اندازه گيري جريان (Flow)
اندازه گيري جريان (Flow)
اندازه گيري جريان (Flow) :
يكي از متغيرهايي كه در صنعت پالايش و بهره برداري نفت ، سنجش و كنترل آن ضروري است جريان (Flow) مي باشد كه براي اين منظور از دستگاههاي جريان سنج (Flow Meter) استفاده مي شود. براي اندازه گيري Flow از روشهاي مختلفي استفاده مي شود.رايج ترين وسيله اندازه گيري مقدار جريان پرو سه ها يك سيستم اختلاف فشارمي باشد كه اغلب سيستم head meter ناميده مي شود. يك محدود كننده كالبيره شده كه المان اوليه ناميده مي شود در مسير سيال قرار گرفته و افت فشاري در لاين ايجاد مي كند كه با يك سنسور كه المان ثانويه ناميده مي شود اندازه گيري مي شود. معمولترين المان اوليه orifice plate مي باشد كه در يك قسمت از لوله توسط فلنج هايي نصب مي شود و معمولترين المان ثانويه ترانسميتر اختلاف فشار مي باشد. ترانسميتر اختلاف فشار تغيير در فشار لاين ايجاد شده توسط orifice plate را سنس مي كند و داراي اتصالات فشاري مانند مانوميتر مي باشد كه هر يك از آنها به يك سنسور ديافراگم هدايت مي شود. حركت ديافراگم تغيير فشار را مشخص مي كند. اين تركيب براي اجزا كم هزينه و براي هر سايز لاين مناسب و قابل استفاده با كاربردهاي زيادي مي باشد. و همچنين مي تواند براي لاين هايي با جريان معكوس( كه نيازمند يك اندازه گيري با عبوراز صفرمي باشد مانند از 50- تا gpm 50 + ) به كار برده شود در صورتي كه با يك كيت zero elevation نصب شود.
الزامات اقتصادي و پيكربندي و سايز لوله كشي تنها چيزهاي موثر در انتخاب المانهاي اوليه و ثانويه نمي باشند. مشخصات ماده جاري شونده مانند دما ، مقدار ذرات جامد معلق در آن و ويسكوزيته نيز بايد در نظر گرفته شود.
بسيار سفارش شده كه هر ترانسميتر اختلاف فشار با يك 3 - valve manifold بين ترانسميتر و لوله هاي پروسه نصب شود. اين كار موجب جدا كردن ترانسميتر از سيال پروسه و ايجاد امكان جابه جايي ترانسميتر براي تعمير و بازرسي بدون نياز به قطع پروسه مي شود. بزرگترين محدوديت هاي ميترهاي اختلاف فشار rangeability پايين و وجود يك رابطه راديكالي با مقدار خوانده شده كه بايد به روشهايي ايجاد شود ، مي باشد. همچنين قابل استفاده براي انواع خاصي از سيالات مانند slurry ها ( مواد آبكي) نمي باشند.
المانهاي اوليه ( محدود كننده ها ) شامل orifice plate ، flow nozzle ، elbow ، venture tube و annubar مي باشند.
اريفيس ميتر(Orifice Meter) :
اريفيس ميتر شامل سه قسمت است : 1- عنصر اوليه (اريفيس) 2 - دستگاه نشان دهنده 3- لوله كشي ( رابط بين دستگاه نشان دهنده به طرفين اريفيس )
1- عنصر اوليه (اريفيس) : همان طور كه مي دانيم اختلاف فشار بين دو نقطه سبب جريان بين آن دو نقطه مي شود بنابراين با به وجود آوردن اختلاف فشار مي توان جريان را اندازه گيري كرد. اريفيس براي به وجود آوردن اختلاف فشار بين دو نقطه در يك لوله سيال به كار مي رود . هنگام عبور سيال از سوراخ اريفيس كه از قطر لوله كوچكتر است طبق اصل برنولي سرعت آن زياد و در نتيجه فشار كم مي شود.
صفحه اريفيس Orifice Plate :
از عوامل اوليه ايجاد اختلاف فشار كه به مراتب كاربرد زيادتري از ساير عوامل اوليه دارد صفحه اريفيس است و آن صفحه فلزي مدوري است به ضخامت از ⅛ تا ¼ اينچ و گاهي در شرايط خاص ضخامت آن كمتر يا بيشتر انتخاب مي شود. در اين صفحه سوراخي تعبيه شده كه محل سوراخ و شكل و اندازه آن بستگي به كاربرد صفحه اريفيس دارد. مسئله بسيار مهم صاف بودن سطح صفحه اريفيس و تيز بودن لبه 90 درجه آن است كه اگر چنانچه در اثر برخورد مواد معلق در سيال هنگام عبور لبه آن تيزي خود را از دست بدهد دقت اندازه گيري از بين خواهد رفت . همچنين اگر ضخامت صفحه اريفيس در رابطه با اختلاف فشار دو طرف آن صحيح انتخاب نشود باعث خواهد شد انحنا يا فرورفتگي در خود صفحه ايجاد شده و شكل صحيح الگو خراب شود. در مواردي كه به علت اختلاف فشار زياد ناچار شوند ضخامت صفحه اوريفيس را بيشتر انتخاب كنند براي كم كردن سطح تماس دهانه با مايع در حال خروج به وسيله ماشين تراش لبه آن را 45 درجه تراشيده و به اصطلاح پخ مي كنند به طوريكه ضخامت آن نصف شود .
انواع اريفيس :
از نظر شكل ظاهر و وضعيت سوراخ ، اريفيس با توجه به كاربرد آن در موارد مختلف به چهار شكل ساخته مي شود :
1- اريفيس هم مركز (Concentric Orifice) : كه سوراخ آن كاملا در وسط صفحه قرار گرفته و براي مواد نفتي سبك و بدون رسوب و گازها به كار مي رود.
2- اريفيس خارج از مركز(Eccentric Orifice) : كه سوراخ آن در وسط صفحه قرار ندارد و خارج از مركز است و براي مواد نفتي رسوب دار و سنگين به كار مي رود.
3-اوريفيس قطعه اي (Segment Orifice) : كه سوراخ آن خارج از مركز و به شكل قطعه اي از دايره مي باشد و كاربرد آن براي مواد رسوب دار است .
4- اوريفيس كرير(Orifice Carrier) : كه مي تواند انواع صفحه اريفيس را در خود جا دهد و آن فلنج دايره شكلي است كه مي توان انواع صفحه هاي اريفيس را با اندازه هاي مختلف به وسيله چند پيچ در محيط روي آن نصب نمود. چون سوراخهاي اتصال براي لوله هاي حامل اختلاف فشار روي خود Carrier تعبيه شده احتياج به فلنج سوراخ دار يا سوراخ كردن بدنه لوله حامل جريان نيست .
اندازه قطر سوراخ اريفيس :
به منظور به دست آوردن الگوي صحيح مايع هنگام عبور از دهانه صفحه اريفيس و همچنين مشخص شدن محل مناسب براي دو نقطه حداقل و حداكثر فشار كه در جريان سنجي مهم هستند بايد نسبت قطر سوراخ صفحه اريفيس (d) به قطر داخلي لوله حامل جريان (D) از حدود معيني كه در اثر تحقيق و تجربه به دست آمده خارج نباشد و اين نسبت بين 0.2 تا 0.75 است كه گاهي در بعضي كتب تا 0.8 نيز نوشته شده است .
نقاط اتصال لوله هاي حامل اختلاف فشار از دو طرف صفحه اريفيس (Orifice Tapping) :
براي اتصال لوله هاي حامل اختلاف فشار از طرفين صفحه اريفيس به دستگاه جريان سنج در اثر تجربه و تحقيق نقاطي پيدا كرده اند . نكته قابل توجه اين است كه قطر لوله هاي حامل اختلاف فشار از D/10 ( D قطر داخلي لوله هاي حامل جريان) نبايد بزرگتر باشد.
انواع نقاط اتصال عبارتند از : 1- D/2 , D
۲- اتصال فلنجي 3- اتصال لوله اي 4- اتصال زاويه اي
5- اتصال صفحه اي 6- اتصال Vena – Contracta
سيال در حال جريان هنگامي كه از دهانه تنگ صفحه اريفيس عبور مي كند با اينكه دهانه اريفيس كمترين قطر را در راه عبور دارد ولي قطر مايع پس از عبور از دهانه باز هم كوچكتر شده و در فاصله اي آن طرفتر از صفحه اريفيس به حد اقل قطر خود مي رسد به اين نقطه اصطلاحا نقطه Vena Contracta مي گويند. فاصله اين نقطه تا صفحه اريفيس بستگي به نسبت d/D دارد هر چه اين نسبت به يك نزديكتر شود اين نقطه نزديكتر به صفحه تشكيل خواهد شد.
لوله ونتوري (Ventury Tube) :
عامل اوليه ديگري كه به منظور ايجاد اختلاف فشار به كار مي رود لوله ونتوري مي باشد. لوله ونتوري لوله ايست كه در قسمتي از آن سطح مقطعش تنگتر شده و مايع هنگام عبور از نقطه تنگ شده فشارش افت كرده و سرعتش بيشتر مي شود. گلوگاه لوله ونتوري با فرم مخصوصي تراش داده شده و بسيار صاف و صيقلي مي باشد . علت اصلي صاف و صيقلي بودن سطح داخل آن به منظور افت فشار دائم كمتر و دقت بيشتر در صحيح بودن الگوي مايع به منظور اندازه گيري دقيق و بدون خطا مي باشد .
Target flowmeter :
در اين نوع flowmeter براي اندازه گيري جريان سيال ، يك ديسك در لوله به طور عمودي و در مسير عبور سيال قرار مي گيرد به طوريكه با جهت جريان سيال ، يك زاويه قائمه تشكيل دهد . جريان سيال نيرويي را بر ديسك وارد مي سازد كه با مجذور جريان متناسب بوده و توسط meter اندازه گيري مي شود.
(Variable – area meter ( rotameter :
اين نوع flowmeter از يك شناور چگالتر از سيال گذرنده تشكيل شده كه در يك تيوب باريك آويزان شده و به آزادي مي تواند به بالا يا پايين حركت كند. موقعيت شناور بسته به نتيجه تعادل نيروي حاصل از سرعت سيال گذرنده و وزن شناور تغيير مي كند. حركت آن متناسب با جريان بوده و يك سيگنال كه ارتباط خطي با flow دارد را ايجاد مي كند.
مزايا : مي تواند ريت هاي flow پايين را اندازه گيري كند .
محدوديت ها : سيال بايد به طورمناسب تميز باشد و ماكزيمم مقدار جريان نيز به وسيله سايز ميتر محدود مي شود.
Turbine Flowmeter( فلومیتر توربینی ) :
این نوع فلومیتر دارای یک روتور می باشد که در لاین و در مسیر عبور سیال قرار می گیرد سیال عبوری از لاین باعث چرخش روتور با سرعتی متناسب با سرعت سیال می شود که مستقیما با مقدار جریان متناسب است . Magnet هایی روی روتور نصب شده اند که هنگامی که از مجاورت Pickup های مغناطیسی عبور می کنند پالس های الکتریکی ایجاد می کنند . این پالسها سپس توسط یک مبدل الکترونیکی پردازش شده و مقدار جریان نشان داده می شود . دقت این جریان سنجها برای اندازه گیری جریان سیالات نا آرام و متشنج مناسب است.
اندازه گيري جريان (Flow)
اندازه گيري جريان (Flow) :
يكي از متغيرهايي كه در صنعت پالايش و بهره برداري نفت ، سنجش و كنترل آن ضروري است جريان (Flow) مي باشد كه براي اين منظور از دستگاههاي جريان سنج (Flow Meter) استفاده مي شود. براي اندازه گيري Flow از روشهاي مختلفي استفاده مي شود.رايج ترين وسيله اندازه گيري مقدار جريان پرو سه ها يك سيستم اختلاف فشارمي باشد كه اغلب سيستم head meter ناميده مي شود. يك محدود كننده كالبيره شده كه المان اوليه ناميده مي شود در مسير سيال قرار گرفته و افت فشاري در لاين ايجاد مي كند كه با يك سنسور كه المان ثانويه ناميده مي شود اندازه گيري مي شود. معمولترين المان اوليه orifice plate مي باشد كه در يك قسمت از لوله توسط فلنج هايي نصب مي شود و معمولترين المان ثانويه ترانسميتر اختلاف فشار مي باشد. ترانسميتر اختلاف فشار تغيير در فشار لاين ايجاد شده توسط orifice plate را سنس مي كند و داراي اتصالات فشاري مانند مانوميتر مي باشد كه هر يك از آنها به يك سنسور ديافراگم هدايت مي شود. حركت ديافراگم تغيير فشار را مشخص مي كند. اين تركيب براي اجزا كم هزينه و براي هر سايز لاين مناسب و قابل استفاده با كاربردهاي زيادي مي باشد. و همچنين مي تواند براي لاين هايي با جريان معكوس( كه نيازمند يك اندازه گيري با عبوراز صفرمي باشد مانند از 50- تا gpm 50 + ) به كار برده شود در صورتي كه با يك كيت zero elevation نصب شود.
الزامات اقتصادي و پيكربندي و سايز لوله كشي تنها چيزهاي موثر در انتخاب المانهاي اوليه و ثانويه نمي باشند. مشخصات ماده جاري شونده مانند دما ، مقدار ذرات جامد معلق در آن و ويسكوزيته نيز بايد در نظر گرفته شود.
بسيار سفارش شده كه هر ترانسميتر اختلاف فشار با يك 3 - valve manifold بين ترانسميتر و لوله هاي پروسه نصب شود. اين كار موجب جدا كردن ترانسميتر از سيال پروسه و ايجاد امكان جابه جايي ترانسميتر براي تعمير و بازرسي بدون نياز به قطع پروسه مي شود. بزرگترين محدوديت هاي ميترهاي اختلاف فشار rangeability پايين و وجود يك رابطه راديكالي با مقدار خوانده شده كه بايد به روشهايي ايجاد شود ، مي باشد. همچنين قابل استفاده براي انواع خاصي از سيالات مانند slurry ها ( مواد آبكي) نمي باشند.
المانهاي اوليه ( محدود كننده ها ) شامل orifice plate ، flow nozzle ، elbow ، venture tube و annubar مي باشند.
اريفيس ميتر(Orifice Meter) :
اريفيس ميتر شامل سه قسمت است : 1- عنصر اوليه (اريفيس) 2 - دستگاه نشان دهنده 3- لوله كشي ( رابط بين دستگاه نشان دهنده به طرفين اريفيس )
1- عنصر اوليه (اريفيس) : همان طور كه مي دانيم اختلاف فشار بين دو نقطه سبب جريان بين آن دو نقطه مي شود بنابراين با به وجود آوردن اختلاف فشار مي توان جريان را اندازه گيري كرد. اريفيس براي به وجود آوردن اختلاف فشار بين دو نقطه در يك لوله سيال به كار مي رود . هنگام عبور سيال از سوراخ اريفيس كه از قطر لوله كوچكتر است طبق اصل برنولي سرعت آن زياد و در نتيجه فشار كم مي شود.
صفحه اريفيس Orifice Plate :
از عوامل اوليه ايجاد اختلاف فشار كه به مراتب كاربرد زيادتري از ساير عوامل اوليه دارد صفحه اريفيس است و آن صفحه فلزي مدوري است به ضخامت از ⅛ تا ¼ اينچ و گاهي در شرايط خاص ضخامت آن كمتر يا بيشتر انتخاب مي شود. در اين صفحه سوراخي تعبيه شده كه محل سوراخ و شكل و اندازه آن بستگي به كاربرد صفحه اريفيس دارد. مسئله بسيار مهم صاف بودن سطح صفحه اريفيس و تيز بودن لبه 90 درجه آن است كه اگر چنانچه در اثر برخورد مواد معلق در سيال هنگام عبور لبه آن تيزي خود را از دست بدهد دقت اندازه گيري از بين خواهد رفت . همچنين اگر ضخامت صفحه اريفيس در رابطه با اختلاف فشار دو طرف آن صحيح انتخاب نشود باعث خواهد شد انحنا يا فرورفتگي در خود صفحه ايجاد شده و شكل صحيح الگو خراب شود. در مواردي كه به علت اختلاف فشار زياد ناچار شوند ضخامت صفحه اوريفيس را بيشتر انتخاب كنند براي كم كردن سطح تماس دهانه با مايع در حال خروج به وسيله ماشين تراش لبه آن را 45 درجه تراشيده و به اصطلاح پخ مي كنند به طوريكه ضخامت آن نصف شود .
انواع اريفيس :
از نظر شكل ظاهر و وضعيت سوراخ ، اريفيس با توجه به كاربرد آن در موارد مختلف به چهار شكل ساخته مي شود :
1- اريفيس هم مركز (Concentric Orifice) : كه سوراخ آن كاملا در وسط صفحه قرار گرفته و براي مواد نفتي سبك و بدون رسوب و گازها به كار مي رود.
2- اريفيس خارج از مركز(Eccentric Orifice) : كه سوراخ آن در وسط صفحه قرار ندارد و خارج از مركز است و براي مواد نفتي رسوب دار و سنگين به كار مي رود.
3-اوريفيس قطعه اي (Segment Orifice) : كه سوراخ آن خارج از مركز و به شكل قطعه اي از دايره مي باشد و كاربرد آن براي مواد رسوب دار است .
4- اوريفيس كرير(Orifice Carrier) : كه مي تواند انواع صفحه اريفيس را در خود جا دهد و آن فلنج دايره شكلي است كه مي توان انواع صفحه هاي اريفيس را با اندازه هاي مختلف به وسيله چند پيچ در محيط روي آن نصب نمود. چون سوراخهاي اتصال براي لوله هاي حامل اختلاف فشار روي خود Carrier تعبيه شده احتياج به فلنج سوراخ دار يا سوراخ كردن بدنه لوله حامل جريان نيست .
اندازه قطر سوراخ اريفيس :
به منظور به دست آوردن الگوي صحيح مايع هنگام عبور از دهانه صفحه اريفيس و همچنين مشخص شدن محل مناسب براي دو نقطه حداقل و حداكثر فشار كه در جريان سنجي مهم هستند بايد نسبت قطر سوراخ صفحه اريفيس (d) به قطر داخلي لوله حامل جريان (D) از حدود معيني كه در اثر تحقيق و تجربه به دست آمده خارج نباشد و اين نسبت بين 0.2 تا 0.75 است كه گاهي در بعضي كتب تا 0.8 نيز نوشته شده است .
نقاط اتصال لوله هاي حامل اختلاف فشار از دو طرف صفحه اريفيس (Orifice Tapping) :
براي اتصال لوله هاي حامل اختلاف فشار از طرفين صفحه اريفيس به دستگاه جريان سنج در اثر تجربه و تحقيق نقاطي پيدا كرده اند . نكته قابل توجه اين است كه قطر لوله هاي حامل اختلاف فشار از D/10 ( D قطر داخلي لوله هاي حامل جريان) نبايد بزرگتر باشد.
انواع نقاط اتصال عبارتند از : 1- D/2 , D
۲- اتصال فلنجي 3- اتصال لوله اي 4- اتصال زاويه اي
5- اتصال صفحه اي 6- اتصال Vena – Contracta
سيال در حال جريان هنگامي كه از دهانه تنگ صفحه اريفيس عبور مي كند با اينكه دهانه اريفيس كمترين قطر را در راه عبور دارد ولي قطر مايع پس از عبور از دهانه باز هم كوچكتر شده و در فاصله اي آن طرفتر از صفحه اريفيس به حد اقل قطر خود مي رسد به اين نقطه اصطلاحا نقطه Vena Contracta مي گويند. فاصله اين نقطه تا صفحه اريفيس بستگي به نسبت d/D دارد هر چه اين نسبت به يك نزديكتر شود اين نقطه نزديكتر به صفحه تشكيل خواهد شد.
لوله ونتوري (Ventury Tube) :
عامل اوليه ديگري كه به منظور ايجاد اختلاف فشار به كار مي رود لوله ونتوري مي باشد. لوله ونتوري لوله ايست كه در قسمتي از آن سطح مقطعش تنگتر شده و مايع هنگام عبور از نقطه تنگ شده فشارش افت كرده و سرعتش بيشتر مي شود. گلوگاه لوله ونتوري با فرم مخصوصي تراش داده شده و بسيار صاف و صيقلي مي باشد . علت اصلي صاف و صيقلي بودن سطح داخل آن به منظور افت فشار دائم كمتر و دقت بيشتر در صحيح بودن الگوي مايع به منظور اندازه گيري دقيق و بدون خطا مي باشد .
Target flowmeter :
در اين نوع flowmeter براي اندازه گيري جريان سيال ، يك ديسك در لوله به طور عمودي و در مسير عبور سيال قرار مي گيرد به طوريكه با جهت جريان سيال ، يك زاويه قائمه تشكيل دهد . جريان سيال نيرويي را بر ديسك وارد مي سازد كه با مجذور جريان متناسب بوده و توسط meter اندازه گيري مي شود.
(Variable – area meter ( rotameter :
اين نوع flowmeter از يك شناور چگالتر از سيال گذرنده تشكيل شده كه در يك تيوب باريك آويزان شده و به آزادي مي تواند به بالا يا پايين حركت كند. موقعيت شناور بسته به نتيجه تعادل نيروي حاصل از سرعت سيال گذرنده و وزن شناور تغيير مي كند. حركت آن متناسب با جريان بوده و يك سيگنال كه ارتباط خطي با flow دارد را ايجاد مي كند.
مزايا : مي تواند ريت هاي flow پايين را اندازه گيري كند .
محدوديت ها : سيال بايد به طورمناسب تميز باشد و ماكزيمم مقدار جريان نيز به وسيله سايز ميتر محدود مي شود.
Turbine Flowmeter( فلومیتر توربینی ) :
این نوع فلومیتر دارای یک روتور می باشد که در لاین و در مسیر عبور سیال قرار می گیرد سیال عبوری از لاین باعث چرخش روتور با سرعتی متناسب با سرعت سیال می شود که مستقیما با مقدار جریان متناسب است . Magnet هایی روی روتور نصب شده اند که هنگامی که از مجاورت Pickup های مغناطیسی عبور می کنند پالس های الکتریکی ایجاد می کنند . این پالسها سپس توسط یک مبدل الکترونیکی پردازش شده و مقدار جریان نشان داده می شود . دقت این جریان سنجها برای اندازه گیری جریان سیالات نا آرام و متشنج مناسب است.
آخرین ویرایش: