مبدأ عمل واستخدام مقياس التدفق التفاضلي للضغط

أولاً: مبدأ عمل جهاز إرسال الضغط التفاضلي:

يؤدي تدفق السائل عبر جهاز الخنق في خط الأنابيب إلى تشكل انقباض موضعي عند الخنق، مما يزيد من معدل التدفق ويقلل الضغط الساكن، وبالتالي يتشكل انخفاض في الضغط، أي فرق الضغط. كلما زاد معدل تدفق السائل، زاد فرق الضغط قبل وبعد جهاز الخنق، لذلك يمكن قياس مقياس تدفق الضغط التفاضلي عن طريق قياس فرق الضغط لتحديد حجم تدفق السائل.

يتكون مقياس التدفق التفاضلي من جهاز رئيسي وجهاز ثانوي. يُسمى الجهاز الرئيسي عنصر قياس التدفق، وهو مُثبَّت في خط أنابيب السائل المراد قياسه، مما يُحدث فرقًا في الضغط يتناسب مع معدل التدفق. يقوم الجهاز الثانوي بعرض قيمة معدل التدفق. يُسمى الجهاز الثانوي مقياس العرض، وهو يستقبل إشارة فرق الضغط الناتجة عن عنصر القياس، ويُحوِّلها إلى معدل التدفق المُناسب لعرضها. غالبًا ما يكون الجهاز الرئيسي في مقياس التدفق التفاضلي جهازًا للتحكم في التدفق أو جهازًا لقياس الضغط الديناميكي (مثل أنبوب بيتوت أو الأنبوب المتجانس). أما الجهاز الثانوي، فيتكون من عدة أنواع ميكانيكية وإلكترونية، بالإضافة إلى أجهزة قياس التدفق التفاضلي المُدمجة مع أجهزة عرض التدفق. تتكون مُكوِّنات مقياس الضغط التفاضلي الحساسة للضغط التفاضلي في الغالب من مُكوِّنات مرنة. ولأن العلاقة بين فرق الضغط ومعدل التدفق هي علاقة جذر تربيعي، فإن أجهزة عرض معدل التدفق مُجهَّزة بجهاز تربيعي لجعل مقياس معدل التدفق خطيًا. كما أن مُعظم هذه الأجهزة مُجهَّزة بجهاز تجميع التدفق لعرض التدفق التراكمي لأغراض المحاسبة الاقتصادية. تتمتع هذه الطريقة لقياس التدفق باستخدام مؤشر مستوى الضغط التفاضلي بتاريخ طويل، وهي أكثر نضجًا، وتُستخدم عمومًا في دول العالم في المناسبات الأكثر أهمية، حيث تمثل حوالي 70% من مختلف أنواع القياسات. قياس التدفق الكهرومغناطيسي تُستخدم في هذا العداد طرق قياس تدفق البخار الرئيسي لمحطة توليد الطاقة، ومياه التغذية، والمكثفات، وغيرها من التدفقات.

يتناسب معدل التدفق المتوسط ​​المقاس طرديًا مع مربع فرق الضغط. كما تحتوي معظم العدادات على جهاز لتجميع التدفق لعرض التدفق التراكمي لأغراض المحاسبة الاقتصادية.

بناء:

عنصر الخنق: جهاز مثبت في خط الأنابيب لتوليد مؤشر مستوى الضغط التفاضلي.

قناة الضغط: تأخذ فرق الضغط المتولد قبل وبعد جهاز الخنق وتنقله إلى جهاز إرسال الضغط.

جهاز إرسال الضغط التفاضلي : يتم تحويل الضغط التفاضلي الناتج إلى إشارة كهربائية قياسية (4~20 مللي أمبير أو FF).

مجموعة الصمامات:  

يستخدم لتوصيل أنبوب توجيه الضغط بمجموعة جهاز إرسال الضغط التفاضلي لمنع تلف صندوق الغشاء بسبب ضغط التجويف الواحد عند تشغيل جهاز الإرسال.

نظراً لاختلاف الأشكال الهندسية لعناصر الخنق، والطرق المختلفة لأخذ الضغط، والظروف التكنولوجية المحددة المختلفة للتطبيق، فإن الهياكل المحددة لأجهزة الخنق تختلف أيضاً.

جهاز الخنق القياسي: وفقًا للوائح المعيار الموحد لتصميم وإنتاج وتركيب جهاز الضغط التفاضلي القياسي، لا يلزم إجراء معايرة فردية ويمكن استخدامه.

جهاز الخنق غير القياسي: يشير إلى أن بيانات الاختبار غير كافية للغاية، ويجب معايرة التصميم والإنتاج بشكل فردي لاستخدام جهاز الضغط التفاضلي.

أجهزة الخنق القياسية الشائعة: صفائح الفتحات القياسية، الفوهات القياسية، فنتوري الكلاسيكي، فوهات فنتوري

أنواع عدادات التدفق ذات الضغط التفاضلي الشائعة في الصناعة

مقياس التدفق ذو الصفيحة الفتحية، ومقياس التدفق المتوازن، ومقياس التدفق الإسفيني، ومقياس التدفق أنيوبا، ومقياس التدفق فنتوري، وما إلى ذلك.

عناصر الخنق الشائعة في مقياس تدفق الضغط التفاضلي

(صفيحة فتحة قياسية)

(عناصر الخانق من النوع الإسفيني)

(خانق فنتوري)

مشعبات الصمامات

تتضمن مجموعة الصمامات المستخدمة عادةً في توصيل مقياس التدفق ذي الضغط التفاضلي ثلاث صمامات وخمس صمامات.

خطوات استخدام مجموعة الصمامات الثلاثية ومجموعة الصمامات الخماسية:

1- افتح صمام التوازن، بحيث يكون جانب الضغط العالي وجانب الضغط المنخفض تحت الضغط في نفس الوقت

2- افتح صمام الإغلاق الجانبي للضغط العالي

3- أغلق صمام التوازن

4- افتح صمام الإغلاق الجانبي للضغط المنخفض

ملاحظة: عند فتح صمام الإغلاق الجانبي للضغط العالي والمنخفض، يجب أولاً فك دائرة للتأكد من عدم وجود تسريب في جانب أجهزة القياس من الوصلة قبل فتح الصمام بالكامل.

خطوات تعطيل مشعبات الصمامات الثلاثية والخماسية:

1- أغلق صمام الإغلاق الجانبي للضغط المنخفض

2- افتح صمام التوازن

3- أغلق صمام الإغلاق عالي الضغط

4- أغلق صمام التوازن

ملاحظة: مبدأ تشغيل مجموعة الصمامات الثلاثة هو تجنب الحرارة أو الضغط أحادي الاتجاه على جهاز القياس، وعدم السماح لسائل العزل في أنبوب التوجيه أو خزان العزل بالاختفاء.

ثانيًا: خصائص وتطبيقات مقياس تدفق الضغط التفاضلي

مقياس تدفق ذو صفيحة فتحة:

الهيكل سهل النسخ، بسيط، متين، مستقر، وأداؤه موثوق؛

نطاق واسع من التطبيقات، بما في ذلك جميع السوائل أحادية الطور (السائل والغاز والبخار)؛

نطاق ضيق، النطاق العام للدرجات فقط 3:1 ~ 4:1؛

توجد متطلبات أطول لطول الأنابيب المستقيمة قبل 10D وبعد 5D؛

فقدان الضغط؛

يصعب ضمان الدقة على المدى الطويل في ظل ظروف التآكل والتلف والتقشر والحساسية للأوساخ.

مقياس تدفق متوازن

متطلبات منخفضة لقطاعات الأنابيب المستقيمة، تصل إلى 0.5D قبل و0.5D بعد؛

انخفاض دائم في فقدان الضغط؛

عمر خدمة طويل؛

نطاق قياس واسع؛

تركيب سهل؛

قياس التدفق ثنائي الاتجاه

مقياس تدفق إسفيني

مناسب للسوائل ذات اللزوجة المنخفضة والتدفق الكبير، والسوائل ذات اللزوجة العالية والتدفق الصغير؛

بنية فريدة، لا ترسب، لا انسداد، نطاق واسع من التطبيقات، خاصة للزوجة العالية، خليط التبلور، السوائل المتسخة، لخطوط الأنابيب DN25-DN1200؛

يتطلب قسم الأنبوب المستقيم 5D قبل و2D بعد؛

يمكن قياس التدفق ثنائي الاتجاه؛

مقاومة جيدة للتآكل، ودقة عالية في التشغيل طويل الأمد، وسهولة التركيب والصيانة؛

ثالثًا: مسائل ومتطلبات تركيب مقياس تدفق الضغط التفاضلي:

1- قبل وبعد تركيب الجزء الأصلي من أنبوب الخانق المستقيم في مبدأ عمل جهاز إرسال الضغط التفاضلي كلما طالت المدة كان ذلك أفضل، لكن المشروع الفعلي غير ممكن، وذلك لضمان أن يكون الخانق أصليًا قبل 10D بعد 5D؛

2- يجب أن يكون مركز الفتحة الأصلية للخانق متمركزًا مع خط منتصف الأنبوب، ويجب ألا يتجاوز الانحراف درجة واحدة؛

3- تركيب صفيحة الفتحة، لتحديد اتجاه عنصر الخنق في صفيحة الفتحة مع اتجاه وسائط خط الأنابيب بما يتماشى مع تركيب صفيحة الفتحة العكسي، سيؤدي ذلك إلى انخفاض مؤشر معدل التدفق؛

4- يجب أن يكون شعاع التدفق في خط الأنابيب مستقرًا؛

5- يجب ألا يحدث تغير في طور الوسط المقاس في التدفق عبر جهاز الخانق؛

6- يجب تنظيف نظام الأنابيب المُركّب حديثًا في خط الأنابيب قبل تركيب جهاز الخنق.

طرق قياس الضغط الشائعة الاستخدام

قياس الضغط عند وصلة الزاوية: ينطبق على: صفيحة الفتحة القياسية، الفوهة

يتم تركيب منفذي سحب بزاوية، أحدهما قبل عنصر الخنق والآخر بعده. تقع أنابيب السحب في مقدمة ومؤخرة صفيحة الفتحة (أو الفوهة). يشمل السحب الزاوي عملية حفر منفصلة وسحبًا من حجرة الحلقة. تُستخدم الثقوب المحفورة بشكل فردي في الأقطار DN400 وما فوق، وعادةً لاستخراج الضغط من حجرة الحلقة.

استخلاص الضغط من الفلنجة: ينطبق على: صفيحة الفتحة القياسية، والأوتاد

تبلغ المسافة بين محاور فتحات قياس الضغط في اتجاهي المنبع والمصب، والسطحين النهائيين لجانبي صفيحة الفتحة، 25.4 ± 0.8 مم (بوصة واحدة). وتُفتح فتحات قياس الضغط على حواف جانبي صفيحة الفتحة.

قطر قياس الضغط: ينطبق على: صفيحة الفتحة القياسية (قطر كبير)، فوهة ذات قطر طويل

المسافة من محور فتحة أخذ الضغط في اتجاه المنبع إلى الوجه النهائي العلوي للوحة الفتحة هي 1Dm±0.1Dm، والمسافة من محور فتحة أخذ الضغط في اتجاه المصب إلى الوجه النهائي السفلي لقطب الفتحة هي 0.5Dm.

تركيب منفذ سحب الضغط

عند قياس تدفق الغاز، في النصف العلوي من أنابيب العملية، كما هو موضح في الشكل.

عند قياس تدفق السائل، في النصف السفلي من أنابيب العملية ضمن زاوية 0~45 درجة مع الخط المركزي الأفقي لأنابيب العملية، كما هو موضح في الشكل.

عند قياس تدفق البخار، في النصف العلوي من أنابيب العملية ضمن زاوية 0~45 درجة من الخط المركزي الأفقي لأنابيب العملية، كما هو موضح في الشكل.