اریفیس محبوب‌ ترین وسیله اندازه گیری فلو

محبوب‌ترین و متداول ترین وسیله اندازه گیری جریان، قطعا اریفیس می‌باشد.

اگر در صنعت مشغول به کار هستید، حتما اسم اریفیس را شنیده‌اید!

اریفیس ها انواع مختلفی دارند، که هر شکل از اریفیس برای یک کار خاص، استفاده می‌شود.

در این مقاله با انواع اریفیس و کاربرد هریک و نحوه عملکر اریفیس آشنا خواهیم شد!

مدرس: مهندس فرزاد لطفی

اریفیس (بخشی از بسته INSTART)

محبوب‌ترین و متداول ترین وسیله اندازه گیری جریان، اریفیس می‌باشد.
اریفیس‌ها معمولا همراه با فلنج ها خریداری می شوند،
به همین خاطر معمولا در دیتاشیت ها، آنها را به صورت Orifice & Flanges مشاهده می‌کنید.

اریفیس

نصب به این صورت انجام می‌شود که شما (به عنوان واحد ابزار دقیق) کلِ این مجموعه (Orifice & Flanges) را خریداری کرده و به واحد پایپینگ می‌دهید تا آنها آن را بر روی خط نصب کنند.

نصب اریفیس

اریفیس ها

اساس کار آن بدین گونه است که با استفاده از یک تجهیز دایره‌ای شکل در لوله، اختلاف فشاری را ایجاد کرده و
سپس با اندازه گیری اختلاف فشار و رابطه مجذور اختلاف فشار با فلو، دبیِ جریان تعیین می‌شود.
اصول کار، همان تیوپ ونچوری است و مثل این می ماند که لوله ونچوری را  Pack (جمع) کنیم .

مانند آیتم ونچوری از دو سر اریفیس Tap می گیریم و با تیوبینگ به یک منیفلد ۵ راهه و در نهایت به ترانسمیتر، متصل می‌کنیم. سایز Tapها، ۱/۲ اینچ است.

پس اریفیس یک تجهیز دایره‌ای شکل است که وسط آن سوراخ می‌باشد.

محل Tap ها روی فلنج‌های اریفیس

چنانچه سیال عبوری، گاز باشد، Tap ها روی فلنج (رو به بالا) و یا ممکن است با زاویه ۴۵۰ نسبت به محور عمودی در نظر گرفته شوند.

اریفیس برای گاز

چنانچه سیال مایع  باشد Tap های روی فلنج (رو به پایین) و یا ممکن است با زاویه ۴۵۰ نسبت به محور عمودی در نظر گرفته شوند.
ایجاد زاویه ۴۵ درجه باعث می‌شود که رسوب‌های داخل سیال که در کف پایپ انباشته می گردند، از طریق تیوب ها، داخل تجهیز وارد نشوند.

اگر سیال بخار باشد،Tap ها در راستای محور افقی روی فلنج ها در نظر گرفته می شوند.
در این حالت ترانسمیتر باید پایین تر از اریفیس واقع گردد. اگر فاز گازی غالب بود و
احتمال کندانس شدن سیال نیز وجود داشت،
توصیه می‌گردد تیوبینگ تا Condensate Pot  انجام شده و سپس از Pot تا ترانسمیتر تیوبینگ مجدد کشیده شود.
سپس متناسب با غالب بودن فاز مایع یا گاز، از Condensate Pot به سمت بالا یا پایین می رویم!

اگر فاز گاز غالب‌تر بود، انشعاب را از بالای Condensate Pot می گیریم.
این کار باعث می‌شود که مایعات حاصل از کندانس در جایی جمع آوری شده و روی مقدار اندازه گیری تاثیری نگذارند؛
اپراتور در این حال بایستی در زمان های مشخص Condensate Pot  را Drain نماید.

اگر فاز مایع غالب بود Elevation ِ ترانسمیتر پایین تر از pot در نظر گرفته شود.

استفاده از کاندنسیت پات

اگربخار، رقیق بود از این مسیر استفاده کرده و سرِ پایین را می‌بندیم.

اگر بخار، غلیظ بود، از این مسیر استفاده کرده و سرِ بالا را می‌بندیم.
چند مدت یکبار شیر بالا را برای هواگیری باز می‌کنیم.

این کار را برای هر دو انشعاب، انجام می‌دهیم!

کالیبراسیون

برای کالیبراسیون می‌توانیم به کمک یک Hand Pump، رنج فشار صفر تا Max. Allowable Pressure drop را
در نقاط صفر، ۰% – ۲۵% – ۵۰% – ۷۵% – ۱۰۰% در دو سمت اریفیس اعمال کرده و
با استفاده از یک Handheld HART Communicator، رنجِ جریانِ خروجی را تنظیم و در انتها، مقدار را در سیستم مانیتورینگ اتاق کنترل تنظیم کنیم.
(به طور مثال اگر ΔP=1000 mbar و فلوی ماکزیمم ۲۵۰۰۰kg/h باشد؛
در فشار ۲۵۰mbar، در اتاق کنترل جریان ۲۰mA (به ازای ۴ تا ۲۰ میلی آمپر) و فلوی  ۱۲۵۰۰kg/h را خواهیم داشت.)

اشکال مختلف اریفیس  Orifice Types

متناسب با نوع سوراخ و محل قرارگیری سوراخ، ۴ نوع اریفیس را می توان در نظر گرفت:

انواع اریفیس

Concentric: در این حالت، سوراخ در وسط اریفیس قرار دارد.
از این حالت برای کلیه سیالات سبک استفاده می‌شود.
از جمله برای هیدروکربن های سبک، نفت، آب و گاز و غیره به کار برده می‌شود.

Eccentric: در این حالت سوراخ از مرکز جدا شده و پایین تر قرار می گیرد.
برای مواد نفتی با ویسکوزیته بالا و گرانروی زیاد مثل قیر از این حالت استفاده می‌شود.
زیرا اینگونه سیالات تمایل دارند در کفِ لوله حرکت کنند. در نتیجه برای ایجاد  مورد نیازمان، از این نوع اریفیس استفاده می‌کنیم.

Eccentric یعنی غیر هم مرکز!

Segmental: در این حالت، سوراخ به شکل نیم دایره و پایین قرار می گیرد.
همان طور که ملاحظه می‌کنید، این سوراخ مقداری بزرگتر بوده و سطح مقطع بیشتری را پوشش می‌دهد.

برای مواد لجنی با رسوب و Slurry (آبکی، مثل دوغاب) و  partial (دارای مواد متخلخل)، زیاد استفاده می‌گردد.

پروژه های آهن و مس از این گروه می‌باشند. که استفاده از این نوع اریفیس مانع از گرفتی یا چوک شدن سیال می‌گردد.

Quadrant: از جدیدترین انواع اریفیس‎ها می‌باشد.
یک سوراخ از قسمت جلویی و یک سوراخ از قسمت پشت دبر روی این المنت قرار دارد.

اریفیس کوادرانت

به طور کلی جهت اندازه گیری فلوی مایعاتی که High Viscous بوده و
عدد رینولدز پایین دارند (تلاطم زیادی در داخل آنها وجود ندارد)، از این نوع استفاده می‌شود.

تعریف ضریب β و سایزینگ اریفیس

برای محاسبه قطر سوراخ اریفیس (bore)، اولین چیزی که نیاز داریم، قطر داخلی پایپ است.
چنانچه قطر خارجی پایپ را داشته باشیم، برای محاسبه قطر داخلی کافی است که مقدار ۲ برابر ضخامت پایپ را از آن کم کنیم (کاملا واضح است!!).

خب سوال اینجاست که ضخامت پایپ را از کجا بدست بیاوریم؟!

با دانستن قطر خارجی و Sch. مربوط به پایپ (در جداول سایز پایپ‌ها – همان طور که یادتان هست، در پر کردن دیتاشیتِ گیج فشار و ترانسمیتر فشار به schedule اشاره کردیم و گفتیم که با استفاده از آن می توانیم قطر داخلی لوله را بدست بیاوریم)،
ابتدا ضخامت پایپ را بدست آورده و سپس قطر داخلی لوله، با توجه به استاندارد ASME B1.20 به دست می‌آید.

 

اما ضریب β چیست؟!

نسبت قطر سوراخ اریفیس به قطر داخلی پایپ را ضریب β تعریف می‌کنیم.

β چه چیزی را نشان می‌دهد؟!

β مقداری است که کاملا تجربی بدست آمده و با یکسری محاسبات به این بازه رسیده‌اند و
در واقع اگر β در این بازه نباشد، مشکلاتی در روند اندازه‌گیری فلو پیش می‌آید.

اگر β در محدوده نباشد، ممکن است:

  • اندازه گیری صحیحی توسط اریفیس انجام نشود.
  • خط choke کند. (گرفتگی ایجاد شود)

مثلا اگر β کمتر از ۰٫۲ باشد (یعنی قطر سوراخ به نسبت قطر لوله کم باشد)، این کار منجر می‌شود که فلوی عبوری به یک سوراخ خیلی کوچک برخورد کند؛
در نتیجه این اتفاق باعث می‌شود که یک مقاومت خیلی بزرگ در مسیر سیال قرار گیرد و عملا مسیر  سیال مسدود شده و فلو به خوبی عبور نکند.

البته مشکلات به همین جا ختم نشده و ممکن است منجر به پدیده کاواتاسیون cavitation شود.

تذکر: در واقع با انتخاب سوراخ خیلی کوچک، ممکن است افت فشار زیادی ایجاد شود و
فشار به نزدیکی فشار بخار (فشاری که در آن، سیالِ عبوری فارق از دمایی که دارد، به جوش می‌آید –  مثلا این میزان برای آب، ۳۰ mbar می‌باشد) برسد و به جوش بیاید.
در نتیجه حباب‌هایی بر اثر تبخیر سیال ایجاد شده که می خواهند از این سوراخ عبور کرده و
سپس به دیواره جانبی لوله ضربه بزنند و در برخی مواردِ خطر آفرین، لوله را دچار نشتی کنند.

این پدیده را کاواتاسیون گویند و پدیده‌ای بسیار خطرناک می‌باشد.

در صورتی که β بیش تر از مقدار مجاز باشد، مثلا ۰٫۸،
این به معنای بزرگ بودن اندازه سوراخ اریفیس بوده و نشان‌دهنده این است که امکان دارد افت فشار لازم برای اندازه‌گیری فلو ایجاد نشود.
(چون سیال به راحتی عبور کرده و تمامی سوراخ را در بر نمی‌گیرد که افت فشار ایجاد شود)

سایزینگ اریفیس در نرم افزار

استاندارد سایزینگ اریفیس، ISO5167 می‌باشد.

در این استاندارد مابه‌ازایِ تابعی از فشار، دما، فلو، چگالی و تغییرات فشار، (این اطلاعات را از روی دیتاشیت اریفیس خوانده و در نرم‌افزار وارد می‌کنیم)
خروجی‌ای به ما داده می‌شود که مقادیر d و β را به ما خواهد داد.

محاسبات متعددی در داخل نرم افزار انجام می‌شود که منجر به پیدا کردن d می‌گردد.

با نرم افزارهای مختلفِ سایزینگ مثل ISA Solartron یا Conval و Daniel Orifice Flow Calculator، مقدار β و قطر سوراخ اریفیس(Bore) محاسبه می‌شود.

در فیلم‌ مربوط به سایزینگ اریفیس با استفاده از این نرم افزارها، این کار را انجام دادیم!

پس انجام سایزینگ، d را بدست خواهیم آورد و سپس بایستی با محاسبه β بررسی کنیم که آیا محاسبات انجام شده مناسب بوده است یا خیر!

فرض کنید β در بازه مورد نظر قرار نگرفت!

مثلا ۰٫۷۸=β !

به نظرتان الان بایستی چه کاری را انجام دهیم؟!

خب یا باید قطر لوله را بیشتر کنیم (!) یا آنکه d را کوچکتر در نظر بگیریم.

معلوم است که نمی توانیم قطر لوله را تغییر دهیم، اما سوال این است که کوچکتر در نظر گرفتن d به چه معناست؟!

یکی از عوامل موثر در محاسبه d، تغییرات فشار بود و بایستی دقت کنید که کوچتر کردن سوراخ اریفیس (d) به معنای افزایش افت فشار می‌باشد!

قبلا گفتیم که افت فشار به صورت یکی از مقادیر ۲۵۰,۵۰۰,۷۵۰,۱۰۰۰ mbar می‌باشد.

بنابراین اگر واحد فرآیند مقدار P=500 mbar∆ اعلام کرده است. ما P=750 mbar∆ را در نظر می‌گیریم
(یک پله بالاتر) (فشار خروجی کمتر از قبل خواهد شد=اختلاف فشار بیشتر خواهد شد) و
محاسبات را مجددا با نرم افزار انجام می‌دهیم تا مقدار β را در محدوده مناسب بدست آوریم!
این d، مقدار مناسب و صحیحی است!

تذکر: حتما این تغییرات افت فشار را به واحد فرآیند اطلاع دهید تا در محاسباتشان دچار اشتباه نشوند و حتما بایستی با واحد فرآیند هماهنگ باشید.

ویژگی های روش اریفیس

  • مزیت اصلی این وسیله نداشتن قطعات متحرک و قیمت پایین آن می‌باشد.
  • اریفیس ها روی سایزهای “۳۰ ~ “۲ استفاده می‌شوند.
  • جهت اندازه گیری فلو در ۹۰% موارد از اریفیس استفاده می‌شود و دقت اندازه گیری خوبی دارد (بهتر از ونچوری است).
  • Turn down ratio این تجهیز، ۱:۳ ~ ۱:۵ می‌باشد.
  • دقت اندازه گیری آن ۵% ~ ۲% می‌باشد.
  • بایستی دارای استاندارد IP65 باشد.
  • اگر محیط مان احتمال انفجار یا خطر را دارد، بایستی استاندارد Ex’d’ یا Ex’i’ را داشته باشد.
  • تجهیز بایستی دارای Root extractor باشد. این المان همان جذر گیر می‌باشد.
  • بایستی تحمل دمایی ۸۵ ~ ۴۰- را داشته باشد. این میزان دما، همان دمای محیط یا ambient temperature می‌باشد.

ما در مباحث مختلفی از بسته جامع ابزار دقیق به آموزش کاربردی مطالب پرداخته ایم!

در بسته جامع ابزار دقیق به تمامی آنچه برای سایزینگ اریفیس نیاز است، اشاره کرده‌ایم.

همچنین به پرکردن دیتاشیت و سایزینگ اریفیس با نرم‌افزارهای شرکت ISA Solartron یا Conval و Daniel Orifice Flow Calculator پرداخته‌ایم!

توسط | ۱۳۹۷-۷-۱۹ ۱۲:۳۲:۰۹ +۰۳:۳۰ ۱۱ شهریور ۱۳۹۷|ابزاردقیق, تکمیل شده دسته بندی ها|بدون ديدگاه

در باره نویسنده :

ما یه هدف مشترک داریم و میخوایم مهارت هایی که توی صنعت لازمه رو به افراد آموزش بدیم تا روزی که کالای ایرانی در دنیا بهترین باشه. اگه شما هم هدفتون همینه، نماتکی بشید. (:

ثبت ديدگاه

در کمتر از 20 ثانیه عضو شوید و بیش از 100 آموزش رایگان در اختیار شماست.
ویدئوها را برایم بفرست
ما هم مثل شما از ایمیل های تبلیغاتی بیزاریم.
Close