza uzrokovati manje probleme od onih u klasi II.

IV Proizvodi koji u slučaju otkaza uzrokuju mali ili zanemarivi rizik za ljudi, imovinu ili biološku okolinu, kao što su male posude sa vodom i sl.

14. MJERENJE PROTOKA

Protok je jedna od osnovnih fizikalnih veličina koja se mjeri u industrijskom pogonu. Mjerenjem protoka određuju se energetske i materijalne bilance na osnovu kojih se određuje produktivnost procesa proizvodnje. Istovremeno protok je najčešće i osnovna veličina čijom se promjenom upravlja procesom proizvodnje. Mjerenje protoka kapljevina, plinova, višefaznih tekućina i suspenzija je složeno, podložno je brojnim pogreškama, i zato je razvijen je veliki broj različitih mjernih postupka u svrhu preciznog i pouzdanog mjerenja.

PODJELA METODA MJERENJA PROTOKA mjerenje na osnovu pada pritiska na suženju u cijevi, elektrodinamičko mjerenje protoka, ultrazvučno mjerenje, LDA laserski Dopplerov anemometar, anemometri sa vrućom žicom, Thomasov uređaj, mjerenje i regulacija masenog protoka, "mass flow meter" mehanički anemometri

ODREĐIVANJE PROTOKA MJERENJEM PADA PRITISAKA NA SUŽENJU

Na slici prikazano je protjecanje tekućine (kapljevine ili plina) kroz cijev u koje je ugrađeno mjerno suženje. Zbog suženja dolazi do povećanja brzine tekućine i pada pritiska. Strujnice tekućine su putanje djelića tekućine koja protječe kroz cijev i njihovo maksimalno skupljanje je na mjestu iza najužeg geometrijskog otvora. Na slici su tri karakteristična mjesta označena brojevima 1,0 i 2. Mjesto 1 je ispred otvora suženja i dovoljno udaljenog od njega tako da ne dolazi do promjene brzine ili pritiska zbog prisustva ugrađenog suženja. Mjesto sa oznakom 0 je mjesto otvora suženja, a mjesto sa oznakom 2 je gdje se strujnice najviše skupljaju i mlaz tekućine ima minimalni presjek.

Slika Prikaz strujnica, srednje brzine tekućine i pritiska kod protjecanja tekućine kroz mjerno suženje u cijevi.

Neki od uobičajenih oblika mjernih suženja prikazani su na slici 4.

Slika 4. Standardna mjerna suženja: A) mjerna ploča; B) Venturijeva cijev, C) mjerna mlaznica, D) Pitotova cijev, E) mjerno koljeno

MJERENJE PROTOKA ROTAMETROM

Rotametar je najčešće upotrebljavani uređaj za mjerenje protoka u laboratoriju, a često se koristi i procesnoj industriji. Velika zastupljenost rotametra je posljedica jednostavnosti uređaja, široke primjenljivosti s obzirom na mogućnost mjerenja protoka plinova i kapljevina i vrlo veliki mjerni opseg.Mjerenje rotametrom se također zasniva na povezanosti pada pritiska koji nastaje protjecanjem kroz suženje i protoka tekućine. Za razliku od ugrađenih suženja koja imaju konstantan otvor , kod rotametara je površina suženja promjenljiva. Suženje tvori element ( ronilo ) koji je uronjen u tekućini kroja protječe kroz prozirnu vertikalnu cijev.Cijev ima promjenljivi radijus, najuži presjek na ulazu u cijev a najširi na izlazu. Tekućina protječe kroz prsten između ronila i cijevi. Položaj ravnoteže određen je težinom ronila ( G ), uzgonom ( FU ) i silom ( FT ) koja tekućina djeluje na ronilo. Mjerni signal je položaj ronila ( x ) koji se očita na skali uz cijev.

Slika 7. Shematski prikaz načela mjerenja protoka rotametrom.

Ronila se izrađuju u različitim oblicima i iz materijala kao što je staklo, metal i plastika. Izborom materijala mijenja se gustoća ronila a oblik bitno utječe na faktor trenja tako da se

podešavanjem tih parametara može postići podešavanje mjernog opsega od vrlo malih protoka do velikih protoka koji dolaze u industrijskim pogonima.

Slika 9. Različiti oblici ronila za rotametre.

Pregled karakteristika: mjerni signal je položaj ronila, mjerenje protoka kapljevina i plinova, široko mjerno područje, naročito za mjerenje vrlo malih protoka, mjerenje se može provesti pri različitim temperaturama i pritisakovima, baždarenje se mora provesti posebno za svaku tekućinu i uvjete ( temperaturu i

pritisak), kod baždarenja treba osigurati stalnu temperaturu i pritisak, čistoću tekućine, položaj

cijevi rotametra mora biti strogo vertikalan i eliminirati vrtloženje tekućine prije ulaska u cijev rotametra,

stalni pad pritiska na rotametru, dobra tačnost mjerenja ali bitno zavisi od tačnosti baždarne karakteristike, loša strana rotametara je nemogućnost mjerenja protoka tekućina u kojima ima krutih

čestica ( biomase) ili kapljevina sa mjehurićima plinova, za pretvaranje položaja ronila u električni signal potrebno je upotrijebiti transformator

razlike ( ronilo je mehanički povezano sa jezgrom transformatora) ili elektromehaničko slijedilo pomaka ronila.

ELEKTRODINAMIČKO MJERENJE PROTOKA

Tekućina koje protječe kroz cijev je električki vodljiva i njezino protjecanje kroz magnetsko polje je analogno gibanju svitka električnog vodiča između polova magneta. Upotrebljava se izmjenično magnetsko polje da se izbjegne trajna polarizacija elektroda.Osnovne karakteristike:

kapljevina mora imati minimalnu električnu vodljivost (prirodna voda, vodene otopine), ne može se primijeniti za deioniziranu vodu, ugljikovodike (nafta, benzin),

električna vodljivost ne utječe na mjerni signal, linearnost karakteristike u cijelom mjernom opsegu, precizno umjeravanje za cijeli

mjerni opseg, neovisnost mjernog signala EMS od ostalih svojstava tekućine kao što su gustoća,

viskoznost, temperatura, pritisak, može se primijeniti za mjerenje protoka dvofaznih tekućina ili suspenzije krutih

čestica, nema pada pritisaka protjecanjem kroz uređaj.

Slika 10. Shematski prikaz elektrodinamičkog mjerenja protoka

Slika 11. Elektrodinamički instrument za mjerenje protoka. Maksimalni mjerni opseg 0 - 3 m3 min-1 vode, klasa tačnosti 0,5 %.

Slika 12. Elektromagnetsko mjerenje protoka s poprečnom ugradnjom.

ULTRAZVUČNO MJERENJE PROTOKA

Mjerenje se zasniva na Dopplerovom efektu, odnosno na činjenici da se frekvencija ili valna dužina ovisi i o brzini izvora.

Slika 13. Shematski prikaz ultrazvučnog uređaja za mjerenje protoka:A) metoda s prolaskom vala: v je srednja brzina tekućine, νI i νD su frekvencije ultrazvuka izvora ( I ) i detektora ( D ), α je kut priklona snopa ultrazvuka, M je mjehurić zraka na kojemu dolazi da refleksije ultrazvuka i R je radijus cijevi; B) metoda s refleksijom vala.

Izvori i dektetori su piezoelektrični kristali, frekvencije υ ∈ (100 kHz ,5MHz), pomak frekvencije Δν = k (proporcionalan brzini), pomak reda veličine Δν ≈10 Hz, kapljevina mora imati barem 25 ppm mjehurića zraka ili krutih čestica većih od 30μm , uređaj ima veliki

mjerni opseg, od 0,01 m/s do 1000 m/s, klasa tačnosti 0,5 %, ne postoji pad pritisaka protjecanjem kroz uređaj.

Slika 14. Dopplerov mjerilo protoka:

MJERILO " MASENOG PROTOKA " (mass flow meter, ili Thomasovo mjerilo)

Precizno mjerenje protoka kapljevina i plinova ostvareno je preciznim mjerenjem toplinske bilance koja je uvjetovana masenim protokom tvari. Načelo mjerne metode prikazano je na slike 17-18.

Slika 17. Shematski prikaz Thomasovog uređaja za mjerenje protoka.

Toplina se razvija u namotaju žice oko cijevi i kondukcijom kroz stjenku se prenosi na tekućini koja protječe kroz cijev. Temperatura se precizno mjeri prije grijača T1 i poslije grijača T2. Razlika temperature mjeri se u spoju termometara u Wheastoneovom otporničkom mjernom mostu. Mjerni signal masenog protoka je razlika napona (temperatura) na granama Wheastoneovog mosta. Bilancom je određena relacija između protoka i razlike temperature.

Slika 18. Shematski prikaz izvedbe masenog mjerila protoka s Pt100 mjernim osjetilom.

MEHANIČKA MJERILA PROTOKA

Najjednostavnije načelo mjerenja protoka zasniva se na prijenosu količine gibanja tekućine (kapljevine ili plina) na mehanički uređaj s rotorom (slika 26, 27).

Slika 26. Shematski prikaz mjerenja protoka rotorom: A) skica, B) konstrukcija

Rotacija propelera osjetila elektromagnetskom indukcijom pretvara se električni mjerni signal. Mjerni signal (napon) je proporcionalan brzini vrtnje, odnosno prosječnoj brzini protjecanja tekućine cijevi. Zbog složenosti hidrodinamičkih efekata potrebno je mjerni uređaj posebno baždariti za svaku tekućinu pri određenoj temperaturi i pritisaku (za plinove). Nedostatak mjerne metode je pad pritisaka koji nastaje na propeleru, nemogućnost mjerenja protoka višefaznih tekućina (suspenzija krutine ili plina).

MJERENJE RAZINE

Razinu definiramo kao visinu stupca kapljevine (ili sipkog materijala) u nekom spremniku, reaktoru ili nekoj drugoj procesnoj jedinici. Uobičajna oznaka za razinu je h i izražava se u metrima, h (m).Metode mjerenja razine:

mehanički pretvornici razine, tlačna mjerila razine, električni pretvornici razine, rastezna osjetila razine (vage za mjerenje razine), ultrazvučno mjerenje razine.

Mehanički pretvornici razine

Mehanički pretvornici razine su različite kombinacije kojima se pomak šuplje kugle ( plovak ) pretvara u mjerni signal. Jednostavan primjer takovog uređaja prikazan je na slici (A). Plovak je povezan preko kolutura sa protuutegom čiji položaj se može očitati na skali. Položaj protu-utega može se pretvoriti u električni signal ako se mehanički poveže sa kliznikom potenciometra. Pad napona na takovom potenciometru je proporcionalan pomaku, odnosno razini kapljevine u posudi.

Slika 1. Shematski prikaz načela mehaničkih pretvornika razine (A), elektro-mehaničkog (B) i " pokazne cijevi" (C).

Tlačno mjerenje razine

Povezanost hidrostatskog pritisaka i razine se koristi za tlačna mjerila. Jednostavan način mjerenja je ugradnja dvaju manometara pri dnu i na vrhu spremnika.

Slika 3. Načela tlačnih postupaka mjerenja razine.

Električni pretvornik razine (kapacitivna metoda)

Kapacitivno mjerenje razine zasniva se na razlici dielektrične konstante plina (zraka) iznad kapljevine i dielektrične konstante kapljevine. U posudi se nalaze uronjene dvije ravne ploče između kojih se nalazi kapljevina i plin iznad kapljevine. Između ploča nalazi razlika električnog potencijala tako da ploče tvore ravni kondenzator. Ukupan kapacitet je zbroj kapaciteta C1, kondenzatora za koji je dijalektrik zrak, i dijela C2, za koji je dielektrik tekućina.

slika 5. Shematski prikaz načela kapacitivnog mjerenja razine.

Slika 6. Primjeri kapacitivnog mjerenja razine: A) mjerenje graničnih položaja, B) mjerenje razine vodljive kapljevine.

Slika 7. Mjerenje razine: A) graničnih položaja u položenom spremniku, B) mjerenje položaja granične plohe dviju nemiješljivih kapljevina (ulje-voda).

Ultrazvučno mjerenje razine

Primjena ultrazvuka omogućava bezkontaktno mjerenje razine. Metoda se primjenjuje za mjerenje razine kapljevina i sipina (sloja sitnih krutih čestica). Mjerni signal je razlika u vremenu između impulsa emitiranog iz izvora ultrazvuka i signala koji nakon refleksije sa površine sipine ili kapljevine se vraća u detektor.

Slika 8. Shematski prikaz načela ultrazvučnog mjerenja razine pomoću ultrazvuka.

MJERENJE PRITISKA

Definicija pritiska:Pritisak u točci na orijentiranoj povr.ini određen je limesom omjera normalne komponente sile Fn i površine S kada površina postaje beskonačno mala.

Slika Shematski prikaz definicije pritisaka.

Oznaka za pritisak je P a osnovna SI jedinica je Pa (Pascal ). Prema definiciji za pritisak je 1 Pa omjer sile od 1 N ( Newtona ) i površine od 1 m2. Jedinica Pa je mala po iznosu tako da se u tehnici vrlo često koristi jedinica 1 bar koja je 105 veća od 1 Pa. Ostale jedinice su:SI Pascal Pa 1 Pa = 1 N/m2SI bar bar 1 bar = 105 Panije SI tehnička atmosfera at 1 at = 98 066,5 Panije SI fizička atmosfera atm 1 atm = 101 325 Panije SI Torr ( = 1 mm Hg ) Torr 1 Torr = 133,322 Panije SI mm H2O mmH2O 1 mm H2O = 9,806 65 Pa

DEFORMACIJSKI MANOMETRI

Deformacijski manometri rade na osnovu elastične deformacije materijala koja nastaje pod djelovanjem razlike pritisaka. Dijele se na:

Bourdonove cijevi Membrane mjehove

Bourdonova cijev je najčešće u industriji upotrebljavani manometar. Izrađen je od elastičnog i šupljog srpa koji ima jedan kraj učvršćen za kućište instrumenta a drugi kraj mu je slobodan. Zbog razlike pritisaka u cijevi manometra i okoline dolazi do savijanja slobodnog kraja čiji se pomak pomoću mehanizma pretvara u zakret kazaljke instrumenta. Budući da je deformacija Bourdonove cijevi određena razlikom mjerenog i vanjskog pritisaka, to takovi manometri uvijek mjere nadpritisak iznad atmosferskog.

Slika 7. Shematski prikazi različitih izvedbi Bourdonove cijevi.

Slika 8. Bourdonovi manometri: A) analogni (s kazaljkom), mjerni opsezi 0-1 bar, 0-50 bar, klasa tačnosti 3 %; B) digitalni mjerni opsezi 0-1 bar, 0-100 bar, klasa tačnosti 0,25 %, mjerni

signal 4 - 20 mA

MJERENJE TEMPERATURE

Temperatura je jedna od osnovnih intenzivna fizička veličina stanja pomoću koje se u termodinamici definira toplinska ravnoteža sistema. Temperatura je najčešće mjerena veličina u laboratoriju i u industriji. SI jedinica za temperaturu je kelvin, oznaka je K, i definiran je relacijom 1 K = temperatura tačke ključanja vode / 273,16oC. Ravnopravno sa stupnjem K koristi se jedinica stepen Celzusa, oC, i obje jedinice su iste po iznosu, ali je ishodište temperaturne skale pomaknuto tako da se odnose prema relaciji T / K = 273,15 + t / oC.Metode mjerenja temperature:

dilatacijski termometri, otpornički. Termočlanci, radijacijski termometri

DILATACIJSKI TERMOMETRI

Materijali u pravilu povećavaju svoj volumen porastom temperature. U svrhu mjerenja temperature koristi se širenje kapljevina, metala i plinova. Dilatacijske termometre dijelimo na:

metalne ( bimetalni termometri ), kapljevinske ( živin, alkoholni i drugi termometri ), plinski ( plinski N2 termometar ).

Zavisnost volumena ili dužine kapljevina i metala o temperaturi je teško teoretski odrediti sa potrebnom tačnošću tako da se najčešće upotrebljavaju polinomne aproksimacije.

Bimetalni termometri

Metali sa malim i velikim koeficijentom širenja, koristi sa za izradu bimetalnih termometara. Na slici 1. je prikazana ravna bimetalna traka. Metali A i B su zavareni po dužini tako da imaju zajedničku plohu. Donji kraj trake je učvršćen za kućište instrumenta ili uređaja, a drugi kraj je slobodan i pomičan. Na referentnoj temperaturi To obje su trake iste dužine. Povećanjem temperature traka A sa većim koeficijentom širenja deformira se tako da pravi veći luk od metala B, i obrnuto, na nižoj temperaturi traka A radi manji luk. Na taj način se pomak kraja bimetalne trake koristi kao mjerni signal, na primjer pretvara se u pomak kazaljke termometra.

Slika 1. Shematski prikaz bimetalnog termometra u obliku ravne trake.

Slika 2. Tipičan primjer bimetalnog termometra.

Pomak bimetala se vrlo često koristi za uključivanje i isključivanje raznih sklopki kod termostata. Na taj način se vrlo jednostavno izvodi dvopoložajna regulacija temperature.

Plinski termometar

Plinski termometri imaju posebnu primjenu za mjerenje temperature u hemijskim pogonima i rafinerijama gdje se ne smije upotrijebiti električni signal zbog mogućnosti zapaljenja. Termometar je izveden iz metalnog spremnika (balona) ispunjenog N2 i povezanog pomoću kapilare sa Bourdonovim manometrom.

Slika 3. Shematski prikaz plinskog termostata.

OTPORNIČKI TERMOMETRI

Otpornički termometri imaju električni otpor materijala kao mjerni signal temperature. Koriste se metali, čista Pt ili legure, i poluvodiči. Otpornički termometri izvedeni iz poluvodiča nazivaju se termistori. Najznačajniji otpornički termometar je izveden iz čiste platine, i najčešće je izveden tako da ima otpor od 100 Ω na temperaturi od 0 oC . Takav termometar naziva se Pt100 i upotrebljava se kao standardni termometar, za mjerno područje od 13,8 do 903,9 K.

Slika 5. Prikaz tipičnih oblika termistora.

Osjetljivost mjernog signala termistora je vrlo velika, uobičajena vrijednost je od 1-500 Ω/ΩK na temperaturi od 0 oC.Glavne značajke termistora:

veliki otpor, velika osjetljivost mjernog signala,

nelinearna baždarna funkcija ( za šire mjerne opsege ), mala vremenska konstanata (postoje izvedbe sa τ ≈ 1 ms ), mala struja opterećenja, I < 10 μA, relativno nestabilna baždarna karakteristika, dužom upotrjebom dolazi do trajnih

promjena u poluvodiču i mijenja se karakteristika tako da je potrebno ponavljati baždarenje,

reproducibilnost temperature +/- 0,01 oC tačnost mjerenja je manja od standardnog Pt100 termometra

TERMOČLANAK

Termočlanci ili termoparovi su vrlo često upotrebljavani termometri za mjerenja temperature u laboratorijskim i industrijskim uvjetima. Različitim izborom termočlanaka može se pokriti vrlo veliko mjerno područje, od vrlo niskih do vrlo visokih temperatura. Glavna prednost termočlanaka je njihova jednostavnost i neposredni električni mjerni signal. Termočlanak se u svrhu mjerenja temperature u procesu mora pomoću posebnih vodiča, nazivaju se kompenzacijski kablovi, spajati s instrumentom i/ili A/D pretvornikom za prijenos signala do elektroničkog računala. Kompenzacijski kablovi prilagođeni su izboru vodiča termočlanka, i u svrhu postizanja maksimalne tačnosti mjerenja propisani su posebnim standardom.

Slika 17. Prikaz povezivanja termočlanka s instrumentom pomoću kompenzacijskog kabla.

MJERENJE TEMPERATURE ELEKTROMAGNETSKIM ZRAČENJEM

Termometri čiji rad se zasniva na mjerenju intenziteta elektromagnetskog zračenja nazivaju se radijacijski termometri i pirometri. Intenzitet zračenja tijela, tekućina i plinova, je funkcija temperature, valne dužine i optičkih svojstava površine. U fizici se tijelo koje ima maksimalan intenzitet zračenja i apsorpcije elektromagnetskog zračenja na svakoj temperaturi zove se "crno tijelo". Za crno tijelo je intenzitet zračenja samo funkcija temperature i valne dužine.

OPTIČKI TERMOMETAR

Instrument se sastoji od cijevi sa dvije konveksne leće, žarne niti i filtara crvene boje. Žarna nit se zagrijava prolazom električne struje, i sama struja je mjerni signal. Mjerenje se provodi tako da se otvor cijevi instrumenta usmjeri prema površini tijela kojemu se mjeri temperatura. Elektromagnetsko zračenje prolazi kroz okular, prvu leću, i skuplja se u žarištu. U žarištu se nalazi staklena cijev sa žarnom niti. Ta tačka je ujedno i žarište druge leće, odnosno okulara. Kroz okular prolazi elektromagnetsko zračenje sa mjerenog objekta i žarne niti. Iza okulara nastaje paralelan snop zraka koje zatim prolaze kroz filtar crvene boje. Filtar je nepropustan za sve valne dužine vidljivog spektra osim za dio u području crvene boje, λ=0,65 μm.

Slika 27. Shematski prikaz optičkog pirometra.Osnovni dijelovi mjernog uređaja su prikazani na gornjoj slici. Termometar se sastoji od cijevi u kojoj se na ulaznom dijelu nalazi objektiv (L) kojim se fokusira elektromagnetsko zračenje koje dolazi sa površine objekta temperature T. U žarištu objektiva nalazi se metalna pločica (crno tijelo) koja ima maksimalni faktor apsorpcije elektromagnetskog zračenja. Na površini pločice zavaren je jedan, ili više, termočlanaka kojim se mjeri temperatura pločice, i elektromotorna sila EMS termočlanka je mjerni signal za temperaturu objekta T. U početku mjerenja je temperatura pločice na temperaturi instrumenta i nakon što se instrument usmjeri prema površini objekta dolazi do apsorpcije elektromagnetskog zračenja u pločici. Tokom početka mjerenja temperature pločice stalno raste ali sve sporije jer povećanjem njezine temperature povećava intenzitet emisije pločice. Mjerni signal se očita kada je uspostavljeno stacionarno stanje, odnosno kada je apsorbirana snaga na površini pločice jednaka isijanoj snazi sa pločice.

Slika 31. Radijacijski termometar: A) termometar s digitalnim očitanjem, B) optički dio termometra s kablom za povezivanje s instrumentom.

Regulator pritiska

U domaćinstvima i u zanatstvu u Njemačkoj većina aparata na tečni gas ima priključni pritisak od 50 mbar. Kod nas je 30 mbar, mada svi aparati imaju svoju regulaciju pritiska pa regulator može da se priključi na 50 mbar. Pritisak tečnog gasa u bocama, odnosno rezervoarima, iznosi zavisno od temperature tečne faze, znatno više. Stoga se pritisak gasa prije upotrebe mora oboriti. Gasni aparati osim toga rade optimalno (visok stepen iskorištenja, besprijekorno higijensko sagorevanje), samo kada se zadržava ravnomjeran pritisak. Direktno uzimanje (oduzimanje) gasa iz boce, bez međuspoja regulatora pritiska, bilo bi iz sigurnosno tehničkih razloga uslijed visokog pritiska tečnog gasa u rezervoaru, vrlo opasno za kućne aparate. Osnovni zadatak regulatora pritiska je da na određenom mjestu cjevovodne instalacije održava konstantan pritisak gasa, nezavisno od pramena kapaciteta i pritiska ispred regulatora. Takav konstantan pritisak je moguće održavati preko podešavanja protoka. Na taj način regulatori pritiska obavljaju dvije funkcije:

održavaju konstantan pritisak gasa;

podešavaju količinu protoka gasa prema promjenljivim zahtjevima potrošača.

U zavisnosti od kapaciteta, početnog i krajnjeg pritiska, mjesta postavljanja i namjene, regulatori pritiska se međusobno razlikuju po svojoj konstruktivnoj izvedbi, obliku i dimenzijama. Odobren uređaj (atestiran) ili oprema u smislu ovih zahtjeva znači svaki uređaj, odnosno oprema, koji su ispitani od strane domaće ustanove ili priznate inostrane ustanove, koji ispunjavaju uslove predviđene važećim nacionalnim standardima.

Tabela 7.1: Podjela regulatora pritiska po svrsi upotrebe DIN 4811Dio 1 Regulatori pritiska za aparate za kampovanje.Dio 3 Regulatori pritiska za postrojenja na tečni gas za radni pritisak od 4 barDio 4 Regulatori pritiska i sigurnosni uređaji sa neregulisanim ulaznim pritiskom za

sisteme bocaDio 5 Regulatori pritiska i sigurnosni uređaji sa neregulisanim ulaznim pritiskom za

stacionarne rezervoare tečnog gasaDio 6 Regulatori pritiska i sigurnosni uređaji za postrojenja sa regulisanim ulaznim

pritiskom do 1 barDio 7 Regulatori pritiska za postrojenja tečnog gasa u putničkim i vozilima za sportove na

vodi za postrojenja sa neregulisanim ulaznim pritiskom

Prema principu rada regulatori se dijele na dvije glavne grupe: regulatori sa direktnim i regulatori sa indirektnim djelovanjem. Kod regulatora sa direktnim djelovanjem pramena izlaznog pritiska gasa stvara silu koja je potrebna za ostvarivanje regulacije njegove veličine. To se jasnije vidi sa slike 7.1 na kojoj je data pojednostavljena šema regulatora. Osnovni dijelovi tog regulatora su, pored njegovog kućišta 1, ventil 2, membrana 3 i mehaničko opterećenje membrane 6. Regulator mora još da ima zaptivku 4, spojnu cijev 5, odušni otvor 7 i prostor ispod membrane 8.

Slika 7.1 Šema rada regulatora pritiska sa direktnim djelovanjem.

Pri djelovanju opterećenja 6 i sopstvene težine, membrana se zajedno sa ventilom (vezanim sa njom) spušta i formira otvor za prolaz gasa, uslijed toga iza ventila dolazi do postepenog povećanja pritiska. Takav pritisak se prenosi kroz spojnu cijev 5 u prostor ispod membrane 8 i

djeluje na membranu dejstvom suprotnim od dejstva opterećenja i ventila. Membrana se sa ventilom spušta sve do trenutka dok se iza regulatora ne stvori pritisak koji je u stanju da se uravnoteži sa dejstvom opterećenja i ventila. Daljim povećanjem pritiska gasa iza regulatora dolazi do toga, da je d pritiska ispod membrane veće od suprotnog dejstva opterećenja i ventila pa se radi toga membrana diže, u isto vrijeme smanjuje otvor ventila i zatvara ga. S druge strane, sa smanjivanjem pritiska iza regulatora, membrana se spušta dole i otvara ventil regulatora, čime se povećava protok gasa kroz regulator i dovodi do povećanja pritiska gasa. Na taj način, promjena izlaznog pritiska se prenosi na membranu podižući se ili spuštajući se, više ili manje otvara ventil i tako ostvaruje regulaciju veličine pritiska. Kod regulatora sa indirektnim djelovanjem, pramena izlaznog pritiska: utiče direktno na membranu, to jest direktno ne stvara silu potrebnu za regulaciju. Takvi regulatori rade uz pomoć spoljnjeg energetskog pneumatskog (vazduh ili gas) i hidrauličnog (ulje ili tečnost). Promjena izlaznog pritiska utiče na komandni element preko koga se uključuje dejstvo spoljnjeg izvora energije, kojim se ostvaruje tražena regulacija (pritiska). Regulatori sa direktnim djelovanjem su manje osjetljivi od onih sa indirektnim. I pored slabijih karakteristika, imaju veću primjenu kod industrijskih i drugih potrošača zbog jednostavnosti konstrukcije, cijene koštanja i jednostavnosti rukovanja.

Regulatori pritiska za protoke iznad 1,5 kg/h i za nazivni pritisak aparata od 50 mbar moraju biti opremljeni sa sigurnosnoodušnim ventilom. Kada su regulatori pritiska instalirani u prostoriji, odušni vod se mora odvesti napolje. Za regulatore pritiska sa ulaznim pritiskom < 1 bar sa sigu membranom nisu potrebni sigurnosnoodušni ventili.

Regulatori pritiska za protoke preko 1,5 kg/h i za nazivni pritisak od 50 mbar moraju imati dodat sigurnosnozaporni ventil (SAV), koji prekidaj protok gasa, kako ne bi nastao nedozvoljen porast pritiska. Pritisak zatvaranja sigurnosnozaporni ventil je 100 ±20 mbar. Sigurnosno zaporniventil može da se kombinuje sa regulatorom pritiska (SI. 7.2 prikazuje riješene regulatora pritiska za bocu sa sigurnosno zapornim ventilom za priključak za kućna postrojenja njemačkog proizvođača GOK). Regulator pritiska sa ugrađenim membranskim sigurnosnim ventilom se mora otvarati kod 135± 15 mbar. Time treba da se, eventualni iscurjeli gas odvede napolje.

Slika Regulator pritiska za boce sa sigurnosnim zapornim ventilom.

Ako regulator pritiska nije direktno vezan na bocu ili rezervoar, gasni vod do regulatora pritiska se mora dimenzionirati na nazivni pritisak PN 25. To se takođe odnosi na vodove koji se upotrebljavaju za tečnu fazu. U izuzetnim slučajevima se mogu aparati-gasna trošila vezati direktno na bocu, kao kod malih boca.

Fiksno podešeni regulatori pritiska, čiji izlazni pritisak iznosi 50 mbar (30 mbar) se, sasvim uopšteno, označavaju kao niskopritisni regulatori, dok se regulatori pritiska sa izlaznim pritiskom preko 50 mbar, npr. 0,5 - 4 bar za zanatske i industrijske svrhe, označavaju kao srednje pritisni. Podesivi regulatori, čiji se izlazni pritisak može mijenjati u određenim granicama, su dozvoljeni za upotrebu samo u zanatstvu i industriji. Oni se postavljaju tamo gdje je potrebno mijenjati snagu nekog aparata, npr. kod infracrvenog grijača za zagrijevanje farmi, grijanje površina, reguliranja snage gorionika na tečni gas i drugo. Regulaciona

područja za podesive regulatore po DIN 4811 dio 3 su standardizovana i izlazni pritisci su određeni kako sledi:

Fiksno podešeni na 0,05 - 4 bar Podesivi od 0,02 - 0,05 bar ili 0,5 - 4 bar (max. 1 : 10).

Priključci na ulaznom nastavku regulatora pritiska, koji se pričvršćuju na pokretne rezervoare, odgovaraju priključcima na bocama.

Slika Kombinovani priključak za ručno pritezanje sa mekanom zaptivkom

Slika Kombinovani priključak za ručno

pritezanje ključem sa tvrdom zaptivkom

Slika POL – priključak za rezervoar pod pritiskom

Regulator pritiska za boce kapaciteta od 1,5 kg/h, poznati kao regulatori malih boca, se ugrađuje za unutrašnja postrojenja (kučna upotreba), a kapacitet od 4 , 6, 12, i 24 kg/h za spoljna postrojenja tzv. regulatori za velike boce.

Karakterisitika razvodnika

Dobar uvid u način rada regulatora pritiska dobiva se pogledom na karakteristiku regulatora. Karakteristika regulatora je grafički prikaz reguliranog izlaznog pritiska (ordinata-vertikalna linija) u odnosu na protok (abscisa-horizontalna linija) regulatora. Kod idealnog regulatora izlazni pritisak iz regulatora ostaje konstantan nezavisno od predpritiska (ulaznog pritiska) i snage (protoka) regulatora, na primjer, u ovom slučaju 50 mbar. Skoro svi regulatori rade sa izvjesnom tolerancijom pri promjenljivom protoku (snazi) i jako promjenljivom ulaznom pritisku tečnog gasa u rezervoaru.

Slika Karakteristika regulatora sa izlaznim pritiskom 50 mbar po DIN 4811 (GOK).

Na slici 7.4 to je iskazano pomoću karakteristike regulatora koja pokazuje tolerancijsko polje za regulator niskog pritiska za tečni gas sa ograničenjem pritiska između 47,5 i 57,5 mbar. Samo za područje protoka (snage) između 0 i 3% (zona pritiska zatvaranja) srne pritisak zatvaranja da se digne do 62,5 mbar pri iznenadnom zatvaranju slavine trošila. Održavanje tolerancije pritiska garantuje besprekornu funkciju i ekonomičan i higijenski rad gasnih aparata. Po DIN 4811, za protoke između 0 i 100% i za priključni pritisak između 1 i 16 bar dozvoljeno je regulaciono odstepene za izlazni pritisak do 0,5 bar:

Jednostepeni i dvostepeni regulatori pritiska

Izlazni pritisak jednog regulatora pritiska je zavisan od priključnog prili protoka. Treba uzeti u obzir pad pritiska u cjevovodu između regulatora i gasnog aparata. Pad pritiska raste sa snagom i dužinom cjevovoda. Promjenjiv pritisak ispred gasnog aparata je na uštrb snage. Zbog toga se preporučuje da se kod dužih cjevovoda drugi regulator postavlja što bliže gasnom aparatu. Izvođenje regulatora na rezervoaru pritiska sa jednostepenom regulacijom pritiska koji zahtjeva gasni aparat je na uštrb neravnomjernosti izlaznog pritiska a time i oscilovanja snage gasnog aparata. U tom slučaju treba uzeti dvostepeni regulator. Prvi stepen redukuje pritisak na manje od 1 bar za kućna gasna postrojenja, i na maksimalno 2,5 bar za zanatska i industrijska postrojenja. Dok drugi regulacioni stepen samo kod neznatnih oscilacija podpritiska obezbeđuje ravnomjeran izlazni pritisak od na primjer 50 mbar. Na našem tržištu se sreću regulatori pritiska raznih proizvođača, pa radi lakšeg snalaženja sa mogu svrstati u tri grupe:

1. regulatori visokog pritiska, odnosno regulatori prvog stepena za regulaciju odnosno redukciju pritiska gasne faze TNG sa radnog pritiska 16.7 bar na pritisak od 1 bar;

2. regulatori niskog pritiska, odnosno regulatori drugog stepena za redukciju gasne faze TNG sa izlaznog pritiska regulatora prvog na pritisak na kome rade trošila

3. regulatori pritiska za TNG instalacije sa bocama.

Dvostepena regulacija se primjenjuje gdje se zahtjeva ravnomjeran pritisak za gasne aparate (dugačak dovod između rezervoara i trošila). Prikladna podjela regulatora pritiska prema ugradnji po DIN-u je prikazana u tabeli 7.2,

Tabela. Podjela regulatora pritiska prema ugradnji po DIN-uJednostepena regulacija

Regulatori pritiska za rezervoar – ugrađuju se neposredno na rezervoar po DIN 4811 dio 5

Dvostepena regulacija

Regulator pritiska - za kućne priključke uvođenja u kuću po DIN 4811 deo 6Regulator pritiska - za kućne priključkeuvođenju u kuću po DIN 4811 deo 6

Takozvani predstepeni ili regulator rezervoara ima u zavisnosti od izvođenja, kapaciteta od 6 do 24 kg/h za kućna postrojenja pri fiksno podešenom izlaznom pritisku od 0,7 do 2,0 bar, maksimalno 4 bar pri kapacitetu do 300 kg/h i više za zanatska i industrijska postrojenja (slika 7.5 a i b).

Slika predstepeni regulator, 24 kg/h PN 25 fiksno podešen na 0,7 bar sa unutrašnjim podešavanjem za rezervoare kao i sa zaštitnom membranom protiv zamrzavanja regulacione membrane - GOK; b: predstepeni regulator do 300 kg/h PN25, podesivi- GOK ispitan DIN

DVGW

Regulatori pritiska na rezervoarima mogu se isporučiti takođe sa zaštitnom mebranom protiv zaleđivanja regulacione membrane. Zaleđivanje membrane zbog vlage koja je prodrla može nauditi normalnoj funkciji regulatora pritiska. Priključenje regulatora pritiska i sigurnosnog uređaja izvodi se na rezervoaru na priključku za oduzimanje gasa.

Regulatori pritiska TNG za velike potrošače

Biroi, škole, hoteli i slično, kao i uopšte trošila u području zanatstva i industrije, za zadovoljavanje svojih potreba za toplotom zahtevaju veće količine gasne faze. Ove se potrebe zadovoljavaju upotrebom rezervoara nadzemnih ili ukopanih sa ili bez isparivača. Rezervoari se mogu koristiti pojedinačno ili u sistemu.Regulatori pritiska po DIN 4811 dio 5 za postrojenja sa rezervoarima i regulatori po standardu DIN 4811 dio 6 načelno su snabdjeveni integriranim sigurnosno zapornim (blokadnim) ventilom i sigurnosno odušnim ventilom.

Slika 7.7 Regulator pritiska sa priključcima za SAV i SBV.

Regulatori sa oznakom na tipskoj pločici "f'' su za spoljnju ugradnju, a sa oznakom "t" za ugradnju u zgradama. Regulatori pritiska koji su dodatno na tipskoj pločici označeni sa "E," označavaju neosjetljivost na vlagu i prvenstveno se upotrebljavaju u takvim situacijama.Sigurnosno zaporni ventil (SAV) prekida dovod gasa, kada se na primjer na niskopritisnoj strani pojavi nedozvoljeni porast pritiska, koji može da ošteti gasno trošilo. Na SAV o kome se govori vidno je obeležen ovaj pritisak. Ponovo dovođenje u funkciju ventila se ne vrši

automatski već mora ručno da se odblokira. Nazivni pritisak reagovanja SAV je podešen za regulatore izvedbe 1 a/b po DIN 4811 dio 5 i regulatore po DIN 4811 dio 6 na 100 mbar.

Slika 7.8. Regulator pritiska sa sigurnosnom membranom.

Ako se porast pritiska nije spriječio uprkos zatvaranju SAV (na primjer zbog čestica nečistoće na sjedištu ventila), otvara se sigurnosno odušni ventil pri dostizanju pritiska reagovanja. Po rasterećenju pritiska automatski se zatvara. Nazivni pritisak reagovanja SBV ventila iznosi kod regulatora 2. Stepena 130 mbar.

Ako se regulator niskog pritiska ugrađuje unutar zgrade, odušni otvora za rasterećenje se odvodi napolje (vidi SI. 7.9) .

Slika 7.9. Regulator pritiska sa priključcima za SAV, SBV i priključcima za ispitivanje.

Ova propisana mjera nije obavezna kada se upotrebljava regulator pritiska sa dodatno ugrađenom sigurnosnom membranom, kod koga je osigurano da se maksimalni dozvoljeni ulazni pritisak od 1,0 bar ne preskoči, na primjer pomoću SAV ventila u regulatoru 1. Stepena (vidi SI. 7.8).

Izbor regulatora pritiska se vrši u zavisnosti od njegovog nazivnog protoka i priključne vrijednosti svih trošila koja se snabdijevaju gasom.

Izbor regulatora pritiska

Iz mnogobrojne ponude regulatora pritiska na tržištu često je teško napraviti pravi izbor. U izborne kriterijume spada priključna vrijednost svakog gasnog aparata (trošila) u kg/h, odnos pritisaka, maksimalni i minimalni ulazni pritisak, izlazni pritisak, tačnost regulacije, mjesto ugradnje, potrošnja pritiska u gasovodu (rezervoar-zgrada-gasni aparat), zaprljanost i opasnost zaleđivanja i drugo. Regulator pritiska ne treba da bude biran ni suviše mali - opasnost pada pritiska kod velikih snaga, niti suviše veliki - opasnost kod malih količina od rada u području zatvaranja.

Problemi regulatora u pogonu

Jedan od čestih uzroka neredovnog rada regulatora je njegovo zamrzavanje, koje je uslovljeno vodom, odnosno vlagom. Suhi TNG prolazeći kroz regulator ne može ga zamrznuti. Problemi nastaju ako u TNG ima i sasvim malih tragova vlage. Kada gas ekspandira, u regulatoru dolazi do pada temperature. Taj rashladni efekt dovodi do hlađenja ventila ispod temperature okoline, pa se vlaga iz TNG pretvara u ledene kristale, koji postepeno osvajaju ventil, smanjujući otvor i na kraju potpuno zatvarajući protok gasa kroz regulator. Pad temperature gasa pri njegovoj ekspanziji kroz regulator može se za praktične svrhe uzeti 2°C po 1 bar. Nezgodna karakteristika TNG je u tome što gasna faza sadrži u sebi više vlage od tečne faze. To znači da kg gasne faze TNG sadrži više vlage kao gasna faza nego kada je u tečnom stanju.Ukazaćemo na nekoliko osnovnih izvora vlage u TNG:

U rafinerijskom procesu proizvodnje TNG, procent vlage je veći nego u TNG proizvedenom u zemnog gasa.

Voda koja se akumulira u sredstvima transporta TNG može u ozbiljnom stepenu da ovlaži TNG.

Voda u rezervoarima za skladištenje može da se nakupi od atmosferilija. Nakon hidrostatičkih ispitivanja, često se desi da u rezervoarima ostanu znatne

količine vode. Vlaga može da ude i kroz otvorene ventile na praznim rezervoarima ili bocama i da

kasnije ovlaži TNG.

Da bi TNG bio u suhom stanju, to jest da se ne bi vlažio i takav dolazio do potrošača, i stvarao probleme u eksploataciji, potrebno je pridržavati se sljedećih upustava:

prazne rezervoare i boce treba držati sa zatvorenim ventilima; koristiti regulatore većih kapaciteta, jer se tako dobivaju veći ventilski otvori pa se

smanjuje mogućnost njihovog zaleđivanja; fleksibilne cijevi za pretakanje držati zatvorenim i osigurati ih od mogućeg ulaženja

kiše ili snijega; nove rezervoare i boce treba uvijek pregledati da u njima nije ostalo vode nakon

hidrostatičkih ispitivanja; ako se pretpostavlja da se u TNG uskladištenom u rezervoaru nalazi voda, u TNG se

injektira suhi metil alkohol (135 cm3 na 378,5 litara tečne faze TNG);

za izdvajanje vode iz TNG koristiti posude za dehidrataciju, napunjeni silikagelom ili drugim materijalom za apsorpciju vode, postavljene i instalaciju između rezervoara ili boca i regulatora;

dvostepenom regulacijom pritiska se isto tako postiže da je mogućno od zaleđivanja regulatora manja, jer su ekspanzije manjeg obima, 1 time i pothlađivanje manje. Ponekad je dobro regulaciju 1. Stepeni izvesti sa po dva paralelno vezana regulatora (jedan radni a jedan rezervni), tako da je moguće da uvijek imamo jedan spreman da radi;

Osim zamrzavanja, regulatori se mogu začepiti i mehaničkim nečistoćama pa je svakog regulatora neophodno postaviti filtar za izdvajanje nečistoća. Ako se sigurnosni ventil na regulatoru često uključuje, znači da je došlo do prekoračenja pritiska iznad dozvoljenog, čemu može biti uzrok pucanje membrane ili opruge, ili začepljenje spojne cijevi između izlaznog otvora i prostora ispod regulatora.

Održavanje regulatoraRegulator pritiska gasa treba da bude dobrog kvaliteta. Oni su zbog svoje postojanosti (izdržljivosti) i pogonske spremnosti izrađeni da odolijevaju svim mogućim vremenskim uslovima i prašini i zaštićeni su od uticaja velike toplote i hladnoće. Njihovi materijali, naročito oni od organski postoj dijelova kao na primjer membrane i zaptivke izloženih manje ili prirodnom starenju, mogu posle više godina rada regulatora da promjene ili sasvim izgube podešenost.Iznenađenja uslijed istrošenosti zglobnih poluga su isto tako moguća. Kod malih nepravilnosti (oscilacije pritiska i drugo) ili posle dugogodišnje upotrebe treba regulator i sigurnosni uređaj ponovo ispitati ili zamijeniti novim dijelom.