Güvenlik Uygulamaları için Diyafram Ayırıcı (Seal) Sistemleri

17 Ocak 2018

 

Jennifer Breunig
Diyafram Ayırıcı (Seal) Sistemleri
Ürün Müdürü
WIKA

 

 

 

 

Heiko Kern
Diyafram Ayırıcı (Seal) Sistemleri
Tasarım Müdürü
WIKA

 

 

 

 

Çeviren 
Gül Selvi
Satış Destek Uzmanı
WIKA Instruments Endüstriyel
Ölçüm Cihazları Ticaret Ltd. Şti.

 

Diyafram ayırıcılar; basınç, fark basınç ve mutlak basınç ölçüm cihazlarının en zorlu uygulamalarda dahi kullanılabilmesini sağlar.
WIKA diyafram ayırıcıları basınç göstergelerinin büyük bir kısmına uyumlu olan farklı tasarımlarda ve dayanıklı malzemelerden
üretilebilmektedir. Diyafram ayırıcılar için bir SIL sınıflandırması mümkün olmasa da diyafram ayırıcılar sadece mekanik parçalar
içerdiğinden WIKA diyafram ayırıcılarında güvenlikle ilgili teknik değerler mevcuttur.

İşlevsel Güvenlik
İnsanlara, çevreye ve ekipmana yönelik risklerden kaçınmak için yüksek kalitede bileşenlerin kullanılması gerekmektedir. Kontrol
ve enstrümantasyon teknolojisinde güvenilir bileşenler (C&I) kimya endüstrisinde kritik prosesleri korur. Bu bağlamda genellikle
devre kesiciler, güvenlik devreleri veya emniyet fonksiyonları kullanılmaktadır.

Kullanılan bileşenler için gerekli olan güvenlik özellikleri örneğin IEC 61508 (genel olarak işlevsel güvenlik) ve IEC 61511 (proses
endüstrisinde işlevsel güvenlik) standartları ile belirlenmiştir. Bu bağlamda ayrıca Safety Integrity Level (SIL) terimi kullanılmaktadır.
Bir bileşenin hata oranı (Failure Rates) üretici tarafından belirlenir ve kullanıcıya sunulur. Bu bağlamda önemli bir araç FMEDA
(Arıza Modları, Efektler ve Tanı Analizi- Failure Modes, Effects and Diagnostic Analysis)’dır.

Bu amaçla bileşenlerin istatistiksel değerleri ve fonksiyonel ilişkileri birlikte değerlendirilir. Sonuçlar, hata olasılığı veya bileşenlerin
güvenilirliği hakkında sayısallaştırılmış verilerdir. Diyafram ayırıcıların monte edilmesine ilişkin verileri tanımlamak için fonksiyonel
prensibin açıklanması gereklidir.

Diyafram Ayırıcı Sistemin Çalışma Prensibi
Basınç ölçüm enstrümanları diyafram ayırıcılar yardımıyla proses endüstrisindeki en zor şartlara adapte edilebilir. Bu durumda,
uygun bir malzemeden yapılmış bir diyafram, ölçüm ortamı ve ölçüm elemanının ayrılmasını sağlar. Ölçüm görevine uyarlanmış bir
dolgu sıvısı (Fill Fluid), hidrolik basıncı ölçüm elemanına aktarır. Contanın proses tarafı esnek bir membran ile izole edilmiştir
(Bakınız Şekil 1).

Diyafram

Şekil 1: Kapiler kablo ile diyafram ayırıcının bir basınç göstergesine monte edilmesi.

Diyafram ile basınç göstergesi arasındaki boşluk bir dolgu sıvı ile tamamen doldurulmuştur. Proses basıncı elastik membran
yoluyla  sıvıya ve hidrolik olarak basınç ölçme aletinin ölçüm elemanına aktarılır. Örneğin; Manometre, transmitter veya basınç
şalteri. Bu şekilde basınç güvenilir bir şekilde ölçülebilir. Diyafram ayırıcı doğrudan ölçüm cihazı ile ya doğrudan ya da esnek bir
kapiler hat üzerinden bağlanabilir. Yüksek sıcaklıklarda, ayırıcı ile cihaz arasına bir soğutma elemanı yerleştirilebilir.

Materyaller
Standart olarak, korozyona dayanıklı 316L paslanmaz çelik (1.4404 / 1.4435) diyafram malzemesi kullanılır. Bu malzeme, aşındırıcı
ortamlara karşı yeterli direnç göstermiyorsa, diyafram contanın madde ile temas eden parçaları plastiklerle örneğin; PTFE, ECTFE,
vb. ile kaplanabilir. Başka bir alternatif ise wikaramic® seramik kaplamanın aşınmaya karşı sürekli bir koruma olarak kullanılması
olacaktır.

Özellikle kritik uygulamalar için diyaframlar, tantal veya Hastelloy C gibi malzemelerden üretilebilir. Böyle bir ölçüm düzenlemesi,
+400°C’ye kadar olan son derece yüksek sıcaklıklarda sorunsuz kullanılabilir. Tek sınırlama, sistem dolum sıvısının veya özel
malzemenin maksimum çalışma sıcaklığından kaynaklanmaktadır.

Kullanıcıların seçebileceği 20’den fazla farklı özel malzeme bulunmaktadır. Kimyasal ve petrokimya uygulamalarındaki kimyasal
contalar için en yaygın özel malzemeler Hastelloy C4, Hastelloy C276, Tantal ve Monel 400’dür.

Diyafram Ayırıcı Sistemler için Emniyet Değerleri
IEC 61508, kişilerin, çevrenin ve ekipmanın güvenliği üzerinde büyük bir etkisi olan elektronik sistemlerin tüm uygulamaları için
geçerlidir. Güvenlikle ilgili gereklilik bir hasar olayının oluşma ihtimaline ve olası etkilerine bağlıdır.

Beklenen hasar derecesi ve oluşma ihtimali ne kadar yüksek olursa, SIL 1’den SIL 4’e sınıflandırma o kadar yüksek olur. Bu
sınıflandırma, bir “risk grafiği” kullanarak tesis operatörü tarafından yapılır. IEC 61508 uyarınca, emniyet devresinin tamamı yani
devrede kullanılan tüm bileşenler (sensörler, mantıksal işlemciler, aktüatörler) dikkate alınmalıdır.

Böyle bir hesaplama ve risk değerlendirmesinin yapılabilmesi için diyafram ayırıcının her bir bileşenin yapısını bilmek gereklidir.
Örneğin, diyafram ayırıcı gövdesi ve membrandan oluşan standart bir tasarım için diyafram ayırıcı ile gövde arasında sadece bir
bağlantı noktası olduğundan başarısızlık ihtimali nispeten düşüktür.

Genişletilmiş bir diyafram ayırıcı (bkz. Şekil 3) gibi önemli tasarımlar yapılması gerekiyorsa arıza oranlarının toplamı, her ilave
bileşen veya her bağlantı noktası ile birlikte artar. Her bileşen ve bağlantı için belirli bir olasılıkla bir arızanın oluşabileceği
unutulmamalıdır.


Şekil 2: 990.27 model diyafram contalı IPT-10 proses basınç sensörü. Diyafram malzemesi tantaldandır.


Şekil 3: Genişletilmiş diyaframlı model 990.29

 

Komple bir emniyetle ilgili sistemin değerlendirilmesi için ilgili güvenlik parametreleri ile diyafram ayırıcının büyük ölçüde
basitleştirilmiş bir kategorizasyonu aşağıdaki tabloda listelenmiştir (tabloya bakınız). Diyafram ayırıcı çeşitleri için daha ayrıntılı
karakteristik değerler mevcuttur ve bir değerlendirme için gerekliyse sağlanabilir.

Sonuç
Riski azaltmak amacıyla tesis operatörü mevcut sistemdeki tüm bileşenleri hesaba katarak, sistemin tamamı için bir hesaplama
yapmalıdır. Bu hesaplama aynı zamanda emniyet sisteminin risk azalmasının bir kanıtı olarak da hizmet etmektedir.

Diyafram

Tablo 1: * DU = Failure rate dangerous undetected/FIT = Failure in Time