فلومترها با طراحی‌های متنوع برای اندازه‌گیری‌های دقیق در محیط‌های مختلف ساخته می‌شوند و به صنایع این امکان را می‌دهند که سیالات را با دقت بالا کنترل کنند. از آنجا که تصمیم‌گیری‌های کلیدی در بسیاری از فرایندهای صنعتی بر پایه داده‌های این دستگاه‌هاست، انتخاب صحیح نوع فلومتر، اهمیت ویژه‌ای دارد.
در این مقاله از شرکت آداک فرآیند سپهر، به معرفی انواع فلومترها و کاربردهای آنها در صنایع گوناگون می‌پردازیم. این راهنما به شما کمک می‌کند تا با شناخت بهتر از فناوریهای نوین فلومتری، نحوه کنترل سیالات را بصورت مطلوب و کارآمدتر انجام داده و سطح کیفیت فرآیندهای تولیدی خود را ارتقاء دهید.
فلومتر چیست؟
فلومتر Flowmeter از تجهیزات ابزار دقیق است که برای اندازه‌گیری میزان فلوی مایع یا گاز کاربرد دارد. در کنترل فرایند‌ها برای تعیین دبی خطی، غیر خطی، حجمی و جرمی از فلومتر استفاده می‌شود. نام‌های دیگر فلومتر عبارتند از: دبی سنج، کنتور، مسی فلومتر، جریان سنج، سنسور جریان و جرم سنج.
دبی سنج ها در چندین نوع ساخته شده‌اند که هر کدام از، فناوریهای مختلفی برای تشخیص گردش سیال استفاده می‌کند. دقت اندازه‌گیری هر نوع نسبت به انواع دیگر فرق می‌کند. حتی می‌توان گفت کاربرد صحیح این تجهیزات نیز در دقت آن موثر است. از این رو بیشترین کاربردهای یک دبی سنج می‌توان به اندازه گیری جرم و حجم (بخارات – مایعات – گازها) از یک لوله در واحد زمان است.
فلو چیست؟
به مقدار معین یک ماده از نظر جرم یا حجم که در واحد زمان از لوله‌ای عبور می‌کند را فلو می‌نامند.
لیست انواع فلومتر
- جرمی کوریولیس
- الکترومغناطیسی
- جابجایی مثبت
- دیفرانسیلی البو
- لوله پیتوت
- ونتوری
- اوریفیس
- مکانیکی
- التراسونیک
- ورتکس (گردابی)
- حرارتی
- کانال باز
فلومتر کوریولیس چیست؟
فلومتر کوریولیس (Coriolis flowmeter) دستگاهی پیشرفته برای اندازه‌گیری دبی مایعات و گازهاست که بر اساس اصل مکانیک حرکت سیالات، یعنی اثر کوریولیس کار می‌کند. این فلومتر می‌تواند فلوی حجمی و جرمی، حتی چگالی سیال را با دقت بسیار بالایی اندازه‌گیری کند. شگفت انگیزترین ویژگی دبی سنج کوریولیس، توانایی اندازه‌گیری دقیق حتی کوچکترین سیالات است. این موضوع آن را به ابزاری ضروری در صنایعی مانند داروسازی، صنایع غذایی و نفت و گاز تبدیل کرده است.
این ابزار بر پدیده‌ای طبیعی دورانی زمین استوار است. وقتی مایع از لوله‌ای ارتعاشی عبور می‌کند، نیرویی به نام کوریولیس به وجود می‌آید که باعث ایجاد تغییرات جزئی در مسیر لوله می‌شود. با حس‌کردن این تغییرات کوچک، فلومتر قادر است مقدار دقیق جریان را محاسبه کند.
فلومترهای کوریولیس برحسب کاربرد به دو نوع کلی تقسیم می‌شوند.
- منحنی شکل Curved Tube Coriolis Flow Meter
- کوریولیس مستقیم Straight Tube Coriolis Flow Meter
هریک از این انواع نیز در دو نوع جفت لوله طراحی و تک لوله (سری‌های اقتصادی و کم دقت) ساخته می‌شوند.
فلومتر کوریولیس بر اساس پدیده‌ای فیزیکی بنام اثر کوریولیس کار می‌کند. این فلومتر جرم سیال را با استفاده از اینرسی مایع یا گازی که از طریق لوله‌ای ارتعاشی عبور می‌کند و به حسگرهایی در ورودی و خروجی فلومتر مجهز است، اندازه‌گیری می‌نماید.
اینرسی خاصیتی از جسم است که در برابر تغییر سرعت یا تغییر جهت حرکت جسم مقاومت می‌کند. هر چه جرم یک جسم بیشتر باشد لختی آن بیشتر است. به قانون اول نیوتون قانون لختی نیز گفته می‌شود. افزایش حرکت سیال، باعث ایجاد نوسان قابل اندازه گیری در داخل تجهیز می‌شود که این افزایش متناسب با جرم سیال است. طراحی و عملکرد فلومترهای کوریولیس، آنها را قابل اعتمادترین ابزار اندازه گیری سیال و گاز تبدیل کرده است.
این جمله هم درست است که فلومترهای جرمی کوریولیس فلو را از طریق اینرسی اندازه گیری می کنند. دقت کوریولیس متر از 0.1 تا 2 درصد است. این دستگاه‌ها یکی از سریع ترین فناوری های در حال رشد در بازار نفت و گاز محسوب می‌شوند. پیشرفت‌های فناوری از اوایل دهه 1990 به کوریولیس امکان اندازه‌گیری گازهای بسیار سبک، سنگین، کثیف، تمیز، شیرین، ترش، گرم، سرد و یا در حالت دو فاز جزئی را داده است.
فلومتر ورتکس چیست؟
فلومتر ورتکس (Vortex Flow Meters) نوعی جریان سنج حجمی است که بر اساس پدیده گردابی سیالات کار می‌کند. بعبارتی ورتکس متر با مکانیزمی بر اساس اندازه گیری نوسانات ایجاد شده در پشت یک مانع، کار می‌کند. این فلومتر ها بدون قطعات متحرک بوده و با بدنه هایی از جنس استیل، برنز و … بهترین گزینه برای کاربرد های صنعتی بشمار می‌آیند.
اندازه گیری فلو در فلومتر ورتکس به صورت حجمی بوده است. برای اندازه گیری به صورت جرمی در مواردی مانند بخار با استفاده ترانسمیتر فشار و همچنین سنسور دمای جداگانه و اتصال آنها به یک کامپیوتر به محاسبه جرم عبوری یا مقدار انرژی جابجا شده پرداخت.
فلومتر ورتکس برای اندازه گیری جریان گازها و مایعات به کار می‌رود. همانطور که برای اندازه گیری فشار از گیج فشار استفاده می‌شود. دبی نیز کمیت بسیار مهمی است که از دبی سنج برای سنجش آن استفاده می‌شود. ورتکس متر ها برای سیالاتی که دارای خواص لزجی و چگالی بالا هستند بهترین کارایی را از خود نشان می دهد.
فلومترهای ورتکس برای انواع کاربردها در طیف وسیعی از صنایع از جمله نفت و گاز، پالایشگاه، کارخانه تولید مواد شیمیایی، پتروشیمی، مواد غذایی و آشامیدنی کاربرد دارند.
اندازه گیری جریان سوسپانسیون مایع، سیال با ویسکوزیته بالاتر، برای آب با دماهای مختلف (سرد و گرم)، مخلوط آب و گلیکول، اندازه گیری میعانات، حلال ها و اسیدها، آب با خلوص بالا، آب دی یونیزه، گاز طبیعی، هوا، نفت خام و هوای فشرده.
مزایای فلومتر ورتکس
- قابل اعتماد و دقیق
- هزینه راه اندازی نسبتا پایین
- مناسب برای گاز، مایعات و بخار
- حداقل نگهداری برای سیالات تمیز
- طول عمر بالا، بدلیل نداشتن قطعات متحرک
- افت فشار خطوط لوله در این فلومتر بسیار کم است
- مانند فلومتر های تفاضلی DP به ردیابی حرارتی نیاز نیست
- تحت تأثیر دما، فشار، چگالی یا ویسکوزیته محیط قرار نمی‌گیرد
- در صورت غوطه ور شدن بدنه (بلوف) در هر زاویه ای قابل نصب است
فلومتر الکترومغناطیسی چیست؟
فلومتر الکترومغناطیسی (Magnetic Flowmeter) نوعی دبی سنج حجمی است که به کمک قانون القای مغناطیسی فارادی، فلوی سیالات رسانا را اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه با ایجاد میدان مغناطیسی در مسیر حرکت سیال، می‌توانند سرعت و دبی سیال عبوری را بصورت دقیق شناسایی کنند. از فلومترهای الکترومغناطیسی عمدتاً در صنایع مختلف مانند نفت و گاز، کشاورزی، آب و فاضلاب و صنایع غذایی استفاده می‌شود.
مگمترها فقط می‌توانند سیالات رسانا را تشخیص دهند. همچنین با اندازه‌گیری تغییرات شار مغناطیسی در اثر سرعت سیال جاری، می‌تواند مقدار فلو عبوری را با خطای بسیار پایین تشخیص و اندازه‌گیری کند.
اصول عملکرد فلومتر مغناطیسی
فلومترهای الکترومغناطیسی با استفاده از قانون فارادی (هنگامی که یک ماده رسانا درون میدان مغناطیسی حرکت کند، در آن ولتاژی القا خواهد شد) کار می‌کنند. این ولتاژ به سرعت عبور سیال کاملا وابسته است، که با استفاده از الکترودهایی که در دیواره فلومتر نصب شده‌اند اندازه‌گیری می‌شود.
بدلیل ثابت بودن شدت میدان مغناطیسی و زاویه برخورد سیال، ولتاژ القا شده متناسب با سرعت عبور سیال خواهد بود. این ولتاژ توسط ترانسمیتر به یک سیگنال استاندارد (مانند 4 تا 20 میلی‌آمپر) تبدیل شده و به سیستم کنترل منتقل می‌شود تا بصورت لحظه‌ای وضعیت دبی سیال را مانیتور کند.
بزبان تخصصی‌تر کیفیت اندازه‌گیری در این دستگاه‌ها به شدت میدان مغناطیسی، زاویه‌ی برخورد سیال هادی با میدان مغناطیسی و سرعت عبور سیال از درون میدان بستگی دارد. حال با توجه به ثابت بودن شدت میدان و زاویه برخورد، در عمل ولتاژ القا شده در الکترودها با سرعت حرکت سیال متناسب خواهد بود.
صنعت پتروشیمی به عنوان یکی از ستون‌های فقرات اقتصاد جهانی، نقش کلیدی در تولید و تأمین مواد اولیه برای صنایع مختلف ایفا می‌کند. با توجه به فرآیندهای پیچیده و نیاز به دقت در کنترل و نظارت بر جریان مواد، استفاده از فلومترها به عنوان ابزارهای اندازه‌گیری جریان، به یک ضرورت تبدیل شده است. در این مقاله از آریان سپهر به بررسی عمیق‌تر کاربردها، مزایا، و انواع مختلف فلومترها در صنعت پتروشیمی و پالایشگاه‌ها می‌پردازیم.
مهم‌ترین کاربرد فلومترها در پتروشیمی، نفت و گاز
۱. کنترل جریان مواد خام
۲. اندازه‌گیری جریان در واحدهای پالایش
۳. اندازه‌گیری جریان در واحدهای پروسه پتروشیمی
۴. کنترل جریان آب و گاز در فرآیندهای تولید نیتروژن و هیدروژن
۵. کنترل جریان در خطوط توزیع نفت و گاز
فلومترها در خطوط انتقال مواد خام نفت و گاز، برای اندازه‌گیری دقیق جریان به کار می‌روند. این اندازه‌گیری به کنترل بهینه فرآیندهای تولید کمک می‌کند. از آنجایی که حجم بالایی از مواد خام در هر دقیقه منتقل می‌شود، دقت در اندازه‌گیری جریان می‌تواند تأثیر زیادی بر هزینه‌ها و بهره‌وری داشته باشد. در این زمینه، فلومترهای الکترومغناطیسی به دلیل عدم نیاز به قطعات متحرک و دقت بالا، به عنوان یکی از بهترین گزینه‌ها شناخته می‌شوند.
در پالایشگاه نفت، فلومترها برای اندازه‌گیری جریان نفت خام، گازها و مشتقات نفتی مانند بنزین و گازوئیل استفاده می‌شوند. دقت در کنترل جریان در این واحدها، به بهینه‌سازی فرآیندهای پالایش و کاهش هدررفت مواد کمک می‌کند. فلومترهای دیافراگمی بویژه در این زمینه کاربرد زیادی دارند، زیرا با ایجاد فشار دیفرانسیل می‌توانند جریان را با دقت بالایی اندازه‌گیری کنند.
در پتروشیمی‌ها برای تولید پلیمرها و مواد شیمیایی، دقت در اندازه‌گیری جریان مواد اولیه و محصولات نهایی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. فلومترها در این واحدها به کنترل دقیق جریان و بهینه‌سازی مصرف مواد کمک می‌کنند. به‌کارگیری فلومترهای اولتراسونیک و ترمال در این واحدها به دلیل دقت بالا و عدم نیاز به تماس مستقیم با سیال، به‌طور گسترده‌ای رواج دارد.
در تولید گازهای نیتروژن و هیدروژن، اندازه‌گیری دقیق جریان این گازها با استفاده از فلومترها بسیار مهم است. این ابزارها به کنترل ترکیب گازها و بهینه‌سازی فرآیند تولید کمک می‌کنند. به عنوان مثال، فلومترهای مغناطیسی به دلیل دقت و مقاومت در برابر تغییرات دما و فشار، در این فرآیندها کاربرد دارند.
فلومترها در خطوط انتقال و توزیع نفت و گاز برای کنترل دقیق جریان و اندازه‌گیری مصرف مخازن نفت و گاز استفاده می‌شوند. بهینه‌سازی مصرف منابع و افزایش دقت در اندازه‌گیری می‌تواند به کاهش خطرات مرتبط با این صنایع کمک کند. فلومترهای Coriolis به دلیل دقت بالا و قابلیت اندازه‌گیری همزمان دبی و چگالی، در این زمینه بسیار موثرند.
انواع فلومترهای مورد استفاده در پتروشیمی
در صنعت پتروشیمی، انواع مختلفی از فلومترها برای اندازه‌گیری جریان مواد مایع و گازها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از مهم‌ترین انواع فلومترها عبارتند از:
۱. فلومترهای الکترومغناطیسی
۲. فلومترهای DP یا دیافراگمی
۳. فلومترهای ترمال
۴. فلومترهای التراسونیک
۵. فلومترهای مغناطیسی
۶. فلومترهای کوریولیس Coriolis
فلومترهای الکترومغناطیسی برای اندازه‌گیری جریان مایعات هادی به کار می‌روند و به دلیل عدم وجود قطعات متحرک، دارای عمر طولانی و نگهداری آسانی هستند. این فلومترها به دقت بالا و عدم تأثیر تغییرات دما و فشار معروف هستند و معمولاً در صنایع پتروشیمی برای اندازه‌گیری سیالات هادی نظیر آب و مواد شیمیایی استفاده می‌شوند.
فلومترهای الکترومغناطیسی در صنعت نفت و پتروشیمی به‌طور گسترده‌ای در واحدهای مختلفی مانند واحد تقطیر، تولید پروپیلن و اتیلن، تصفیه آب و فاضلاب و همچنین واحدهای تزریق شیمیایی کاربرد دارند. این فلومترها به دلیل دقت بالای خود در اندازه‌گیری دبی مایعات هادی، از جمله نفت خام، محصولات پتروشیمی و محلول‌های شیمیایی، نقش اساسی در بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی ایفا می‌کنند.
بویژه در واحد تقطیر، دقت اندازه‌گیری دبی به جداسازی مؤثرتر محصولات کمک می‌کند و در واحدهای تولید پروپیلن و اتیلن، کیفیت و بازده تولید را افزایش می‌دهد. همچنین، در واحدهای تصفیه آب و فاضلاب، این فلومترها توانایی عملکرد در شرایط خورنده و غلظت‌های بالا را دارند، که به مدیریت بهتر آب‌های صنعتی و فاضلاب‌ها کمک می‌کند. به‌طور کلی، استفاده از فلومترهای الکترومغناطیسی به بهبود کیفیت محصولات و افزایش ایمنی در فرآیندهای صنعتی کمک می‌کند.
فلومترها به عنوان دستگاه‌های ابزار دقیق که برای اندازه‌گیری جریان سیالات در صنعت پتروشیمی و پالایشگاه، نقش اساسی در بهبود کنترل فرآیندها، ایمنی و بهره‌وری ایفا می‌کنند. انتخاب مناسب‌ترین نوع فلومتر بستگی به نیازهای خاص هر فرآیند پتروشیمی دارد و به همین دلیل، استفاده از این ابزارهای دقیق به تأمین نیازهای انرژی و مواد اولیه، کاهش هزینه‌ها و بهینه‌سازی فرآیندهای تولید کمک می‌کند.