كيفية تصنيف مقياس المستوى في الاستخدام الصناعي واختياره في صناعة الملح!

تُسهم تقنيات وأجهزة قياس المستوى الدقيقة في الحد من فاقد المواد، وترشيد استهلاك الطاقة، وزيادة الإنتاجية، وتقليل حوادث السلامة. ويتطلب قياس المستوى بدقة اختيار أجهزة القياس المناسبة وفقًا لمتطلبات الإنتاج الصناعي. ومع التطور السريع لصناعة الكيماويات الملحية، يكتسب قياس مستوى وحدات إنتاج الملح أهمية بالغة. في هذه الورقة، نناقش كيفية اختيار جهاز قياس المستوى الأمثل في صناعة الكيماويات الملحية، مع مراعاة تصنيف أجهزة القياس واحتياجات إنتاج الكيماويات الملحية.

أ، تصنيف أدوات قياس المواد

1- مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية

يعتمد مبدأ عمل مقياس مستوى الماء بالموجات فوق الصوتية على إرسال محول الطاقة فوق الصوتي موجة صوتية نبضية عالية التردد، تنعكس عند اصطدامها بسطح المستوى المراد قياسه، ثم يستقبل المحول صدى الموجة المنعكسة ويحوله إلى إشارة كهربائية. يُحسّن هذا المبدأ موثوقية الجهاز، ويحل مشكلة عدم دقة قياس المستوى غير المنتظم، كما يعزز بشكل كبير مقاومته للتداخل، ويعمل بثبات في محيط أبراج نقل الطاقة في المحطات الفرعية.

2- مقياس مستوى الرادار

　　 مقياس مستوى الرادار ينتمي هذا الجهاز إلى فئة أجهزة قياس مستوى الرادار متعددة الأغراض، والتي تعتمد على مبدأ انتقال الزمن في أجهزة القياس. وهو مناسب للقياس المستمر لمستوى السوائل والمواد اللزجة والحبيبية دون تلامس، كما أنه مناسب للاستخدام في البيئات التي تشهد تغيرات كبيرة في درجة الحرارة والضغط، ووجود الغازات الخاملة، والتبخر.

3- جهاز قياس مستوى الطفو

يتضمن هذا النظام بشكل أساسي مقياس مستوى الطفو الثابت ومقياس مستوى الطفو المتغير. ويتميز بدقة قياس منخفضة، وجهد صيانة منخفض، وإمكانية الإرسال عن بُعد والتعديل التلقائي.

(1) مقياس مستوى الطفو الثابت. يعتمد مقياس مستوى الطفو الثابت على عوامة تطفو في السائل مع تغيرات مستوى السائل وارتفاعه وانخفاضه، ويتميز ببساطة تركيبه وانخفاض سعره، وهو مناسب لقياس مستوى مجموعة متنوعة من خزانات التخزين.

(2) مقياس مستوى الطفو المتغير. يُطلق على هذا النوع أيضًا اسم مقياس مستوى الأسطوانة الغاطسة، فعندما يختلف مستوى السائل، يختلف حجم الأسطوانة الغاطسة المغمورة في السائل، وبالتالي تختلف قوة الطفو وتُحدث إزاحة، والتي تُحوّل إلى إزاحة زاوية من خلال النقل الميكانيكي لقياس مستوى السائل.

4- جهاز قياس مستوى الضغط التفاضلي

وتشمل بشكل رئيسي ثلاثة أشكال: مقياس مستوى الضغط، ومقياس مستوى الضغط بطريقة النفخ، ومقياس مستوى الضغط التفاضلي (أو مقياس الواجهة).

(1) مقياس مستوى الضغط. يعتمد مقياس مستوى الضغط على مبدأ قياس الضغط الساكن، وهو ثابت وموثوق وله عمر خدمة طويل. سهل التركيب، ذو بنية بسيطة، اقتصادي ومتين.

(2) مقياس مستوى الضغط بطريقة النفخ. يُدخل مقياس مستوى الضغط بطريقة النفخ في وعاء مفتوح عبر أنبوب نفخ، حيث يمر الهواء عبر مقياس تدفق عائم وصمام تدفق ثابت وخط أنابيب النفخ المراد قياسه. يُشير مقياس التدفق العائم إلى معدل تدفق النفخ، والذي يُضبط بواسطة صمام ضبط التدفق الموجود عليه. يخرج تدفق ثابت من الغاز من المنفذ السفلي لأنبوب النفخ إلى السائل، مُشكلاً فقاعات تُفرغ في الغلاف الجوي. عند خروج كمية صغيرة من فقاعات الهواء من الطرف السفلي لأنبوب النفخ، تعكس قيمة الضغط التي يُشير إليها مُرسل الضغط التفاضلي ارتفاع مستوى السائل. يُناسب هذا المقياس بشكل أساسي الضغط الجوي أو الأوعية المفتوحة، ويمكنه قياس المواد المسببة للتآكل، ولكن نطاق القياس محدود، وتعتمد الدقة على دقة المُرسل وأداء مُثبت الضغط. يتميز هذا المقياس ببنية ميكانيكية بالكامل، وإحكام إغلاق جيد، وانخفاض معدل الأعطال، وقلة الصيانة.

(3) مقياس مستوى الضغط التفاضلي. يحتوي مقياس مستوى الضغط التفاضلي على منفذي ضغط، أحدهما للطور الغازي والآخر للطور السائل. يمثل الضغط عند منفذ ضغط الطور الغازي ضغط الطور الغازي داخل الجهاز. أما الضغط عند منفذ ضغط الطور السائل، فيُقاس بالإضافة إلى ضغط الطور الغازي، بالضغط الساكن لعمود السائل. والفرق بين ضغط الطور السائل وضغط الطور الغازي هو الضغط الساكن الناتج عن عمود السائل. ونظرًا لتأثير تغير الكثافة المباشر على نتائج القياس، يُعد هذا المقياس مناسبًا للعمليات ذات الكثافة المستقرة نسبيًا.

5- جهاز قياس مستوى السائل المباشر

يُعد مقياس مستوى الأنبوب الزجاجي ومقياس مستوى الصفيحة الزجاجية من الأشكال الرئيسية، وهو عبارة عن جهاز من نوع الموصل، ذو بنية بسيطة وغير مكلف وسهل الاستخدام ومناسب للاستخدام الميداني، ولكنه غير مناسب لخصائص الإرسال والتعديل عن بعد.

6- جهاز قياس مستوى الكهرباء

يشمل بشكل أساسي مقياس مستوى التلامس الكهربائي، ومقياس مستوى المغناطيسية الانفعالية، ومقياس مستوى السعة.

(1) مقياس مستوى الماء بالتلامس الكهربائي. صُمم مقياس مستوى الماء بالتلامس الكهربائي وفقًا لاختلاف المقاومة الكهربائية للماء والبخار، حيث تكون مقاومة قطب أسطوانة القياس في الماء أقل منها في البخار. ومع تغير مستوى الماء، يتغير عدد الأقطاب الكهربائية في الماء. يتميز المقياس بالخصائص الثلاث التالية: وظيفة التنبيه الضوئي والصوتي؛ مخرج إشارة تناظرية 4-20 مللي أمبير أو 0-10 مللي أمبير، مع إمكانية التوصيل بنظام التحكم الموزع (DCS) ووظيفة حماية التعشيق؛ ووظيفة التغذية الذاتية التي تُمكّنه من مواصلة العمل لمدة 4 ساعات بعد انقطاع التيار الكهربائي.

(2) مقياس مستوى مغناطيسي انضغاطي. يُولّد مقياس المستوى المغناطيسي الانضغاطي بواسطة الجزء الإلكتروني من جهاز الإرسال، حيث تعود نبضة الانضغاط على طول الدليل الموجي وتستقبلها الوحدة الإلكترونية. ومن خلال قياس الفاصل الزمني بدقة بين نبضة الاستجواب والنبضة العائدة، يمكن الحصول على قيمة مستوى عالية الدقة وقابلية تكرار عالية، مما يجعله يتميز بدقة عالية.

(3) مقياس مستوى السعة. يستخدم مقياس مستوى السعة تغير سعة القياس لقياس مستوى السائل، ويتميز بحساسية عالية.

7- مقياس مستوى الإشعاع

يعتمد مقياس مستوى الإشعاع على "مبدأ امتصاص الأشعة". ويُستخدم بشكل أساسي في ظروف العمل المعقدة والقاسية، مثل درجات الحرارة والضغط العاليين، والبيئات المسببة للتآكل، والسامة، والمليئة بالدخان، حيث لا يمكن استخدام الأجهزة العامة أو يصعب استخدامها.

ثانيًا، اختيار أدوات قياس المستوى في صناعة المواد الكيميائية الملحية

1- توزيع أجهزة قياس المستوى

(1) مثبت من الأعلى مقياس مستوى مغناطيسي . يستخدم بشكل رئيسي في مصانع المواد الكيميائية الدقيقة، ومصانع البروم، والمصانع الكيميائية، ويتم تركيبه في الخزان بدون تبلور، وواجهة الجهاز فوق الخزان أو في خزان المواد السائلة تحت الأرض.

(2) مقياس مستوى مغناطيسي جانبي. يستخدم بشكل أساسي في مصانع المواد الكيميائية الدقيقة، ومصانع البروم، والمصانع الكيميائية، ويتم تركيبه على الخزان بدون تبلور.

(3) مقياس مستوى الرادار. يستخدم بشكل أساسي في مصانع المواد الكيميائية الدقيقة المزودة بنظام تقليب في خزان تخزين المواد السائلة، وفي مصانع المواد الكيميائية في بلورة ملح بذور الأسماك.

(4) جهاز إرسال مستوى العوامة. يستخدم بشكل أساسي في خزانات تخزين البروم السائل وخزانات السوائل الحمضية المخففة في مصانع المواد الكيميائية الدقيقة، وخزانات تخزين البروم السائل في مصانع البروم ومصانع المواد الكيميائية.

(5) مقياس مستوى السائل ذو الحافة الواحدة. يستخدم بشكل أساسي في مصانع المواد الكيميائية الدقيقة، ومصانع تكرير الملح، والمصانع الكيميائية، ويتم تركيبه على خزانات السوائل، وخزانات المحلول الملحي الخارجية.

(6) مقياس مستوى المدخلات. يستخدم بشكل رئيسي في مصانع المواد الكيميائية الدقيقة في حوض مياه الصرف الصحي.

(7) مقياس مستوى ذو شفة مزدوجة. يستخدم بشكل أساسي في خزان السائل المفرغ في مصنع المواد الكيميائية الدقيقة، وخزان التبخير في مصنع الملح المكرر، وخزان تبخير كلوريد البوتاسيوم في المصنع الكيميائي، وما إلى ذلك.

(8) مقياس مستوى مغناطيسي انضغاطي. يستخدم بشكل رئيسي في برميل موازنة المكثفات في مصنع الملح المكرر.

2- خبرة في اختيار أجهزة قياس المستوى

(1) وسط للتبلور والترسيب، قاع الخزان مزود بجهاز تقليب، يُفضل استخدام مقياس مستوى راداري أو مقياس مستوى فوق صوتي. يُستخدم حاليًا ما يقارب 30 مقياس مستوى راداري، وتُصنّف المواد المستخدمة وفقًا لوسط القياس إلى نوعين: 316L أو 304 مبطنة بمادة PTFE، وتتميز هذه المقاييس بسهولة التركيب دون تلامس ودقة عالية.

(2) في حالة عدم وجود تبلور أو ترسب في السائل داخل الخزان (مثل خزانات المحلول الملحي، وخزانات الأحماض المخففة، وخزانات المياه النقية، وبراميل الموازنة، إلخ)، يُفضل استخدام مقياس مستوى مغناطيسي، حيث يتيح عرض المستوى في الموقع وعن بُعد. يُصنف تركيب مقياس مستوى الخزان إلى نوعين: جانبي وعلوي، وحسب المادة المصنوع منها، إلى ثلاثة أنواع: 304، 316، PP، و304 مبطن بمادة PTFE. عند قياس سائل يحتوي على محلول ملحي أو حمض مخفف أو سوائل أخرى قابلة للتآكل، يُفضل استخدام مادة PP (البلاستيك الهندسي) أو 304 مبطن بمادة PTFE. أما عند قياس سائل غير قابل للتآكل، فيُفضل استخدام مادة 304.

(3) يتميز البروم السائل بسهولة تبخره وخصائصه السامة والتآكلية الشديدة. في خزان تخزين البروم السائل، تم اختيار جهاز إرسال مستوى عائم، وتم تبطين جهاز الإرسال بالكامل بمادة PTFE، كما تم تبطين شفة التوصيل بمادة PTFE أيضًا، وذلك للحد من تآكل البروم السائل ووصوله إلى جهاز قياس المستوى.

(4) في حالة وجود سائل في خزان المادة السائلة مع رغوة صلبة كثيفة في الأعلى، يمكن اختيار جهاز إرسال مستوى الضغط التفاضلي. بالإضافة إلى ذلك، يُركّب جهاز إرسال مستوى الضغط التفاضلي أيضًا على خزان التبخير (كما في مشروع إنتاج الملح بالتفريغ بسعة 120,000 طن/سنة، أو مشروع إنتاج الملح بالتفريغ بسعة 150,000 طن/سنة). يتبخر المحلول الملحي المشبع في خزان التبخير، وعندما تصل درجة حرارته إلى حوالي 25 درجة بيرول، يمكن أن يترسب الملح، ثم تُحجز جزيئات الملح في غشاء جهاز إرسال مستوى الضغط التفاضلي للطور السائل. لهذا السبب، يمكن اختيار الطور السائل على الحافة المحدبة.