فلومتر های التراسونیک برای اندازه گیری گاز
فلومتر های التراسونیک از دو نوع اصلی ترانزیت تایم (Transit-time) و داپلر (Doppler) تشکیل شده اند.
فلومتر التراسونیک ترانزیت تایم هم دارای فرستنده و هم دارای گیرنده می باشد.
این نوع از فلومترها دو سیگنال التراسونیک را با یک زاویه در امتداد لوله ارسال می کنند:
یک سیگنال در مسیر حرکت سیال و دیگری در خلاف جهت حرکت سیال.
سپس فلومتر ترانزیت تایم سرعت هر سیگنال را اندازه گیری می کند.
سرعت سیگنال التراسونیک هنگامی که در مسیر حرکت سیال می باشد،
سریع تر از زمانی می باشد که در خلاف جهت سیال حرکت می کند.
بنابراین اختلاف بین این سیگنال ها متناسب با فلوی عبوری می باشد.
در طی ۲۰ سال گذشته پیشرفت چشمگیری در تکنولوژی ساخت فلومترهای التراسونیک حاصل شده است.
از این رو فلومترهای التراسونیک ترانزیت تایم برای اندازه گیری سیالاتی که کاملاً تمیز نمی باشند مناسب تر هستند.
پیشرفت تکنولوژی در ساخت این فلومتر ها همچنین دقت اندازه گیری این سری از فلومتر ها را تا حد زیادی افزایش داده که باعث استفاده وسیع آنها در صنایع مختلف گردیده است.
پیشرفت چشمگیر دیگری که در این سری از فلومترها حاصل شده است تولید فلومتر های ترانزیت تایم Multipath یا چند مسیره می باشد که از بیشتر از یک سیگنال التراسونیک یا یک مسیر برای محاسبه دبی عبوری استفاده می کند.
هر سیگنال یا هر مسیر نیاز به یک جفت ترانسدیوسر فرستنده و گیرنده دارد.
با استفاده از این روش، فلومتر میزان دبی عبوری را در بیشتر از یک نقطه در مسیر حرکت جریان اندازه‌گیری می‌کند که این امر باعث افزایش دقت اندازه گیری فلومتر می شود.
فلومتر های التراسونیک یک مزیت رقابتی نسبت به باقی فلومتر هایی که از تکنولوژی جدید بهره می برند دارند.
برخلاف فلومترهای کوریولیس، فلومترهای التراسونیک عملکرد خیلی خوبی در لوله های سایز بزرگ دارند.
بیشتر از ۸۰ درصد از فلومترهای کوریولیس در لوله های سایز ۲ اینچ و کوچکتر استفاده شده اند.
البته این فلومتر ها در سایز لوله های ۴ اینچ و ۶ اینچ نیز استفاده شده اند اما قیمت این فلومتر ها برای لوله‌های بزرگتر از ۴ اینچ بسیار بالا بوده و هزینه اولیه زیادی را به مصرف‌کننده تحمیل می کند.
از نظر عملکردی سایز لوله بزرگ برای فلومتر های التراسونیک یک مزیت محسوب می شود
چرا که سیگنال های التراسونیک فضای بیشتری برای عبور از لوله دارند.
برای لوله های سایز ۶ اینچ و بزرگتر فلومترهای التراسونیک در اکثر مواقع گزینه مناسب تری نسبت به فلومترهای کوریولیس میباشند مخصوصاً برای سیالات گازی.
بزرگترین سایز لوله‌ای که فلومترهای کوریولیس در حال حاضر پوشش می دهند ۱۴ اینچ می باشد.
یکی از مزیت‌های فلومترهای التراسونیک در قیاس با فلومترهای مغناطیسی کاربرد آنها برای اندازه گیری سیالات مایع غیر رسانا، گازها و بخار می باشد.
فلومترهای مغناطیسی مصرف محدودی در صنایع نفت گاز پتروشیمی و پالایشگاهی دارد چرا که سیالات پایه نفتی غیر رسانا میباشند.
به عبارت دیگر فلومترهای مگنتیک یا مغناطیسی نمی‌توانند سیالات هیدرولیکی، پایه نفتی و گازهای فلر، گاز طبیعی، و گازهای پروسسی را اندازه گیری کنند.
همچنین امکان اندازه گیری بخار را نیز ندارند.
این موارد باعث شده که رشد بازار فلومترهای التراسونیک نسبت به فلومترهای مغناطیسی بسیار سریع تر باشد.
در نتیجه می توان گفت که فلومترهای مغناطیسی جایی در بازار اندازه گیری سیالات گازی و نفتی ندارند.
مزایا و معایب فلومتر های التراسونیک برای سیالات گازی:
مزایا:
- دقت اندازه گیری بالا
- تاییدشده برای انتقال کاستودی (Custody Transfer)
- داشتن Turndown Ratio یارنج کاری بالا.
- تکرارپذیر
- نصب به صورت کلمپی بر روی لوله بدون نیاز به سوراخ کردن لوله
- مناسب برای رنج دمای کاری بالا
- اصلاح اتوماتیک shift ها در مقادیر اندازه گیری شده؛ نیاز به کالیبره دوره ای کمتری دارد.
- قابل اعتماد در بلند مدت
- هزینه تعمیر و نگهداری پایین. قطعه متحرک برای تعویض یا روغن کاری ندارد
معایب:
- هزینه اولیه بالا
- کثیفی و وجود رطوبت زیاد در خطوط هوا و یا گاز بر روی عملکرد و دقت اندازه گیری فلومتر تاثیر می گذارد.
این امر به خصوص در مواردی که از فیتراسیون نامناسب و یا سیستم های بدون خشک کن استفاده می کنند، کاملا مشهود می باشد. - نویز هایی که حتی از دایره بسامد شنوایی از آن خارج می باشند،
ممکن است در ردیابی پالس های سونیک تداخل ایجاد کنند و در نتیجه اندازه گیری با خطا مواجه شود. - در فلومتر های التراسونیک کلمپی دیواره لوله ها می توانند در سیگنالهای التراسونیک تداخل ایجاد کند.
فلومتر های ورتکس برای اندازه گیری گاز ها
در حالیکه فلومتر های ورتکس جزء اولین فلومتر هایی بودند که در اوایل دهه هفتاد میلادی در صنعت عرضه شدند،
با این حال تاریخچه این فلومترها به قبل تر از این زمان برمی گردد.
فلومتر های ورتکس از یک قانون فیزیک که تشکیل جریان های گردابی در پایین دست یک مانع که در مسیر حرکت سیال میباشند،
برای اندازه گیری فلو عبوری استفاده می کنند.
مبحث جریان های گردابی در ابتدا در سال ۱۵۰۰ میلادی توسط لئوناردو داوینچی مطرح شد.
در سال ۱۹۱۱ تئودور ون کارمن تحلیلی بر روی جریان های گردابی متناوب که در دو سطر به صورت دوبل یا جفت ایجاد می شدند،
انجام داد که با قرار دادن یک شئ صاف در مسیر حرکت سیال شکل می گرفت.
این پدیده در حال حاضر به عنوان خیابان گردابه ای فون کارمن شناخته می شود.
در حال حاضر فلومترهای ورتکس از قانون فون کارمن برای اندازه گیری فلو استفاده می کنند.
آنها یک قطعه به نام Bluff body دارند که آن را در مسیر حرکت جریان وارد insert می‌کنند.
این قطعه یک نوع مانع می باشد که لبه پهن و صافی دارد.
در فلومترهای ورتکس Bluff body در سمت راست مسیر جریان قرار می گیرد.
با برخورد سیال با این قطع جریانهای گردابی تولید می شوند.
سرعت سیال مورد نظر متناسب با فرکانس گردابهای ایجاد شده می باشد.
فلومتر های ورتکس این فرکانس‌ها را با استفاده از سنسورهای مختلف تشخیص می دهد
که شامل سنسورهای فشار ،حرارتی و التراسونیک می‌باشد.
میزان فلوی عبوری با ضرب محیط لوله در سرعت سیال محاسبه می شود.
در ژانویه ۲۰۰۷ کمیته یک موسسه نفتی امریکایی API یک استاندارد را برای استفاده از فرآورده‌های ورتکس برای انتقال کاستودی برای گازها و مایعات تعریف کرد.
این استاندارد در سال ۲۰۱۰ به روز رسانی شد.
به نظر می رسد که این تاییدیه و استاندارد باعث افزایش فروش فلومتر های ورتکس در بازار گردیده است.
با این حال، فلومتر های ورتکس نتوانستند در بازار انتقال گاز طبیعی موفق باشند
و این بازار همچنان در دست فلومترهای التراسونیک، اختلاف فشار و توربینی قرار دارد.
مزیت اصلی و رقابتی فلومترهای ورتکس تطبیق پذیری بالای آن ها با سیالات مختلف می باشد.
این فلومترها می توانند با دقت بالا سیالات گازی، مایعات و بخارات را اندازه گیری کنند.
همچنین می‌توانند برای اندازه گیری دبی بخارات با دمای بالا استفاده شوند.
فلومترهای اختلاف فشار که دارای صفحه اوریفیس میباشند تنها نوع دیگر از فلومترها با این مقدار از تطبیق پذیری می باشند.
اما معمولاً دقت اندازه گیری فلومتر ورتکس بالاتر از فرمت های اختلاف فشار می باشد
و همچنین افت فشار کمتری نسبت به فلومترهای اختلاف فشار در خط ایجاد می کند.
هر دو نوع فلومتر ورتکس و اختلاف فشار دارای ترانسمیترهای چند متغیره میباشند که میزان فلوی جرمی را اندازه گیری می کنند.
مزایای فلومتر های ورتکس
- بسیار منعطف؛ قابل استفاده برای اندازه گیری مایعات، گازها و بخار
- دقت اندازه گیری خوب
- عدم داشتن قطعات متحرک
- اندازه گیری فلو جرمی به کمک ترانسمیترهای چند متغیره
- مناسب برای استفاده در خطوط انتقال کاستودی Custody Transfer با داشتن استاندارد های API.
معایب فلومتر های ورتکس
- ممکن است به دلیل وجود Bluff body تاحدی باعث افت فشار در خط شوند.
- استفاده محدود از این فلومترها در خطوط انتقال کاستودی Custody Transfer
فلومترهای جرمی حرارتی برای اندازه گیری گاز ها
هر دو نوع فلومتر جرمی حرارتی و کوریولیس میزان فلوی جرمی را اندازه گیری می کنند اما قاعده اندازه گیری آنها کاملاً متفاوت از یکدیگر می باشد.
به جای استفاده از حرکت سیال Fluid momentum ،که در فلومترهای کوریولیس از این قاعده برای اندازه گیری استفاده می شود،
فلومترهای جرمی حرارتی از خاصیت هدایت الکتریکی یا حرارتی سیال برای اندازه گیری میزان فلو استفاده می کند.
علیرغم این موضوع که بیشتر فلومترهای جرمی حرارتی برای سیالات گازی استفاده می شوند،
بعضی از این فلومتر ها برای سیالات مایع نیز کاربرد دارند.
باد سنج سیم داغ از یک المنت سیم نازک گرم شده تشکیل شده است و بسیار کوچک و شکننده می باشد.
بادسنج های سیم داغ در پروفایل سرعت و همچنین در تحقیق تلاطم (Turbulence research) استفاده می شدند.
از آنجایی که آنها مستعد کثیف شدن و شکسته شدن هستند، برای محیط های صنعتی مناسب نمی باشند.
فلومترهای جرمی حرارتی صنعتی از مفهومی شبیه به این بادسنج های سیم داغ، برای اندازه گیری سرعت گرمای تلف شده ( heat dissipation ) برای محاسبه میزان فلو جرمی استفاده می کنند
که البته سنسور های استفاده شده در این فلومتر ها مقاوم در محیط های صنعتی می باشند.
وقتی که سیال در ارتباط با یک شیء گرم شده قرار می گیرد،
آن سریال گرمای آن شئ را به خود گرفته و در نتیجه دمای سیال افزایش می یابد.
یک فلومتر حرارتی از این قاعده برای اندازه گیری دبی استفاده می کند و به طور کلی به دو گروه تقسیم بندی می شوند.
روش اول اندازه گیری میزان اختلاف دما می باشد
یک هیتر در مسیر سیال نصب می‌شود و دمای سیال در دو نقطه بالادست و پایین دست آن هیتر اندازه گیری می شود.
سپس میزان فلو با اندازه گیری اختلاف دما در این دو نقطه محاسبه می شود.
لازم به ذکر است که این قاعده اندازه گیری برای مواردی که میزان دبی عبوری پایینی دارند استفاده می شود.
روش دوم اندازه گیری میزان توان مصرفی می باشد.
یکی هیتر در مسیر سیال نصب می شود و دمای سیال در دو نقطه بالادست و پایین دست این هیتر اندازه گیری می شود.
سپس از این هیتر بگونه ای کنترل می شود که به صورت پیوسته یک اختلاف دمای ثابت را بین این دو نقطه نگه دارد.
میزان دبی عبوری متناسب با میزان توان مصرف شده برای نگه داشتن این اختلاف دمای ثابت می باشد.
البته سازنده های مختلف از یک یا دو سنسور دما برای این روش اندازه گیری استفاده می کنند.
فلومتر های حرارتی دارای چندین مزیت اصلی می باشد. اول اینکه قیمت خرید پایینی دارند.
دوم اینکه می‌توانند برای گازهای با فشار پایین که دارای چگالی پایین نیز می باشند
و قابل اندازه گیری با فلومترهای کوریولیس نمی‌باشند، مورد استفاده قرار گیرند.
همین دو مزیت فلومترهای حرارتی باعث شده تا جایگاه خاصی را در اندازه گیری گازها به خود اختصاص دهد.
عیب اصلی فلومتر های حرارتی دقت اندازه گیری متوسط آنها در رنج ۳-۵ درصد بود
که خوشبختانه با رشد تکنولوژی در سال‌های گذشته این عدد به ۱ درصد افزایش یافته است.
مزایا فلومترهای جرمی حرارتی:
کلاس قیمت متوسط
قابلیت امکان اندازه گیری دبی گازهای با فشار پایین
مناسب برای اندازه گیری فلو در خروجی اگزوز و دودکش
فلومتر کاربردی در مانیتورینگ آلودگی ها
مدلهای فرورونده Insertion types می‌توانند در لوله های با سایزهای بزرگ نیز نصب شوند. برای مثال تا ۸۰ اینچ!
معایب فلومتر های جرمی حرارتی:
ترکیب گاز معمولا باید مشخص باشد.
تقریبا فقط برای اندازه گیری گاز ها استفاده می شود و مورد مصرف خیلی کمی برای مایعات دارد.
امکان اندازه گیری دبی بخارات را ندارند.
برای مشاوره و خرید تماس بگیرید