در دنیای امروز، دقت در اندازهگیری پارامترهای مختلف، نقشی حیاتی در بهبود عملکرد و افزایش راندمان سیستم‌ها ایفا می‌کند. در صنایع مختلف، از جمله صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، داروسازی، و صنایع غذایی، اندازهگیری دقیق جریان سیالات از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این اندازهگیری دقیق، نه تنها در کنترل کیفیت محصول و بهینه‌سازی فرآیندها مؤثر است، بلکه در کاهش هزینه‌ها و جلوگیری از هدررفت منابع نیز نقش بسزایی دارد. به عنوان مثال، در صنعت نفت، اندازهگیری دقیق جریان نفت و گاز، در تعیین میزان تولید و محاسبه‌ی درآمد حاصل از فروش آن، بسیار مهم است. در صنایع شیمیایی، اندازهگیری دقیق جریان مواد اولیه و محصولات، در کنترل کیفیت و جلوگیری از واکنشهای ناخواسته، ضروری است.
روش‌های مختلفی برای اندازهگیری جریان سیالات وجود دارد که هر کدام بر اساس اصول فیزیکی خاصی عمل می‌کنند. برخی از این روش‌ها، مانند فلومترهای توربینی و مغناطیسی، حجم سیال عبوری را اندازهگیری می‌کنند، در حالی که برخی دیگر، مانند فلومترهای جرمی، جرم سیال عبوری را به طور مستقیم اندازهگیری می‌کنند. در این مقاله، تمرکز ما بر روی فلومترهای جرمی و پاسخ به سوال "فلومتر جرمی چیست؟" خواهد بود.
فلومتر جرمی چیست؟ تعریف و اصول عملکرد
فلومتر جرمی، که به آن دبی‌سنج جرمی نیز گفته می‌شود، دستگاهی است که جرم سیال عبوری از یک لوله را در واحد زمان اندازهگیری می‌کند. برخلاف فلومترهای حجمی که حجم سیال را اندازهگیری می‌کنند، فلومتر جرمی، جرم سیال را به طور مستقیم اندازهگیری می‌کند. این ویژگی، فلومترهای جرمی را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهایی که چگالی سیال متغیر است، تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، در صنایعی که با گازها سر و کار دارند، چگالی گاز می‌تواند با تغییر دما و فشار تغییر کند. در این شرایط، استفاده از فلومترهای حجمی می‌تواند منجر به خطا در اندازهگیری شود. اما فلومترهای جرمی، با اندازهگیری مستقیم جرم سیال، این مشکل را برطرف می‌کنند.
اصول عملکرد فلومترهای جرمی بر اساس قوانین فیزیکی مختلفی استوار است. برخی از رایج‌ترین انواع فلومترهای جرمی عبارتند از:
فلومترهای کوریولیس: این نوع فلومترها بر اساس اثر کوریولیس عمل می‌کنند. سیال از داخل یک یا دو لوله ارتعاشی عبور می‌کند. نیروی کوریولیس ناشی از حرکت سیال، باعث پیچش لوله‌ها می‌شود. میزان این پیچش، با جرم سیال عبوری متناسب است. فلومترهای کوریولیس، از دقیق‌ترین و پرکاربردترین انواع فلومترهای جرمی هستند.
فلومترهای حرارتی: این نوع فلومترها بر اساس انتقال حرارت عمل می‌کنند. یک سنسور حرارتی، دمای سیال را قبل و بعد از عبور از یک بخش گرم‌شده از لوله اندازهگیری می‌کند. میزان تغییر دما، با جرم سیال عبوری متناسب است. فلومترهای حرارتی، برای اندازهگیری جریان گازها مناسب هستند.
فلومترهای جابجایی مثبت: این نوع فلومترها، حجم مشخصی از سیال را در هر سیکل کاری، جابجا می‌کنند و بر اساس تعداد سیکل‌ها، جرم سیال عبوری را محاسبه می‌کنند. این فلومترها، برای اندازهگیری جریان سیالات ویسکوز مناسب هستند.
نقاط I ، C و O مانند گذشته بالا و پایین می روند اما C تا حدودی از O عقب می ماند. در نیمه بالایی چرخه O به سمت بالا حرکت می کند و شروع به حرکت به سمت پایین می کند.قبل از اینکه C به بیشترین حد صعودی خود برسد و تا زمانی که C حرکت نزولی خود را آغاز نکرده باشد به حد بالایی آن نمی رسد.
فاصله بین I و O، اندازه گیری شده در واحد زمان ( Δt ) نامیده می شود. این (Δt) با سرعت جریان جرمی مایع متناسب است. هرچه مقدار اندازه گیری شده از (Δt) بیشتر باشد، میزان جریان جرم بیشتر است.
سنسور فلومتر جرمی این تفاوت زمانی را تشخیص داده و آن را به یک سیگنال استاندارد برای اندازه گیری تبدیل می کند. بر اساس قانون فارادی، ولتاژ در سیم پیچ های پیک اپ واقع در دو طرف لوله جریان، ایجاد می شود. این نوع از سیم پیچ ها دارای مقدار ولتاژ القایی یکسانی هستند اما با گذشت زمان و با سرعت جریان متفاوت هستند.
توصیه های نصب فلومتر جرمی
هیچ محدودیتی در عدد رینولدز در ارتباط با جریان سنج های جرم کوریولیس وجود ندارد. آنها همچنین نسبت به تحریف و چرخش مشخصات سرعت حساس نیستند. بنابراین، برای شرطی سازی جریان نیازی به اجرای مستقیم لوله ها در بالادست یا پایین دست فلومتر نیست.
فلومتر کوریولیس باید طوری نصب شود که پر از مایع بماند و هوا نتواند درون لوله ها گیر کند. در تاسیسات و کارخانه های بهداشتی، مطلوب ترین نصب در لوله های عمودی جریان رو به بالا است ، اما نصب در خطوط افقی نیز قابل قبول است. در تاسیساتی که جریان در یک لوله عمودی به سمت پایین است توصیه نمی شود.
در صورت وجود حباب های هوا در مایع فرآیند، توصیه می شود که یک پخش کننده هوا در بالادست فلومتر نصب کنید.
توصیه می شود صافی ها، فیلترها یا دستگاه های حذف کننده بخار هوا / بخار (در بالادست فلومتر ) در صورت لزوم نصب شود تا تمام مراحل ثانویه نامطلوب حذف شود. عملکرد به این صورت است که سرعت مایع را کاهش می دهد، در نتیجه باعث می شود هوا جدا شود و با تخلیه خارج شود. بالا و پایین رفتن سطح مایع در حذف کننده به دلیل تجمع هوای آزاد دریچه را بسته و باز می کند و هوا را تخلیه می کند.
در صورت عدم نیاز به اندازه گیری جریان ، از دماسنج Coriolis می توان صرفاً به عنوان یک چگالی سنج استفاده کرد. در این حالت ، برای به حداقل رساندن هزینه ، معمولاً یک متر کوچک (1/2 اینچ) در یک خط بای پس نصب می شود. چنین پیکربندی فقط در سرویس های تمیز قابل قبول نیست که سوراخ کوچک متر را مسدود نکند. بعلاوه، باید محدودیتی در لوله کشی اصلی (بین شیرهای بای پس) ایجاد شود تا جریان از طریق فلومتر اطمینان یابد.
مزایای فلومترهای جرمی
از جمله مزایای بزرگ فلومتر کوریولیس می توانیم به اندازه گیری مستقیم جریان سیال اشاره کنیم که در مورد سایر فلومترها چنین قابلیتی وجود ندارد. حتی در مواردی که ما امکان اندازه گیری گرانروی را داشته باشیم، میتوانیم از ترکیب کردن این داده ها محاسبات پیچیده تری برای محاسبه جریان ورودی و خروجی به سیستم داشته باشیم تا دقت محاسبات ما بالاتر برود.
دقت بالا
قابلیت نصب در لوله هایی با سطح مقطع 14 اینچ
قابل استفاده در مصارف بهداشتی
مناسب برای لوله هایی با سطح مقطع کوچک
قابلیت اطمینان بالا
معایب فلومترجرمی
قيمت بالا
حجيم بودن آنها در مقايسه با فلومترهای مشابه
عدم به كارگيري آنها براي سيالات دوفازی
ایجاد افت فشار در خط لوله به دلیل خمیده بودن لوله که در فلومترهای کوریولیس منحنی برای اندازه گیری دبی مورد استفاده قرار می گیرد
پیکاتک | فروشگاه تخصصی فلومتر | استعلام قیمت فلومتر جرمی میکروموشن |جهت مشاوره با شماره : 87700142-021 تماس بگیرید
فاکتورهای مهم در خرید فلومتر جرمی
برای کسانی که قصد خرید جریان سنج کوریولیس دارند بخش های مختلفی وجود دارد که می تواند گزینه انتخابی آنها را تحت تاثیر قرار دهد. شما وقتی که به این دستگاه ها نگاه می کنید در وهله اول آنها را در دو گروه تخت و خمیده می بینید. از طرف دیگر جنس و ماده اولیه ساخته شده برای بدنه فلومتر و همچنین نوع ماده استفاده شده برای تیوب دستگاه هم ممکن است تغییر کند و برای سیالات مختلف گزینه های متفاوتی در بازار وجود داشته باشد.
فاکتورهای دیگری مانند شدت جریان خروجی و نوع نمایشگر را هم باید در نظر بگیریم که به طور اختصار شامل موارد زیر می شوند:
نوع کانکشن و اندازه آن
متریال کانکشن و تیوب استفاده شده در دستگاه
نحوه کالیبراسیون فلومتر برای اندازه گیری سیالات مختلف
نوع نمایشگر استفاده شده در دستگاه
منبع تغذیه
شدت جریان خروجی ترانسمیتر و نحوه اندازه گیری جریان
کاربردهای فلومترهای جرمی
- صنایع نفت، گاز و پتروشیمی: اندازهگیری جریان نفت خام، گاز طبیعی، محصولات پتروشیمی و مواد افزودنی در خطوط لوله، مخازن و فرآیندهای پالایش.
- صنایع شیمیایی: کنترل دقیق جریان مواد شیمیایی خورنده، سمی و حساس در فرآیندهای تولید، اختلاط و توزیع.
- صنایع غذایی و دارویی: اندازهگیری جریان مواد اولیه، محصولات نیمه‌نهایی و نهایی در فرآیندهای تولید، بسته‌بندی و کنترل کیفیت.
- صنایع آب و فاضلاب: اندازهگیری جریان مواد شیمیایی مورد استفاده در تصفیه آب و فاضلاب، مانند کلر و مواد منعقدکننده.
- صنایع نیروگاهی: اندازهگیری جریان سوخت، آب و بخار در نیروگاه‌های حرارتی و هسته‌ای.
- صنایع هوافضا: اندازهگیری جریان سوخت و مواد اکسیدکننده در موتورهای موشک و هواپیما.
- صنایع خودروسازی: اندازهگیری جریان سوخت و گازهای خروجی در موتورهای احتراق داخلی.
- صنایع آزمایشگاهی: اندازهگیری دقیق جریان گازها و مایعات در آزمایش‌های علمی و تحقیقاتی.
به عنوان یک متخصص، کاربردهای فلومترهای جرمی (Coriolis) را می‌توان به شرح زیر دسته‌بندی و تشریح کرد:
1. اندازهگیری دقیق و چندمتغیره:
- اندازهگیری مستقیم جرم: مهمترین مزیت فلومترهای جرمی، اندازهگیری مستقیم نرخ جریان جرمی است. این امر مستقل از تغییرات خواص فیزیکی سیال مانند چگالی، ویسکوزیته و دما است و دقت بالایی را تضمین می‌کند.
- اندازهگیری همزمان چگالی و دما: بسیاری از فلومترهای جرمی علاوه بر نرخ جریان جرمی، قابلیت اندازهگیری همزمان چگالی و دمای سیال را نیز دارند. این اطلاعات برای کنترل کیفیت، محاسبات جرم حجمی و تشخیص تغییرات سیال بسیار ارزشمند است. برخی مدل‌های پیشرفته‌تر حتی قابلیت اندازهگیری غلظت و ویسکوزیته را نیز ارائه می‌دهند.
2. کاربرد در صنایع نفت و گاز:
- انتقال مالکیت (Custody Transfer): دقت بالای فلومترهای جرمی، آنها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای اندازهگیری حجم بالای نفت خام، گاز طبیعی و فرآورده‌های نفتی در نقاط تحویل و فروش تبدیل کرده است. این امر به کاهش اختلافات و افزایش شفافیت در معاملات کمک می‌کند.
- مانیتورینگ تولید چاه: در صنعت بالادستی نفت و گاز، از این فلومترها برای اندازهگیری دقیق نرخ تولید چاه‌های نفت و گاز، حتی در جریان‌های چندفازی، استفاده می‌شود. این اطلاعات برای بهینه‌سازی فرآیند استخراج و مدیریت منابع بسیار حیاتی است.
- انتقال و پالایش: در خطوط لوله و پالایشگاه‌ها، فلومترهای جرمی برای کنترل دقیق جریان مواد اولیه، محصولات میانی و نهایی، و همچنین برای اختلاط دقیق مواد افزودنی به کار می‌روند.
- اندازهگیری سوخت: اندازهگیری دقیق مصرف سوخت در توربین‌های گازی و دیزلی نیروگاه‌ها و تاسیسات بزرگ.
3. کاربرد در صنایع شیمیایی و پتروشیمی:
- دوزینگ و بچینگ دقیق: در فرآیندهای تولید مواد شیمیایی، دارویی و غذایی، دوزینگ و بچینگ دقیق مواد اولیه و افزودنی‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. فلومترهای جرمی با دقت بالا، این امکان را فراهم می‌کنند.
- کنترل واکنش: اندازهگیری دقیق جریان واکنش‌دهنده‌ها و محصولات در راکتورهای شیمیایی برای کنترل بهینه فرآیند واکنش.
- اندازهگیری سیالات خورنده و خطرناک: فلومترهای جرمی با متریال‌های مقاوم در برابر خوردگی، برای اندازهگیری دقیق جریان سیالات خورنده، اسیدها، بازها و مواد شیمیایی خطرناک مناسب هستند.
4. کاربرد در صنایع غذایی و نوشیدنی:
- اندازهگیری مواد اولیه: اندازهگیری دقیق جریان شربت، روغن، طعم‌دهنده‌ها و سایر مواد اولیه در تولید نوشیدنی‌ها، لبنیات و سایر محصولات غذایی.
- فرآیندهای بهداشتی (Hygienic Applications): طراحی بهداشتی برخی از فلومترهای جرمی، امکان استفاده از آنها در فرآیندهای CIP/SIP (شستشو و استریل‌سازی درجا) را فراهم می‌کند که برای صنایع غذایی و دارویی بسیار مهم است.
5. کاربرد در صنایع دارویی و بیوتکنولوژی:
- فرمولاسیون دقیق دارو: اندازهگیری دقیق جریان مواد فعال دارویی (API)، حلال‌ها و سایر مواد در فرآیند تولید دارو.
- بیوراکتورها: کنترل دقیق جریان محیط کشت، مواد مغذی و گازها در بیوراکتورها.
- انتقال سیالات با خلوص بالا: استفاده از فلومترهای جرمی با طراحی بهداشتی و متریال‌های سازگار برای انتقال سیالات با خلوص بالا.
6. سایر کاربردها:
- تصفیه آب و فاضلاب: کنترل دوزینگ مواد شیمیایی در فرآیندهای تصفیه.
- صنایع رنگ و پوشش: اندازهگیری دقیق جریان رنگ، رزین و حلال‌ها.
- سیستم‌های HVAC: مانیتورینگ جریان هوا برای بهینه‌سازی مصرف انرژی.
به طور خلاصه، از دیدگاه یک متخصص، فلومترهای جرمی به دلیل دقت بالا، قابلیت اندازهگیری چندمتغیره، عدم وابستگی به خواص سیال و قابلیت اطمینان بالا، ابزاری حیاتی در بسیاری از صنایع هستند و نقش مهمی در بهبود کیفیت، افزایش کارایی و کاهش هزینه‌ها ایفا می‌کنند.
نتیجه‌گیری
فلومتر جرمی یکی از ابزارهای حیاتی در اندازهگیری جریان سیالات است که با دقت بسیار بالا و قابلیت اندازهگیری مستقیم جرم سیال، در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. این ابزارها به‌ویژه در صنایع نفت و گاز، غذایی، دارویی و شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند و به کنترل بهتر فرآیندها کمک می‌کنند.