سلام لطفا در مورد متن ذیل اگر اشکال فنی وجود دارد مطرح کنید با تشکر
همانطور که می دانید،Long StemیاSpindleبودن ولو هیچ ارتباطی به کلاس نشتی ولو و ایزوله کردن ولو از نفوذ هوا به داخل
ولو ندارد و تنها به جهت موارد دسترسی ولو (ولوهای دفن شده زیر خاک یا زیرعایق یا دسترسی نامناسب و ...)وLong Lifeبودن ولو به جهت
اکشن پذیری و ارتباط بین عملگر (در اینجاHandwheel) وdiskداخل ولو تعبیه می گردد.
در مورد ایزوله بودن کاملتریم ولو از محیط بیرون حتی در مواقع نشتیDisk & Seat، از ولوهایBellowsدار استفاده می گردد که بیشتر
بدالیل زیست محیطی وSafetyو یا وجودBack Pressureبر روی تریم ولو می باشد، که مطابق تصاویر ولوهایoriginalنصب بر روی
T-4045ولوهای مذکور فاقدBellowsبوده و محفظهStuffing Boxآن کامال با محیط در ارتباط است-تصویرپایین-بنابراین اینکه همکاران
محترم بهره برداری نیاز به ولوهایBellowsدار می باشند،می تواند توسط اداره مهندسی بررسی و تغییرات الزم درخواست گردد، ولیکن در
حال حاضر ولوهای نصب شده از زمان پروژه مطابقتصویرنمونه،دارایBellowsنمی باشند.
درادامه به جهت شفاف سازی دالیل استفاده از ولوهایBellowsدار که بیشتربدلیل ممانعت از نشتی های خارجی استفاده می شوند (بدالیل
زیست محیطی وsafetyو انسانی )تا ممانعت از پدیده نفوذ (Permeability)، محاسبات مربوطه انتقال جرم مطابقFick’s Lawبه شرح
ذیل خدمتتان ارسال می گردد:
مطابق قانون اولفیک که براساسگرادیان غلظت اجزا یک مخلوطدر یک محیط بسته (سیستم) در نظر گرفته می شود، حرکت مولکولی از
سمت غلظت بیشتر به سمت غلظت پایین ترصورت می گیرد.در مسئله حاضر باتوجه به اختالف فشار موجود بین محیط بیرون وداخلTank،
همیشه یک جریان سیال به سمت اتمسفر از داخلTankوجود خواهد داشت و برای محاسبه انتقال جرم بواسطه گرادیان غلظتوهمچنین در
نظر گرفتن اختالف فشار موجود، از مدلDusty Gas Modelکه بر اساس قوانینFickو در نظر گرفتن اختالف فشار بین دو سیال استخراج
شده است، استفاده میگردد.با توجه به اینکه غلظت اکسیژن ناحیه پرفشار(داخل تانک) صفر در نظر گرفته می شود،ترم مربوط به انتقال جرم
ناشی از همرفتیو اختالف فشار،صفر در نظر گرفته می شود و تنهابایستی محاسبات قانون اول در نظر گرفته شود.
مدلDGMبا شرایط ذیل در نظر گرفتهمی شودکه کامال با شرایط مسئله ما همخوانی دارد( صرف نظر از اختالف دمای جزیی داخل تانک و
هوای اتمسفر که در بیشتر روزهای سال تقریبا برابر می باشند):
The derivation of DGM from Fick's law involves considering the following assumptions:
1. The gas mixture is considered a continuum, and individual gas molecules are treated as a
continuous fluid.
2. The gas mixture is assumed to be in a steady state, meaning the gas mixture properties do not
change with time.
3. The gas mixture is assumed to be isothermal, with a constant temperature throughout the
system.
حتیبا فرض اینکه داخلTankخالباشد، میزان انتقال جرمتنهاناشی از اختالف غلظتبواسطه اختالف فشارازاتمسفربهداخل تانکمقدار
زیر خواهد بود.
Q=( 1
𝑅𝑚) ∗ 𝐴 ∗ 𝑃𝑎𝑣𝑔 ∗ √(2 ∗ 𝑘 ∗ (𝑃𝑜𝑢𝑡 − 𝑃𝑖𝑛)/(𝑅 ∗ 𝑇)
• Q = flow rate (m³/s)
• R = molar gas constant (8.3145 J/mol·K)
• A = area of leakage (2 cm² = 2 × 10⁻⁴ m²) مساحت تقریبی سطح نشتی از دوراستم ولو
• P average = average pressure (P_inside + P_outside) / 2
• P_inside = internal tank pressure (0 bar)
• P_outside = atmospheric pressure (1 bar = 100,000 Pa)
• k = permeability coefficient (for oxygen through the Air, k ≈ 1.859 × 10⁻¹⁰ m²)
• R = ideal gas constant (8.314 J/mol·K)
• T = temperature (323.15 K, which is 50°C + 273.15)
Q ≈ 0.0001414 m³/s
این عدد مقدار نفوذ دبی حجمی اکسیژن در مخلوط هوا با اختالف فشار1بار می باشدو فرض بر این است که یک سوراخ به مساحت2
سانتی مربع در دیوار تانکخالوجود دارد.
براساس قانون اولFick:
𝐽𝑜2 = −𝐷𝑜2−𝐴𝑖𝑟 ∗ 𝑑𝐶𝑜2/𝑑𝑥
• 𝐷𝑜2−𝐴𝑖𝑟=Diffusion coefficient of Oxygen in air (2.1*10^ (-5) m²/s)
• 𝐶𝑜2 𝐴𝑖𝑟 = 𝑃𝑜2/(R*T) ≈0.21*101325/ (8.314*323.15) mol/m3
• 𝐶𝑜2 𝑇𝑎𝑛𝑘 = 0
• dx=.001 meter
𝐽𝑜2 = 0.166 𝑚𝑜𝑙/𝑚2. S
در بدترین حالت فرض بر این شده است که گرادیان غلظتاکسیژنهوادر فاصله تنها یک میلی متر ازغلظت3
mol/m7.92اکسیزن موجود
در هوابه صفر برسد تا بتوانیم بیشترین شار انتقال جرم را محاسبه نماییم. که اگر عدد فوق را در سطح2سانتی متر مربع ضرب کنیم و بر ثابت
مولی گاز تقسیم کنیم عدد حاصله مقدارزیرخواهد بود:
Q ≈ 0.00000399 m³/s
حتی اگرگرادیانشار انتقال جرم ناشی از اختالف غلظت در فاصله0.1میلی متر نیزدر نظر گرفته شود،مقدار فوق10برابر خواهد شد.
حال بیاییم میزان دبی خروج سیال بواسطه فرض سوراخ2سانتی متر مربع از تانک با فشار5بار به اتمسفر را بر اساس فرمول های جریان از
اریفیس محاسبه نماییم.
𝑄 = 𝐶𝑑 ∗ 𝐴 ∗ √(2 ∗ 𝑑𝑃 ∗ 𝜌𝑢𝑝𝑠𝑡𝑟𝑒𝑎𝑚)/(𝜌𝑢𝑝𝑠𝑡𝑟𝑒𝑎𝑚 + 𝜌𝑑𝑜𝑤𝑛𝑠𝑡𝑟𝑒𝑎𝑚)
• Q = flow rate (m³/s)
• Cd = discharge coefficient (for a sharp-edged orifice, Cd is approximately 0.61)
• A = area of leakage (2 cm² = 2 × 10⁻⁴ m²)
• dP = pressure difference between the tank and the atmosphere (5 bar - 1 bar = 4 bar = 400,000
Pa)
• ρ_upstream = density of the fluid in the tank (assuming the fluid is primarily a butane/pentane
mixture, the density is approximately 600 kg/m³ at 50°C and 5 bar)
• ρ_downstream = density of air (approximately 1.09 kg/m³ at 50°C)
Q ≈ 0.11 m³/s
مقایسهاعداد فوق نشان می دهد که نفوذ اکسیژن ازطریق انتقال جرم بواسطه گرادیان غلظت، کوچکترین شانسی برای برای ورود به تانکبا
فشار5باراز یک سوراخ با مساحت2سانتی متر مربعی نخواهد داشت، الاقل از نقطه ای که نشتی خارجی وجود دارد.
بنابرایناگر الزم است بدالیل اشاره شدهاز ولوهایBellowsدار استفاده شود،می توان برآن اصرار نمود ولیکن باز هم یادآوری می گردد که
Long Stemبودن هیچ تاثیری بر کالس نشتی ولو نخواهد داشت.
با سپاس