فلومتر ورتکس یوکوگاوا

فلومتر ورتکس یوکوگاوا (YOKOGAWA Vortex Flowmeter) جهت اندازه گیری و نظارت بر جریان حجمی سیالات مختلف مایع، گاز و بخار در محدوده وسیعی از دما و فشار طراحی شده است. یوکوگاوا (Yokogawa) از سال 1969 به عنوان نخستین تولیدکننده فلومترهای ورتکس در جهان شناخته می‌ شود.

فلومترهای ورتکس بر اساس اصل ریزش گرداب عمل می‌ کنند این اصل بیان می‌ کند که فرکانس گرداب‌ های ایجاد شده توسط مانع در جریان، متناسب با سرعت جریان است. فلومترهای ورتکس یا گردابی یوکوگاوا دارای ساختار منحصر به فردی هستند که شامل یک میله (shedder bar)، سنسور پیزو الکتریک و فناوری پردازش سیگنال اختصاصی یوکوگاوا می‌ باشد. این ترکیب امکان اندازه‌گیری پایدار جریان را در  مدت زمان طولانی از سیالات با دماهای بالا تا سیالات برودتی فراهم می‌ کند.

بخار به عنوان متداول‌ترین وسیله گرمایی با دما و فشار بالا، در طیف وسیعی از صنایع، از جمله برای گرم کردن، تقطیر و غلظت در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مزایای فلومتر ورتکس یوکوگاوا باعث می‌ شود که این تجهیزات نسبت به انواع دیگر  فلومترها برای اندازه‌گیری جریان بخار مناسب‌ تر باشد. بنابراین فلومترهای گردابی به عنوان بهترین گزینه برای اندازه‌گیری جریان بخار در بسیاری از صنایع انتخاب می‌ شوند، زیرا قادر به اندازه‌گیری نرخ جریان بخار با دما و فشار بالا از جمله بخار فوق‌گرم می باشند.

فلومترهای ورتکس یوکوگاوا نوع (Reducer) برای خطوطی که دارای نوسانات جریان فصلی زیاد هستند مانند خطوط تأمین بخار مناسب می‌ باشند. همچنین، نوع چند متغیره این فلومترها با سنسور دما که در میله (shedder bar) تعبیه شده به‌راحتی قادر به اندازه‌گیری میزان جریان جرمی و نرخ جریان است.

آخرین سری از فلومترهای ورتکس یوکوگاوا  Vortex Flowmeters Series VY می باشد که جانشین سری digitalYEWFLO شده است. هدف از این مقاله آشنایی با عملکرد، تاریخچه، مزایا و قیمت  انواع فلومتر ورتکس یوکوگاوا جهت راهنمایی خرید این محصولات است.

قیمت فلومتر ورتکس یوکوگاوا

قیمت‌ فلومتر ورتکس یوکوگاوا ممکن است با توجه به به مدل، ویژگی‌ها، و شرایط بازار متفاوت باشد. هنگام خرید فلومترهای ورتکس عوامل موثر بر قیمت را در نظر بگیرید در ادامه مهمترین عوامل تاثیرگذار بر قیمت فلومتر ورتکس یوکوگاوا عبارتنداز:

• سایز فلومتر
• نوع اتصال (فلنجی یا ویفری)
• متریال سنسور، اتصال و 
• محدوده دمای فرآیندی و کلاس فشاری
• تاییدیه های ضد انفجار
• درجه حفاظتی بدنه (IP)

فروشگاه تحصصی ابزار دقیق پیکاتک بزرگترین تامین کننده انواع تجهیزات ابزار دقیق و شیرآلات صنعتی در کشور است. این فروشگاه تخصصی انواع فلومتر ورتکس یوکوگاوا را با بهترین کیفیت و قیمت مناسب به فروش می رساند. با توجه به نوسان قیمت می‌ توانید با تماس با کارشناسان فروش پیکاتک، اطلاعات بیشتری در مورد قیمت بروز و شرایط خرید دریافت کنید.

فلومتر ورتکس یوکوگاوا چگونه کار می کند؟

فلومتر ورتکس یوکوگاوا از اثر فون کارمان (Von Karman) برای اندازه‌ گیری دبی حجمی مایعات، گازها و بخار استفاده می‌کند. در اوایل قرن بیستم، ریاضیدان و فیزیکدان مجارستانی به نام تئودور فون کارمان کشف کرد که زمانی که مایع یا گاز به صورت عمود بر یک مانع جریان می‌یابد، گرداب‌های متناوب در دو طرف آن مانع ایجاد می‌ شود. این ردیف گرداب‌ها به نام «Von Karman vortex streets» شناخته می‌ شوند.

همچنین این ریاضیدان کشف کرد که تعداد گرداب‌ های تولید شده در جریان متناسب با سرعت سیالی است که آنها را ایجاد می‌ کند و فرکانس گرداب های تولید شده به عنوان “Von Karman vortex frequency” نامیده می‌ شود.

رابطه بین فرکانس و سرعت جریان را می‌ توان به‌ صورت ریاضی با فرمول زیر بیان کرد (1). فرمول (2) به ساختار داخلی یک فلومتر ورتکس پرداخته و توضیحات بیشتری ارائه می‌ دهد. با کنار هم قرار دادن این دو فرمول و بیان آنها به‌ صورت دبی حجمی، فرمول (3) به‌دست می‌ آید.

در این روابط f فرکانس گرداب، St عدد استروهال، v سرعت جریان، d عرض میله  shedder bar و Q نرخ جریان حجمی، D قطر داخلی  فلومتر ورتکس است. عدد استروهال (St) یک عدد بدون بعد است که به وسیله شکل و ابعاد میله (shedder bar) تعیین می‌ شود و با انتخاب مناسب شکل میله، می‌توان آن را در محدوده وسیعی از مقادیر عدد رینولدز ثابت نگه داشت.

بنابراین، اگر عدد استروهال از پیش مشخص باشد، می‌توان با اندازه‌گیری فرکانس گرداب‌ ها، دبی را تعیین کرد. همچنین مشخص شده است که نرخ جریان حجمی می‌ تواند بدون توجه به فشار، دما، چگالی، ویسکوزیته و سایر ویژگی‌ های سیال اندازه‌گیری شود. با این حال، در هنگام اندازه‌گیری جریان حجمی یا جریان جرمی در شرایط استاندارد (مرجع)، جبرانسازی دما و فشار ضروری است. نمودار زیر رابطه بین عدد رینولدز و عدد استروهال را نشان می دهد.

در این فلومترها، هنگامی که سیال از مانع عبور می‌ کند، فشار در ناحیه اطراف میله (shedder bar) کمتر از فشار بقیه سیال می‌ شود. این فشار کم، یک اختلاف فشار (Δp) در هر طرف میله ایجاد می‌کند و تنش از سمت ناحیه پرفشار به سمت ناحیه کم‌ فشار به میله اعمال می‌ شود.

گرداب‌ های تولید شده در این فرآیند، مناطق کم‌ فشار و پرفشار را در دو طرف میله ایجاد می‌ کنند و نیرویی به سمت ناحیه کم‌فشار وارد می‌ شود. با تغییر موقعیت گرداب‌ها از یک سمت به سمت دیگر، جهت این نیرو نیز تغییر کرده و باعث نوسان میله مانع می‌ شود.

چندین روش به عنوان ابزاری برای اندازه‌گیری این نوسان وجود دارد، اما مناسب‌ ترین روش برای این کاربرد استفاده از سنسور کریستال پیزوالکتریک است. پیزوالکتریک هنگامی که فشرده می‌ شود، یک سیگنال الکتریکی تولید می‌ کند که توسط الکترونیک فلومتر پردازش می‌ شود. با اندازه‌گیری فرکانس گرداب‌های فون کارمان، میتوان با یک محاسبه ساده توسط الکترونیک فلومتر، میزان جریان حجمی را محاسبه کرد.

انواع فلومتر ورتکس یوکوگاوا 

فلومتر ورتکس یوکوگاوا با ارائه پایداری طولانی‌ مدت و دقت بالا، در طیف وسیعی از کاربردها و صنایع به کار گرفته شده است. فروش بیش از 500,000 فلومتر ورتکس یوکوگاوا، گواهی بر قابلیت اطمینان سری YEWFLO است. در سال 2022، این برند جدیدترین سری فلومترهای ورتکس خود یعنی سری VY را معرفی کرد.

تاریخچه فلومترهای ورتکس یوكوگاوا به سال 1969 برمی‌ گردد در سال 1979 این شرکت فلومتر ورتکس همه‌ منظوره را معرفی کرد و در سال 1981، مدل YEWFLO*C را با ساختار سنجش پایه راه‌ اندازی نمود. با توجه به تصویر زیر در سال 1992، یوكوگاوا مدل YEWFLOE را تولید کرد که دارای مقاومت عالی در برابر نویز بود. ساختار YEWFLOE به‌ تدریج با آخرین سری VY تکامل یافت.

در سال 2000، سری فلومترهای digitalYEWFLO به بازار عرضه شد که از فناوری پردازش سیگنال دیجیتال اختصاصی یوكوگاوا به نام SSP بهره می‌ برد. این سری، مرحله جدیدی را برای فلومترهای ورتکس با قابلیت‌های حذف خودکار نویز و عملکردهای تشخیصی پیشگامانه معرفی کرد.

برای پاسخ به نیازها و کاربردهای مختلف، فلومترهای سری YEWFLO به‌ طور مداوم بهبود یافته‌ اند. در سال 2002، نوع سنسور دمای داخلی منتشر شد که قادر به اندازه‌گیری جریان بخار اشباع با یک واحد بود.

در سال 2006، فلومترهای نوع Reduced Bore تولید شدند و در سال 2012، مدل‌های با قطر بزرگ (تا 400 میلی‌متر) به بازار عرضه گردید. این ویژگی‌ ها همچنین در سری VY فلومترهای گردابی موجود است. در نهایت، شرکت یوكوگاوا در سال 2022 جدیدترین سری VY را معرفی کرد که ادامه‌دهنده تاریخچه فلومترهای گردابی یوكوگاوا است.

فلومتر ورتکس یوکوگاوا سری VY

فلومترهای ورتکس سری VY یوکوگاوا  با محدوده اندازه گیری جریان گسترده می‌ توانند جریان سیالات را در دماهای بالا تا 450 درجه سانتی‌گراد و فشارهای بالا تا کلاس ASME 1500 اندازه‌گیری کنند. این سری علاوه بر استحکام و پایداری عالی، مجهز به عملکردهای تعمیر و نگهداری از راه دور و خود تشخیصی است که به اطمینان از انجام تعمیر و نگهداری مؤثر، پایداری طولانی‌ مدت فرآیندها و بهبود راندمان کمک می‌ کند.

فلومترهای ورتکس یوکوگاوا قادر به اندازه‌گیری نرخ جریان حجمی مایعات، گازها، بخار اشباع شده و بخار فوق‌گرم هستند اما از اندازه گیری جریان چند فازی و مایعات با ویسکوزیته بالا یا خورنده با این تجهیزات خودداری نمایید. همچنین این فلومترها دارای قابلیت‌ های خود عیب‌یابی و تعمیر و نگهداری از راه دور می‌ باشند.

قسمت‌های در تماس با سیال از جنس استنلس استیل ساخته شده‌اند که شامل استنلس استیل دوبلکس و آلیاژهای نیکل است و با طیف وسیعی از استانداردها، از جمله ضد انفجار و SIL2، مطابقت دارند. فلومترهای ورتکس یوکوگاوا دارای 6 مدل با مشخصات زیر می باشند:

کاربردهای فلومتر ورتکس سری VY  شامل اندازه گیری جریان در لوله کشی بخار، اندازه گیری جریان گازهای مختلف مانند هوا و نیتروژن، اندازه گیری جریان آب سرد و گرم، LNG و سایر مایعات برودتی و مواد شیمیایی (از جمله مواد معدنی) می شوند. برخی از مدل های این سری در شکل زیر نمایش داده شده است.

فلومتر ورتکس یوکوگاوا سری VY مدل General Type

مدل معمولی فلومتر ورتکس سری VY دارای اندازه اتصال فلنجی از 15 تا 400 میلی‌ متر و ویفری (بدون فلنج) از 15 تا 100 میلی متر است و می‌ تواند سیالات با دمای فرآیندی را در بازه 40- تا 250 درجه سانتی‌گراد و فشار فرآیندی تا کلاس ASME 900 اندازه‌گیری کند.

فلومتر ورتکس یوکوگاوا سری VY مدل Built-in Temperature Sensor Type

این مدل فلومتر مغناطیسی ورتکس دارای سنسور دمای داخلی (Pt1000) است که در میله مانع (shedder bar) تعبیه شده است و امکان اندازه گیری همزمان دمای سیال فرآیند را فراهم می کند.

این فلومترها با اندازه اتصال فلنجی از 25 تا 300 میلی‌متر سازگار هستند و همچنین می‌ توانند به همراه مدل‌ های نوع با دمای بالا و نوع با سوراخ کاهش ‌یافته (reduced bore) مورد استفاده قرار گیرند و به آنها اجازه می‌دهد طیف وسیعی از سیالات را اندازه گیری کنند.

محاسبات جبران در دماهای نزدیک به دمای مرکز لوله انجام می‌ شود که این امر امکان اندازه‌گیری دقیق‌تر نرخ جریان جرمی را فراهم می‌ کند. همچنین، سیگنال‌های یک ترانسمیتر فشار خارجی می‌ توانند دریافت شده و در محاسبات جبرانی با سیگنال ورودی خارجی (عملکرد ورودی آنالوگ با HART7 یا ورودی از طریق بلوک تابع MAO برای FOUNDATION Fieldbus) استفاده شوند تا از اندازه‌گیری دقیق‌ تر جریان پشتیبانی کنند.

فلومتر ورتکس یوکوگاوا سری VY مدل High-Temperature / Cryogenic Type

این مدل از فلومترهای ورتکس یوکوگاوا برای کاربرد در دماهای بالا و برودتی از متریال و سنسورهای مناسب برای سیالات با دماهای بسیار بالا و بسیار پایین ساخته می‌ شوند. فلومتر ورتکس با دمای بالا (high-temperature type) دارای اندازه اتصال فلنجی از 25 تا 400 میلی‌متر است و قادر به اندازه‌گیری دمای سیال تا 450 درجه سانتی‌گراد (تا 400 درجه سانتی‌گراد با سنسور دمای داخلی) می‌ باشد.

از سوی دیگر، فلومتر ورتکس برودتی (cryogenic type) دارای اندازه اتصال فلنجی از 15 تا 100 میلی‌ متر است و می‌ تواند دمای سیال را تا 196- درجه سانتی‌ گراد کنترل کند. این مدل‌ ها به صورت یکپارچه (integral) یا کنترل از راه دور (remote) قابل انتخاب هستند.

فلومتر ورتکس یوکوگاوا سری VY مدل Reduced Bore Type 

در این مدل فلومتر ورتکس یوکوگاوا، هر دو طرف بالادست و پایین‌دست فلومتر با یک کاهنده (reduction/expansion pipe) یکپارچه شده‌اند. این طراحی آن را برای خطوطی که نرخ جریان در آنها به دلیل فصل و بار عملیاتی نوسانات زیادی دارد، ایده‌آل می‌سازد.

فلومتر ورتکس با بدنه کاهش‌یافته در دو مدل (کاهش سایز 1 یا 2) موجود است و دارای اتصال فلنجی تا 200 میلی‌ متر می‌ باشد. این فلومتر را میتوان با دو مدل فوق، نوع سنسور دمای داخلی و نوع دمای بالا یا برودتی ترکیب کرد که امکان اندازه‌گیری طیف وسیعی از سیالات را فراهم می‌ آورد.

فلومتر ورتکس یوکوگاوا سری VY مدل High-Pressure Type

این مدل فلومتر ورتکس یوکوگاوا برای کاربرد در فشارهای بالا طراحی شده و حداکثر کلاس فشاری فلنج 1500 ASME را پشتیبانی می‌ کند. این فلومتر اندازه‌گیری پایدار و قابل اطمینانی را حتی در شرایط سخت فرآیندی و فشار بالا ارائه می‌ دهد. همچنین، این مدل می‌ تواند در ترکیب با یک فلومتر معمولی ورتکس با اتصال فلنجی از 25 تا 150 میلی‌متر مورد استفاده قرار گیرد.

فلومتر ورتکس یوکوگاوا سری VY مدل Dual-Sensor Type

این مدل فلومتر ورتکس از اتصال جوشی دو سنسور تشکیل شده است که دارای کلاس فشاری فلنج تا ASME 900 می‌ باشد. ساختار این دو واحد متصل به صورت سری، بهترین گزینه برای کاربردهایی است که به قابلیت اطمینان بالایی نیاز دارند. این فلومتر در ترکیب با دو سنسور دارای اتصال فلنجی با سایزهای 15 تا 200 میلی‌متر عرضه می‌ شود.

مزایای فلومتر ورتکس یوکوگاوا سری VY

فلومتر ورتکس یوکوگاوا جهت نظارت بر جریان سیالات در طیف گسترده ای از صنایع فرآیندی به کار می رود. برخی از مزایای رایج استفاده از فلومتر ورتکس یوکوگاوا در موارد زیر ذکر می شوند:

1.دارای 6 مدل مختلف فلومتر

فلومترهای سری VY طیف گسترده‌ای از سایزهای اتصالات را تا 400 میلی‌ متر ارائه می‌دهند و در نوع بدنه کاهش‌یافته، امکان کاهش در دو سایز وجود دارد. این فلومترها با همان ابعاد مانند سری قبلی YEWFLO طراحی شده‌اند و می‌ توانند به طور ایمن و قابل اطمینان برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گیرند.

2.طراحی فلومتر مطابق با طیف گسترده ای از استانداردها

فلومترهای ورتکس یوکوگاوا با کیفیت و عملکرد بالا مطابق با انواع استانداردهای بین المللی زیر ساخته می شوند:

• عملکرد ایمن: IEC 61508 compliant, Safety Integrity Level SIL2
• حفاظت در برابر انفجار: IECEx, ATEX, FM, FMc, Taiwan, UAE, Korea, Brazil, Japan
• استانداردهای ایمنی عمومی:  Various national EMC, PED, EURoHS, CE Mark, CRN, ABS classification, DNV classification
• استانداردهای صنعتی: NAMUR NE21 , NE107, NACE materials

3.عملکرد محاسبات داخلی گسترده در فلومتر

میزان جریان حجمی و جرمی با استفاده از دما، فشار و چگالی توسط سنسور دمای داخلی یا ورودی خارجی محاسبه می‌ شود همچنین برای محاسبه جریان جرمی بخار اشباع و بخار فوق گرم، از جداول بخار موجود در دستگاه استفاده می‌ شود.

4.اندازه گیری پایدار فلومتر

ساختار منحصر به‌ فرد فلومتر یوکوگاوا که سنسور و میله مانع (shedder bar) را ترکیب می‌ کند، جریان‌ های گردابی را با استفاده از میله مانع تولید می‌ کند. این طراحی امکان اندازه‌گیری پایدار را حتی در لوله‌های مستقیم کوتاه و بدون توجه به جهت نصب فراهم می کند.

5.اندازه گیری دقیق جریان فلومتر

ساختار منحصر به‌ فرد حسگر فلومتر با دو سنسور، نویز ناشی از ارتعاش پایپینگ را خنثی می‌ کند. فناوری پردازش سیگنال دیجیتال اختصاصی یوکوگاوا (SSP) به حذف سیگنال‌ های نویز پرداخته و تنها سیگنال‌ های گردابی را استخراج می‌ کند. همچنین، خروجی‌ های کاذب احتمالی ناشی از ارتعاش پایپینگ با زنگ هشدار مشخص می‌ شوند. SSP به‌ عنوان یک فناوری پردازش سیگنال اختصاصی، سیگنال‌ های گردابی را از دو سنسور دریافت کرده و نویز را حذف می‌ کند.

6.آماده استفاده به محض نصب فلومتر

پارامترهای دستگاه قبل از ارسال در کارخانه تنظیم می‌ شوند. عملکرد تنظیم خودکار ارائه‌ شده توسط SSP به‌طور اساسی نیاز به تنظیم در محل را از بین می‌ برد. این بدان معناست که فلومترها به محض نصب، آماده استفاده هستند. ابزارهای تأیید، از جمله نظارت بر شکل موج، فرآیند بررسی وضعیت پس از نصب را آسان می‌ کنند.

7.خودعیب یابی پیشرفته فلومتر

با استفاده از این فلومترها، عیب‌ یابی کامل دستگاه امکان‌ پذیر است. تمامی بلوک‌ های عملکردی مورد بررسی قرار می‌ گیرند و شناسایی آسان نواحی نیازمند تعمیر و نگهداری تجهیزات را فراهم می‌ کنند. از آنجا که این دستگاه‌ها با الزامات استاندارد ایمنی عملکردی SIL2 مطابقت دارند، میتوان از آنها در لوپ‌ هایی که به قابلیت اطمینان بالا نیاز دارند، استفاده کرد.

سلامت فلومتر را میتوان از یک مکان دور مانند اتاق کنترل بررسی کرد. ابزار تأیید جریان FSA130 تنها برای پروتکل ارتباط HART امکان تعمیر و نگهداری از راه دور را فراهم می‌ کند. بدون نیاز به آماده‌ سازی گسترده، مانند آوردن اسیلوسکوپ و تجهیزات دیگر، وضعیت اندازه‌گیری به‌ راحتی در حین کار قابل بررسی است و در صورت نیاز میتوان آن را تنظیم کرد.

8.شناسایی آسان ناهنجاری سمت فرآیند یا فلومتر

ناهنجاری‌ های مربوط به سمت فرآیند و سمت فلومتر به‌راحتی قابل شناسایی می باشند. عملکرد تشخیصی قادر است لرزش لوله و نوسانات سیال را تشخیص دهد، در حالی که عملکرد خودتشخیصی به نظارت بر سلامت فلومتر می‌ پردازد. این قابلیت شناسایی ناهنجاری‌ ها، امکان واکنش سریع و دقیق را فراهم می‌ کند.

9.تعمیر و نگهداری آسان فلومتر

فلومتر ورتکس یوکوگاوا به‌ دلیل استحکام و پایداری طولانی‌ مدت خود شناخته شده است اما در صورت بروز شرایط پیش‌ بینی‌نشده، امکان تمیز کردن یا تعویض آن وجود دارد. میله مانع (shedder bar) به‌ آسانی از بدنه جدا می‌ شود و این ویژگی نیاز به برداشتن کل فلومتر از سیستم پایپینگ را از بین می‌ برد.

10.امکان بازیابی اطلاعات ترانسمیتر

با توجه به اینکه پارامترهای  ترانسمیتر می‌ توانند از راه دور در حافظه سنسور پشتیبان‌گیری (backup) شوند، در صورت تعویض ترانسمیتر، وضعیت فعلی به‌ آسانی قابل بازیابی است. این ویژگی به این معناست که میتوان پس از یک دوره کوتاه از کار افتادگی، به‌ سرعت به فعالیت ادامه داد.