رگلاتور خطی

هنگامی که عبارت رگلاتور خطی را جستجو می‌کنید، به دنبال کدام محصول هستید؟ این سوال اهمیت حیاتی دارد، زیرا این اصطلاح در دو دنیای کاملاً متفاوت به دو قطعه کاملاً متفاوت اطلاق می‌شود.

1. در حوزه الکترونیک: رگولاتور خطی یکی از رایج‌ترین قطعات الکترونیکی است. این قطعات (مانند سری معروف 7805 یا LM317) به عنوان مدارهای مجتمع (IC) شناخته می‌شوند و وظیفه آن‌ها تثبیت و تنظیم ولتاژ DC در یک مدار است.
2. در حوزه گازهای صنعتی و آزمایشگاهی: در این صنعت، اصطلاح رگلاتور خطی یا به طور دقیق‌تر، «رگلاتور بین خطی» ، به یک دستگاه مکانیکی کاهنده فشار اطلاق می‌شود که برای تنظیم فشار گاز در طول یک خط لوله نصب می‌گردد.

این راهنما منحصراً به رگلاتورهای بین خطی گاز برای کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی می‌پردازد.

اگر مخاطب ما هستید، احتمالاً با سیستم‌های گازرسانی مرکزی، گازهای خالص ، گازهای سمی یا خورنده سروکار دارید. در این حوزه، انتخاب رگلاتور خطی صرفاً یک انتخاب فنی نیست؛ بلکه مستقیماً بر سه عامل حیاتی تأثیر می‌گذارد:

• ایمنی: جلوگیری از نشت گازهای سمی، اشتعال‌پذیر یا انفجاری.
• دقت: تضمین فشار خروجی کاملاً ثابت برای تجهیزات آنالیز حساس.
• خلوص: جلوگیری از آلودگی گازهای فوق خالص (UHP) که می‌تواند نتایج آزمایشگاهی را بی‌اعتبار کند.

رگلاتور خطی گاز چیست و دقیقاً چه کاری انجام می‌دهد؟

رگلاتور بین خطی گاز یک دستگاه مکانیکی دقیق است که در مسیر یک خط لوله گاز نصب می‌شود تا فشار ورودی را به یک فشار خروجی پایین‌تر و پایدار کاهش دهد.

برخلاف رگلاتور سرکپسولی که مستقیماً به سیلندر با فشار بسیار بالا (مثلاً 200 بار) متصل می‌شود، رگلاتور خطی معمولاً فشار ورودی متوسط را دریافت می‌کند. وظیفه اصلی آن، تثبیت نهایی این فشار و تحویل آن به یک بخش خاص از سیستم یا یک نقطه مصرف نهایی است.

اصول عملکرد رگلاتور خطی

عملکرد داخلی رگلاتور خطی بر اساس یک تعادل نیروی مکانیکی ساده و در عین حال دقیق است. هر رگلاتور فشار گاز از سه جزء اصلی تشکیل شده است:

1. مکانیزم بارگذاری: معمولاً یک فنر اصلی است. نیروی این فنر توسط کاربر با چرخاندن دستگیره تنظیم می‌شود.
2. المان حسگر: یک دیافراگم انعطاف‌پذیر است.
3. المان کنترل: یک شیر یا پاپت است که مسیر جریان گاز را باز یا بسته می‌کند.

فرآیند تنظیم فشار به این شکل رخ می‌دهد:

1. کاربر دستگیره را می‌چرخاند و فنر را فشرده می‌کند. این نیرو به بالای دیافراگم فشار می‌آورد.
2. دیافراگم به نوبه خود، پاپت را به پایین فشار داده و شیر را باز می‌کند.
3. گاز با فشار ورودی وارد شده و از شیر عبور می‌کند.
4. گاز در محفظه خروجی جمع شده و فشار خروجی شروع به افزایش می‌کند.
5. این فشار خروجی از زیر به دیافراگم فشار می‌آورد و با نیروی فنر مقابله می‌کند.
6. هنگامی که فشار زیر دیافراگم با فشار روی دیافراگم (نیروی فنر) به تعادل می‌رسد، دیافراگم کمی به عقب حرکت کرده و پاپت را تا حدی می‌بندد.
7. رگلاتور به طور مداوم این تعادل را حفظ می‌کند تا فشار خروجی را دقیقاً روی مقدار تنظیم شده توسط کاربر ثابت نگه دارد، حتی اگر فشار ورودی یا دبی مصرفی تغییر کند.

جایگاه رگلاتور خطی در سیستم توزیع گاز

برای درک کامل رگلاتور خطی، باید آن را در یک سناریوی واقعی سیستم گازرسانی مرکزی بررسی کنیم. در یک سیستم مهندسی‌شده، فشار هرگز در یک مرحله از 200 بار به 2 بار کاهش نمی‌یابد. این فرآیند به صورت آبشاری و در چند مرحله انجام می‌شود که رگلاتور خطی، نقش میانی و حیاتی را در آن ایفا می‌کند.

۱. رگلاتور سرکپسولی: گام اول

• محل نصب: مستقیماً به شیر سیلندر گاز (کپسول) متصل می‌شود.
• وظیفه: انجام کاهش فشار اولیه. این رگلاتورها برای تحمل فشار بسیار بالای سیلندر (مثلاً 200 تا 300 بار) طراحی شده‌اند و آن را به فشار قابل مدیریت خط (مثلاً 10 تا 40 بار) کاهش می‌دهند.
• چالش: اگر رگلاتور سرکپسولی از نوع تک مرحله‌ای باشد، با کاهش فشار داخل سیلندر (خالی شدن سیلندر)، فشار خروجی آن دچار نوسان می‌شود (اثر Droop یا Decay).

۲. رگلاتور بین خطی: گام دوم (موضوع اصلی ما)

• محل نصب: در میانه خط لوله، معمولاً روی دیوار، پنل گاز یا در امتداد تیوب نصب می‌شود.
• وظیفه: دریافت فشار کاهش‌یافته و نوسانی (مثلاً 10-40 بار) از رگلاتور سرکپسولی و تثبیت آن. این رگلاتور یک فشار خط ثابت برای کل آزمایشگاه یا واحد صنعتی ایجاد می‌کند.
• مزیت کلیدی: این رگلاتور، نوسانات ناشی از رگلاتور سرکپسولی را ایزوله می‌کند و فشار پایدارتری را به نقاط مصرف متعدد می‌رساند.

۳. رگلاتور نقطه مصرف: گام نهایی

• محل نصب: در انتهای خط، دقیقاً در محل مصرف گاز، مثلاً روی میز آزمایشگاه، داخل هود یا مستقیماً در ورودی دستگاه آنالیز نصب می‌شود.
• وظیفه: انجام تنظیم نهایی و دقیق فشار . این رگلاتورها فشار خط تثبیت‌شده (مثلاً 10-14 بار) را به فشار بسیار پایین مورد نیاز دستگاه (مثلاً 0.5 تا 2 بار) کاهش می‌دهند.
• مزیت کلیدی: این رگلاتورها به کاربر اجازه می‌دهند تا فشار را دقیقاً در کنار دستگاه خود کنترل کند، بدون اینکه نیازی به مراجعه به اتاق سیلندر یا پنل اصلی گاز داشته باشد.

مقایسه جامع رگلاتورهای گاز بر اساس محل نصب

ویژگی	رگلاتور سرکپسول	رگلاتور بین خطی	رگلاتور نقطه مصرف
محل نصب	روی شیر سیلندر گاز	روی خط لوله، پنل دیواری	انتهای خط، کنار دستگاه آنالیز
فشار ورودی معمول	بسیار بالا (مثلاً 200 بار)	متوسط (مثلاً 10-40 بار)	پایین تا متوسط (مثلاً 10-14 بار)
فشار خروجی معمول	متوسط (مثلاً 10-40 بار)	پایین تا متوسط (مثلاً 1-14 بار)	بسیار پایین (مثلاً 0.5-2 بار)
وظیفه اصلی	کاهش فشار اولیه (سنگین)	تثبیت فشار خط	تنظیم نهایی و دقیق

کاربردهای تخصصی رگلاتور خطی

رگلاتورهای خطی با کیفیت بالا، در خطوطی به کار می‌روند که نیاز به پایداری، خلوص و ایمنی بالایی دارند:

• گازهای خالص و فوق خالص (UHP) در آزمایشگاه:

مهم‌ترین کاربرد رگلاتورهای خطی تخصصی، در سیستم‌های توزیع گازهای خالص و فوق خالص است. این گازها دارای گرید خلوص 6.0 (99.9999%) یا 7.0 (99.99999%) هستند.

این رگلاتورها گاز حامل و گازهای کالیبراسیون را برای دستگاه‌های آنالیز که به فشار کاملاً ثابت و خلوص مطلق نیاز دارند، تامین می‌کنند، از جمله:

• کروماتوگرافی گازی (GC)
• طیف‌سنجی جرمی (MS)
• جذب اتمی (AA)
• صنایع نیمه‌هادی و فیبر نوری:

در این صنایع که از گازهای UHP برای فرآیندهای حساسی مانند لیتوگرافی یا تولید ویفر استفاده می‌شود، هرگونه آلودگی میکروسکوپی از رگلاتور می‌تواند کل فرآیند تولید را مختل کند.

• گازهای خورنده و سمی:

برای کنترل فشار گازهایی مانند آمونیاک (NH₃)، کلر (Cl₂)، هیدروژن سولفید (H₂S) و مخلوط‌های گازی خورنده، استفاده از رگلاتورهای خطی با متریال خاص الزامی است. در این کاربردها، تمرکز از خلوص به ایمنی و مقاومت متریال تغییر می‌کند. رگلاتور خطی باید در برابر خوردگی مقاوم باشد تا از نشت فاجعه‌بار گاز سمی جلوگیری شود.

راهنمای انتخاب رگلاتور خطی تخصصی

انتخاب رگلاتور خطی در کاربردهای تخصصی، بسیار فراتر از انتخاب محدوده فشار ورودی و خروجی است. در این سطح، متریال استفاده شده در ساخت رگلاتور، از فشار آن اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. یک انتخاب اشتباه می‌تواند ایمنی را به خطر انداخته یا نتایج میلیون‌ها تومان آزمایش را بی‌اعتبار کند.

۱. متریال بدنه:

• رگلاتور برنجی با روکش کروم :
  • کاربرد: این متریال، استاندارد صنعتی برای گازهای خنثی، غیرخورنده و غیر سمی است.
  • مثال گازها: نیتروژن ($N_2$)، آرگون ($Ar$)، هلیوم ($He$) و هوای خشک تا گرید خلوص 5.0
  • مزیت: مقرون به صرفه بودن.
• رگلاتور استنلس استیل 316L (SS316L):
  • کاربرد: استفاده از این گرید (فولاد زنگ‌نزن با کربن پایین) برای گازهای خورنده، سمی و تمام گازهای فوق خالص (UHP) الزامی است.
  • چرا SS316L؟ دلیل انتخاب این متریال برای گازهای UHP فقط مقاومت در برابر خوردگی نیست، بلکه به کیفیت سطح آن مربوط می‌شود. سطح داخلی رگلاتورهای SS316L معمولاً به صورت الکتروپولیش بسیار صیقلی و عاری از حفره‌های میکروسکوپی است.
  • سطوح ناصاف (مانند برنج ریخته‌گری شده) می‌توانند مولکول‌های گاز یا آلاینده‌ها را در خود جذب کنند و بعداً در زمان نامناسب آزاد نمایند. این پدیده outgassing نام دارد و خلوص گاز UHP را از بین می‌برد. SS316L الکتروپولیش شده این مشکل را به حداقل می‌رساند.

۲. متریال دیافراگم: چرا Hastelloy استاندارد طلایی است؟

دیافراگم ، حساس‌ترین، دقیق‌ترین و آسیب‌پذیرترین جزء رگلاتور است. این قطعه هم در تماس مستقیم با گاز فرآیند است و هم به طور مداوم تحت خستگی مکانیکی قرار دارد.

• دیافراگم الاستومری (Elastomer/Rubber): در رگلاتورهای ارزان‌قیمت صنعتی (مانند رگلاتور پروپان خانگی) استفاده می‌شود. اما استفاده از آن برای گازهای خالص یک فاجعه است.
  • چرا؟ همانطور که منابع فنی توضیح می‌دهند ، الاستومرها نفوذپذیر هستند. آن‌ها آلودگی‌های موجود در هوا (مانند رطوبت و اکسیژن) را هنگام تعویض سیلندر جذب کرده و سپس این آلودگی‌ها را به آرامی به جریان گاز خالص گران‌قیمت رها می‌کنند و خلوص آن را از بین می‌برند.
• دیافراگم هستلوی (Hastelloy C276):
  • موجودیت کلیدی: Hastelloy یک سوپرآلیاژ مبتنی بر نیکل است که به دلیل مقاومت خارق‌العاده‌اش شناخته می‌شود.
  • چرا Hastelloy؟
    1. مقاومت شیمیایی: مقاومت آن در برابر گازهای بسیار خورنده (مانند کلر یا H₂S) حتی از SS316L نیز بیشتر است.
    2. عدم نفوذپذیری: یک سد فلزی کامل است، برخلاف الاستومرها.
    3. حفظ خلوص: آلودگی را جذب و رها نمی‌کند.
  • نتیجه: برای تمام گازهای UHP (گرید 6.0 و بالاتر) و تمام گازهای خورنده و سمی، دیافراگم Hastelloy یک الزام فنی است، نه یک گزینه لوکس.

۳. اتصالات (Fittings): ابهام‌زدایی VCR و اهمیت آب‌بندی

• اتصالات استاندارد (NPT/G): رایج‌ترین اتصالات رزوه‌ای مخروطی یا موازی. برای گازهای خنثی و کاربردهای عمومی کافی هستند، اما برای آب‌بندی کامل در سطح UHP و خلاء بالا، به نوار تفلون یا درزگیر نیاز دارند که خود منبع آلودگی محسوب می‌شوند.
• ابهام‌زدایی موجودیت VCR:
  • ابتدا باید تاکید کرد که VCR در صنعت گاز هیچ ارتباطی با دستگاه ضبط ویدئویی ندارد.
  • VCR مخفف VCR Metal Gasket Face Seal Fittings است.
• اهمیت اتصالات VCR:
  • آب‌بندی فلز-روی-فلز: برخلاف اتصالات NPT، اتصالات VCR از یک واشر فلزی یکبار مصرف (معمولاً از جنس نیکل یا SS316L) استفاده می‌کنند که بین دو سطح کاملاً صیقلی فشرده می‌شود.
  • چرا حیاتی است؟ این نوع آب‌بندی، تنها راه برای تضمین نرخ نشت است. این به معنای جلوگیری کامل از ورود هوای محیط به خط UHP (که باعث آلودگی می‌شود) و جلوگیری کامل از نشت گاز سمی به محیط آزمایشگاه (که باعث ایمنی می‌شود) است.
  • کاربرد: رگلاتورهای خطی برای گازهای فوق خالص (UHP) گرید 7.0 (99.99999%) اغلب به اتصالات VCR مجهز می‌شوند.

برندهای معتبر رگلاتور خطی در بازار

شناخت برندهای معتبر در این حوزه نشان‌دهنده اعتبار و تخصص تامین‌کننده است. برندهای زیر به دلیل کیفیت ساخت، مهندسی دقیق و قابلیت اطمینان در کاربردهای حساس شناخته شده‌اند:

• GCE (شامل GCE DRUVA)
• Swagelok
• Drastar
• Parker
• Tescom
• Spectron (اسپکترون)
• Hercules
• Harris

اصول نصب، نگهداری و ایمنی رگلاتور بین خطی

هشدار مهم: نصب، راه‌اندازی و تعمیر رگلاتور گاز، به خصوص برای گازهای پرفشار، سمی، خورنده یا اشتعال‌پذیر، یک کار تخصصی است و باید فقط توسط “متخصص فنی” و “سرویسکار رگلاتور گاز” با تجربه انجام شود.

• نکات کلیدی نصب:
  • جهت جریان : رگلاتورهای خطی دارای جهت ورودی و خروجی مشخص هستند. نصب برعکس می‌تواند به دیافراگم و مکانیزم داخلی آسیب جدی وارد کند.
  • پاکسازی: قبل از نصب رگلاتور جدید، کل خط لوله باید با یک گاز خنثی (مانند نیتروژن گرید 5.0) پاکسازی شود تا از ورود ذرات جامد، روغن یا رطوبت به داخل رگلاتور جلوگیری شود.
  • اتصالات: باید از هم‌راستا بودن رزوه‌ها اطمینان حاصل کرد. هرگز نباید از نیروی بیش از حد برای سفت کردن اتصالات استفاده کرد. در اتصالات VCR، استفاده از هرگونه نوار تفلون یا درزگیر ممنوع است.
• تست نشتی:
  • پس از نصب و قبل از وارد کردن گاز فرآیند اصلی، کل سیستم باید تست نشتی شود. برای سیستم‌های UHP، این تست باید با استفاده از گاز هلیوم و یک نشت‌یاب جرمی انجام شود. برای سیستم‌های عمومی‌تر، می‌توان از محلول نشت‌یاب (مانند Snoop) استفاده کرد.
• نکات ایمنی و نگهداری:
  • هرگز رگلاتور طراحی شده برای یک گاز (مثلاً آرگون) را برای گاز دیگر (مثلاً اکسیژن یا هیدروژن) استفاده نکنید. سازگاری متریال‌ها حیاتی است و این کار می‌تواند منجر به آتش‌سوزی یا انفجار شود.
  • رگلاتورها قطعات مصرفی با عمر محدود هستند. فنرها و دیافراگم‌ها به مرور دچار خستگی مکانیکی می‌شوند. بازرسی دوره‌ای برای اطمینان از عدم نوسان فشار خروجی (پدیده Creep) ضروری است.

نتیجه‌گیری: چرا انتخاب رگلاتور خطی مناسب حیاتی است؟

در بازگشت به ابهام‌زدایی اولیه، اکنون مشخص است که «رگلاتور خطی» در صنعت گاز، یک اصطلاح رایج برای رگلاتور بین خطی است.

ما آموختیم که این رگلاتورها، بخش میانی و حیاتی یک سیستم گازرسانی سلسله‌مراتبی (آبشاری) هستند که وظیفه تثبیت فشار خط را بر عهده دارند.

اما مهم‌تر از آن، درک کردیم که در کاربردهای تخصصی، رگلاتور فقط یک کاهنده فشار نیست، بلکه یک نگهبان خلوص و یک تضمین‌کننده ایمنی است.

انتخاب متریال اشتباه (مانند برنج به جای SS316L) یا دیافراگم اشتباه (مانند لاستیک به جای Hastelloy) می‌تواند گران‌ترین گاز UHP را آلوده کرده، نتایج میلیون‌ها تومان آزمایش را بی‌اعتبار سازد، یا با نشت یک گاز سمی ، ایمنی پرسنل را به خطر بیندازد.

برای انتخاب رگلاتور خطی متناسب با نوع گاز (خالص، فوق خالص، خورنده، سمی)، فشار سیستم و الزامات خلوص دستگاه‌های آنالیز خود (GC, MS)، با کارشناسان فنی ما تماس بگیرید. ما به شما کمک می‌کنیم تا از ایمنی، دقت و اعتبار سیستم گازرسانی خود اطمینان حاصل کنید.