مقاييس التدفق بالضغط التفاضلي
مبادئ عمل أجهزة قياس التدفق بالضغط المختلفة
تقيس مقاييس التدفق بالضغط التفاضلي معدل تدفق السوائل عن طريق الكشف عن انخفاض الضغط عبر تضييق أو عنصر أساسي في مسار التدفق. يمكن أن يكون هذا التضييق على شكل صفيحة فتحة أو أنبوب فنتوري أو فوهة تدفق أو أنبوب بيتوت أو مخروط على شكل حرف V. يعتمد مبدأ عمل مقاييس تدفق الضغط التفاضلي على معادلة برنوليالتي تنص على أن مجموع الضغط السكوني وضغط السرعة ورأس الارتفاع لمائع يسري يكون ثابتًا. عندما يتدفق مائع عبر أنبوب ويواجه قيدًا (مثل صفيحة فتحة أو أنبوب فنتوري أو مخروط على شكل حرف V)، تزداد سرعته ويقل الضغط الساكن. ويتناسب انخفاض الضغط طردياً مع مربع سرعة المائع.
الأنواع الشائعة من مقاييس التدفق الضغطي التفاضلي
توجد عدة أنواع من مقاييس تدفق الضغط التفاضلي، كل منها مصمم لتطبيقات وظروف تشغيل محددة. وفيما يلي الأنواع الأكثر شيوعًا:
مقاييس التدفق بالفتحة:
- المبدأ: يتكون مقياس تدفق صفيحة الفتحة من صفيحة مسطحة ذات فتحة حادة الحواف في المنتصف. عندما يتدفق السائل عبر الفتحة، يتقلص السريان وتزداد السرعة، مما يؤدي إلى انخفاض في الضغط. يتم قياس الفرق في الضغط في أعلى وأسفل لوحة الفتحة لحساب معدل التدفق.
- المزايا: تصميم بسيط ومنخفض التكلفة وسهل التركيب والاستبدال.
- العيوب: فقدان ضغط دائم مرتفع بسبب انقباض التدفق؛ يتطلب صيانة دورية لضمان الدقة، خاصة في التطبيقات المتسخة أو المسببة للتآكل.
مقاييس التدفق الفنتوري:
- المبدأ: يحتوي أنبوب الفنتوري على حلق يضيق تدريجياً يليه قسم يتمدد تدريجياً. وعندما يتدفق المائع عبر التضيق، تزداد سرعته، مما يسبب انخفاضاً في الضغط يتناسب مع معدل السريان.
- المزايا: فقدان ضغط منخفض، ودقة عالية، ومناسبة لقياس السوائل اللزجة.
- العيوب: أكبر حجمًا وأعلى تكلفة مقارنة بألواح الفتحات؛ يصعب تركيبها في المساحات الصغيرة.
أجهزة قياس التدفق بفوهة التدفق:
- المبدأ: على غرار أنبوب فنتوري ولكن بتصميم أبسط، تحتوي فوهة التدفق على قسم سلس ومتقارب يؤدي إلى حلق حيث يتم قياس فرق الضغط.
- المزايا: دقة عالية، وجيدة للتدفقات عالية السرعة، وأقل عرضة للتآكل.
- العيوب: فقدان معتدل للضغط، وقابلية أقل للنطاق مقارنةً بأنابيب الفنتوري.
الأنابيب البيتوتية:
- المبدأ: تقيس أنابيب بيتوت سرعة سريان المائع عن طريق تحويل الطاقة الحركية في المائع إلى طاقة كامنة. ويُستخدم الفرق بين الضغط الساكن والضغط الكلي (الركود) لحساب سرعة التدفق.
- المزايا: تصميم بسيط، وتكلفة منخفضة، وفقدان أقل قدر من الضغط، وسهولة التركيب.
- العيوب: أقل دقة للتدفقات المضطربة؛ حساسة للمحاذاة وتتطلب تنظيفًا متكررًا.
أجهزة قياس التدفق المخروطي V-مخروطي:
- المبدأ: مقياس التدفق المخروطي على شكل حرف V هو نوع فريد من مقاييس الضغط التفاضلي الذي يستخدم عائقًا مخروطي الشكل في وسط الأنبوب. يقوم المخروط بإعادة تشكيل ملف السرعة وتثبيت تدفق المائع، مما يخلق ضغطًا تفاضليًا يمكن قياسه لتحديد معدل التدفق.
- المزايا: دقة عالية وقابلية للتكرار؛ فقدان ضغط دائم منخفض؛ حساسية أقل لاضطرابات التدفق؛ يتطلب الحد الأدنى من الأنابيب ذات التشغيل المستقيم.
- العيوب: تكلفة أولية أعلى مقارنة بألواح الفتحات التقليدية؛ قد يتطلب التركيب تدريبًا متخصصًا.
أنابيب الضغط التفاضلية وتركيبها وصيانتها
يعتمد أداء ودقة مقاييس تدفق الضغط التفاضلي ودقتها اعتمادًا كبيرًا على التركيب السليم وتكوين الأنابيب والصيانة الدورية.
- متطلبات الأنابيب: تتطلب عدادات التدفق DP مسارات مستقيمة من الأنابيب في المنبع (عادةً 10 أقطار) وفي المصب (5 أقطار) من عنصر التدفق لضمان الحصول على شكل تدفق مطور بالكامل. يمكن أن يؤدي عدم كفاية الأنابيب المستقيمة إلى قراءات غير دقيقة.
- اعتبارات التثبيت: يجب تركيب مقاييس تدفق الضغط التفاضلي في موقع يقلل من اضطرابات التدفق. وينبغي وضعها بعيداً عن الانحناءات والمرفقين والصمامات والتجهيزات الأخرى التي تعيق التدفق. يجب أن تكون صنابير الضغط نظيفة ومحاذاة بشكل صحيح وخالية من الانسدادات.
- الصيانة الممارسات: الفحص والمعايرة والصيانة المنتظمة ضرورية للحفاظ على دقة مقاييس التدفق DP. يجب فحص ألواح الفتحات والفوهات والعناصر الأولية الأخرى للتأكد من عدم وجود تآكل أو تآكل أو تراكم الحطام. يجب إجراء المعايرة بشكل دوري للتأكد من أن القياس ضمن نطاق الدقة المحدد.
تطبيقات أجهزة قياس التدفق بالضغط التفاضلي
نظرًا لتعدد استخداماتها وموثوقيتها، تُستخدم مقاييس تدفق الضغط التفاضلي في مختلف الصناعات، بما في ذلك:
- النفط والغاز: لقياس تدفق النفط الخام والغاز الطبيعي والبخار وسوائل المعالجة الأخرى في خطوط الأنابيب والمصافي. وتحظى ألواح الفوهة والمقاييس المخروطية على شكل حرف V بشعبية خاصة في هذه التطبيقات بسبب قدرتها على الضغط العالي.
- معالجة المياه ومياه الصرف الصحي: تستخدم لقياس تدفق المياه والمواد الكيميائية والحمأة في محطات المعالجة وشبكات التوزيع. وتعد أنابيب الفنتوري وفوهات التدفق خيارات شائعة في هذه الإعدادات نظراً لانخفاض فقدان الضغط والموثوقية العالية.
- توليد الطاقة: تُستخدم لقياس تدفق البخار في الغلايات ومياه التغذية في التوربينات وغيرها من السوائل المهمة لتشغيل محطة توليد الطاقة. يشيع استخدام أنبوب فنتوري ومقاييس لوحة الفتحة في هذه التطبيقات.
- الصناعات الكيميائية والبتروكيماوية: يُستخدم لقياس تدفق المواد الكيميائية المسببة للتآكل والسامة، والسوائل عالية الحرارة، وتدفقات العمليات الأخرى. ويعتبر مقياس التدفق المخروطي على شكل حرف V مفيدًا بشكل خاص في هذه الإعدادات نظرًا لتصميمه القوي ومتطلبات الصيانة المنخفضة.
- أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء: تستخدم لقياس تدفق الماء والهواء في أنظمة التدفئة والتهوية والتبريد. وغالباً ما تستخدم أنابيب بيتوت ومقاييس التدفق الأنبوبي نظراً لانخفاض ضغطها وسهولة تركيبها.
- المأكولات والمشروبات: تستخدم لقياس تدفق الماء والحليب والشراب والمكونات الأخرى في مصانع المعالجة. وغالباً ما يتم اختيار عدادات أنوبار وفنتوري لتصميمها الصحي وقدراتها الدقيقة لقياس التدفق