7 أنواع من أجهزة قياس تدفق الغاز الطبيعي: كيفية الاختيار للتطبيقات الصناعية

بالنسبة لقياس الغاز الطبيعي الصناعي، هناك سبع تقنيات تستحق التقييم عادة: التوربين، والموجات فوق الصوتية، وكوريوليس، والضغط التفاضلي (DP)، والكتلة الحرارية، والدوامة، والإزاحة الإيجابية. يشرح هذا الدليل المكان المناسب لكل منها وما الذي يمكن استبعاده قبل تحديد الحجم التفصيلي. للحصول على رؤية أوسع تتجاوز خدمة الغاز، راجع هذادليل اختيار مقياس التدفق الصناعي.

مقارنة مقياس تدفق الغاز الطبيعي

1. قرر ما تحتاج إلى قياسه قبل اختيار جهاز القياس

يصبح قياس الغاز مربكًا عندما يتم التعامل مع الحجم الفعلي والحجم القياسي وتدفق الكتلة على أنها قابلة للتبديل. إنهم ليسوا كذلك.

التدفق الحجمي الفعليهو حجم تمرير العداد عند ضغط تشغيل الخط ودرجة حرارته. ونظرًا لأن الغاز الطبيعي قابل للانضغاط، فإن نفس الكمية من الغاز تحتل حجمًا مختلفًا عند تغير الضغط أو درجة الحرارة.

الحجم القياسي أو المرجعييعبر عن كمية الغاز بالشروط المرجعية المتفق عليها. إذا كان جهاز القياس يقيس حجم التشغيل ولكن المتطلبات التجارية أو متطلبات إعداد التقارير هي الحجم القياسي، فعادةً ما يحتاج نظام القياس أيضًا إلى بيانات خصائص الضغط ودرجة الحرارة والغاز-وطريقة تحويل مناسبة.

ولذلك يجب تحديد أساس الإبلاغ بوضوح. Nm³/h، Sm³/h، SCFH، ACFH، كجم/ساعة، ووحدات أخرى لا تصف نفس الكمية. هذادليل وحدات قياس التدفقيوفر خلفية إضافية عن وحدات التدفق شائعة الاستخدام.

التدفق الشامليصف كمية الغاز بالكتلة لكل وحدة زمنية. تقيس أجهزة قياس كوريوليس تدفق الكتلة مباشرة من خلال استجابة الأنابيب الاهتزازية، بينما تحدد أجهزة القياس الحرارية تدفق الكتلة من سلوك نقل الحرارة. للحصول على مقارنة أكثر تفصيلا، انظرالتدفق الشامل مقابل التدفق الحجمي.

وبالتالي فإن سؤال الاختيار الأول ليس "أي جهاز قياس هو الأكثر دقة؟" إنه "ما هي الكمية التي يجب أن يمثلها هذا القياس؟"

2. أجهزة قياس تدفق الغاز التوربيني

يضع عداد التوربين الدوار في تيار الغاز. ترتبط سرعة الدوار بسرعة الغاز ويتم تحويلها إلى تدفق حجمي.

يمكن أن تكون عدادات التوربينات خيارًا قويًا للغاز الطبيعي النظيف والجاف عندما يبقى التدفق داخل نطاق تشغيل محدد ويوفر التثبيت ملف تعريف سرعة مقبول.

والمقايضة-هو الاتصال الميكانيكي بالغاز. يمكن أن تتآكل المحامل، بينما قد تؤدي الأوساخ أو السوائل أو الرواسب إلى تغيير الأداء. يمكن أيضًا أن تشوه الأكواع والمنظمات والصمامات ملف تعريف السرعة الواردة، لذلك قد تكون هناك حاجة إلى أنبوب مستقيم أو مكيف تدفق.

هذا هو سبب أهمية ملف تعريف التدفق. قد يكون حجم المقياس صحيحًا للحصول على أقصى سعة، ولا يزال أداءه ضعيفًا إذا أدى المنظم أو الكوع مباشرة في اتجاه المنبع إلى إنشاء دوامة أو توزيع غير متماثل للسرعة. تتوفر خلفية إضافية في هذه المقالة علىخصائص ومزايا مقياس التدفق التوربيني.

اختر تقنية التوربينات لأن حالة الغاز ونطاق التدفق والأنابيب تناسبها-وليس لأن رقم الدقة العام يبدو جذابًا.

3. أجهزة قياس تدفق الغاز بالموجات فوق الصوتية

ترسل أجهزة القياس بالموجات فوق الصوتية لوقت العبور إشارات صوتية لأعلى ولأسفل عبر الغاز المتدفق. يرتبط الفرق في وقت السفر بسرعة الغاز. هذادليل مقياس تدفق الغاز بالموجات فوق الصوتيةيشرح مبدأ القياس الأساسي بمزيد من التفصيل.

والفرق الحاسم هو أنالموجات فوق الصوتية لا تعني التثبيت-.. في-أجهزة القياس بالموجات فوق الصوتية متعددة المسارات والمشبك المثبت خارجيًا-على الأنظمة تحل مشكلات القياس المختلفة. الموقعالمشبك-مقارنة بالموجات فوق الصوتية مقابل المضمنةيغطي هذا التمييز بشكل أكبر.

في-عدادات الموجات فوق الصوتية الخطية

تعتبر أجهزة القياس متعددة المسارات الموجودة في-خطًا جذابًا لخطوط الأنابيب الكبيرة لأنها لا تحتوي على عنصر قياس دوار ويمكن أن توفر فقدانًا دائمًا منخفضًا للضغط. يمكن أن تساعد المسارات والتشخيصات الصوتية المتعددة أيضًا في تحديد ملفات تعريف السرعة المضطربة أو التلوث أو الظروف الصوتية المتغيرة.

آيزو 17089-1:2019تتناول على وجه التحديد-وقت النقل الذي تستخدمه أجهزة قياس الغاز بالموجات فوق الصوتية للحضانة-وقياس النقل والتخصيص، بما في ذلك متطلبات الأداء والمعايرة والتشخيص والتركيب. :contentReference[oaicite:3]{index=3}

المشبك-على أجهزة قياس الموجات فوق الصوتية

ثبت -العدادات بمحولات الطاقة خارج الأنبوب. ميزتها الرئيسية هي التثبيت بدون هيكل عداد الخط التقليدي-، والذي يمكن أن يكون مفيدًا لعمليات الفحص المؤقتة، والمشروعات التحديثية، والمواقف التي يصعب فيها فتح الخط.

ولا ينبغي معاملتها تلقائيًا على أنها مكافئة لمقياس مالي متضمَّن-. يعتمد الأداء على واجب القياس، ومواد الأنابيب وحالتها، والمسار الصوتي، وضغط الغاز، وجودة الإشارة، وتصميم الأداة.

4. أجهزة قياس التدفق كوريوليس

تستخدم أجهزة قياس كوريوليس أنابيب قياس تهتز. تغير الكتلة المتدفقة حركة الأنبوب، وتقوم أجهزة الاستشعار بقياس فرق الطور المرتبط مباشرة بتدفق الكتلة. يمكن أن توفر العديد من التصميمات أيضًا معلومات عن الكثافة ودرجة الحرارة. للحصول على تفاصيل فنية إضافية، راجع الموقعمبدأ عمل مقياس الجريان كوريوليس.

الميزة الرئيسية هي أساس القياس. إذا كانت كمية العملية المطلوبة هي الكتلة، يتجنب كوريوليس قياس حجم التشغيل أولاً ثم حساب الكتلة من الكثافة. تم وصف المبدأ الأساسي أيضًا في مسؤول Endress+Hauserمرجع قياس كوريوليس. :contentReference[oaicite:4]{index=4}

أما بالنسبة لخدمة الغاز، فإن "الكتلة المباشرة" لا تعني "الأفضل تلقائيًا". يمكن أن تؤثر كثافة الغاز وضغط التشغيل وهندسة الأنبوب ونطاق التدفق المطلوب وحجم العداد وتكلفة التركيب وفقدان الضغط على الجدوى. لذا، فإن تطبيقات التدفق- ذات الخط الكبير أو العالي جدًا- تستحق تحديد الحجم بعناية بدلاً من اتخاذ القرار الأول بشأن التكنولوجيا-.

الدليل المنفصل لمزايا وقيود مقياس التدفق كوريوليسيوفر خطوة تالية مفيدة عندما يصل كوريوليس إلى القائمة المختصرة.

5. أجهزة قياس تدفق الضغط التفاضلي

يؤدي قياس تدفق الضغط التفاضلي إلى إنشاء تقييد في الأنبوب-مثل لوحة الفتحة أو الفوهة أو الفنتوري-ويقيس فرق الضغط عبره. يتم بعد ذلك حساب التدفق من الضغط التفاضلي مع الهندسة وخصائص السوائل.

للحصول على تقييد مثالي، يتغير التدفق تقريبًا مع الجذر التربيعي للضغط التفاضلي بعد أخذ عوامل التصحيح ذات الصلة في الاعتبار. هذه العلاقة هي أحد الأسباب التي تجعل -قابلية النطاق الطرفي المنخفضة تستحق الاهتمام: فالانخفاض الكبير في التدفق ينتج إشارة ضغط تفاضلية- أصغر بكثير.

تظل DP مفيدة لأنها ناضجة ومدعومة بالمعايير المعمول بها.أيزو 5167-1:2022يغطي أجهزة الضغط التفاضلي- بما في ذلك لوحات الفتحات، والفوهات، وأنابيب الفنتوري، وأجهزة القياس المخروطية، وأجهزة القياس الإسفينية، بالإضافة إلى متطلبات القياس العامة والتركيب وعدم اليقين. :contentReference[oaicite:5]{index=5}

للحصول على مقدمة عملية للنهج الكامل، راجع هذادليل مقياس تدفق الضغط التفاضلي.

لا تقم بتقييم العنصر الأساسي فقط. قد يعتمد نظام DP للغاز الطبيعي- أيضًا على قياس الضغط ودرجة الحرارة، وأداء جهاز الإرسال، وبيانات خاصية-الغاز، وحساب التدفق، وتصميم خط النبضات-، وجودة التثبيت. يعد فقدان الضغط الدائم أحد الاعتبارات الأخرى في دورة الحياة، خاصة عندما تكون طاقة الضغط ذات قيمة.

6. أجهزة قياس التدفق الحراري الشامل

تحدد أجهزة قياس الكتلة الحرارية تدفق الغاز من انتقال الحرارة بين عنصر الاستشعار الساخن والغاز المتدفق. وهي غالبًا ما تستحق التقييم من أجل-مراقبة استهلاك الغاز الطبيعي، ووقود الموقد أو الغلاية-وقياس الغاز، والقياس الفرعي، وتطبيقات التدفق-المنخفضة.

عامل الجذب الرئيسي فيها هو قياس التدفق المباشر لكتلة الغاز-بدون آلية قياس دوارة. يمكن أيضًا أن تكون تصميمات الإدخال عملية على الأنابيب الأكبر حجمًا عندما تسمح بها العملية والتركيب. يمكن العثور على المنتجات والتكوينات ذات الصلة فيقسم مقياس التدفق الحراري الشامل.

الحذر الفني الرئيسي هو تكوين الغاز. تعتمد الاستجابة الحرارية على خصائص مثل التوصيل الحراري والحرارة النوعية. شرح Endress+Hauser الرسمي لـمبدأ قياس الكتلة الحراريةلاحظ أن تركيب خليط الغاز وظروف التثبيت-يمكن أن يؤثر على القيمة المقاسة. :contentReference[oaicite:6]{index=6}

إذا كان من الممكن أن يتغير مزيج الغاز الطبيعي- بشكل جوهري، فتأكد من كيفية معايرة جهاز القياس وكيفية التعامل مع اختلاف التركيب. يعد تلوث المستشعر مهمًا أيضًا: حيث تعمل الرواسب الموجودة على عنصر الاستشعار على تغيير نقل الحرارة، مما يجعل الغاز الرطب أو المتسخ أكثر تطلبًا من تيار الغاز النظيف والمستقر-.

7. أجهزة قياس التدفق الدوامي

يضع مقياس الدوامة جسمًا مخادعًا في التدفق. تتشكل الدوامات المتناوبة في اتجاه مجرى النهر، ويرتبط تردد تساقطها بسرعة التدفق. المبدأ عمل مقياس الجريان الدوامييقدم تفسيرا أعمق.

لا تحتوي أجهزة قياس الدوامة على آلية قياس دوارة ويمكن أن تكون عملية للغاز النظيف والبخار وخدمة المرافق. وقد تناسب النباتات التي تحتاج إلى تقنية خطية بسيطة نسبيًا-بدون محامل توربينية.

يستحق الحد الأدنى من نطاق التشغيل اهتمامًا خاصًا. يتطلب تكوين الدوامة المستقرة ظروف تدفق مناسبة، لذلك يمكن أن يكون حجم العداد الذي يتم اختياره فقط حسب حجم الأنبوب الاسمي كبيرًا للتشغيل العادي. كما أن كثافة الغاز واضطرابات الأنابيب والاهتزاز الميكانيكي مهمة أيضًا.

لذلك يجب أن يكون حجم مقياس الدوامة حول الحد الأدنى والعادي والحد الأقصى للتدفق بدلاً من مطابقته ببساطة لقطر الأنبوب الموجود.

8. عدادات الغاز ذات الإزاحة الإيجابية

تعمل أجهزة قياس الإزاحة الإيجابية بشكل متكرر على احتجاز كميات معروفة من الغاز وإطلاقها. تعتبر أجهزة القياس الدوارة والغشائية من الأمثلة الشائعة.

وتتمثل قوتها العملية في قياس الطلب المنخفض-والتدفق المتغير-، مما يحافظ على أهمية تكنولوجيا الإزاحة الإيجابية في التطبيقات التجارية والتوزيع وبعض تطبيقات الغاز الصناعية.

والمقايضة-هي التعقيد الميكانيكي. تقدم المكونات المتحركة اعتبارات التآكل، وهبوط الضغط-، والسعة، والصيانة. إذا كانت النتيجة المطلوبة هي الحجم القياسي وليس حجم التشغيل، فقد يظل تصحيح الضغط ودرجة الحرارة ضروريًا.

لمزيد من المعلومات الأساسية، راجع هذه النظرة العامة علىتشغيل مقياس تدفق الإزاحة الإيجابية.

كيفية اختيار مقياس تدفق الغاز الطبيعي

تعمل عملية الاختيار المفيدة على إزالة التقنيات غير المناسبة قبل مقارنة العلامات التجارية وأرقام الطرازات.

الخطوة 1: تحديد هدف القياس

مراقبة العمليات المنفصلة، ​​وتخصيص الوقود، والقياس الفرعي، والفواتير، ونقل الحضانة. يمكن أن تختلف درجة عدم اليقين المطلوبة وإمكانية التتبع والموافقات والتكرار بشكل كبير.

الخطوة الثانية: تحديد أساس إعداد التقارير

حدد ما إذا كانت النتيجة المطلوبة هي الحجم الفعلي، أو الحجم القياسي/المرجعي، أو التدفق الكتلي، أو الكمية الإجمالية، أو الطاقة. إذا كان الحجم القياسي مطلوبًا، فحدد الضغط ودرجة الحرارة المرجعيين.

الخطوة 3: وصف الغاز، وليس فقط "الغاز الطبيعي"

قم بتوفير التركيب المتوقع، والتباين المحتمل في التركيب، والحالة الجافة أو الرطبة، والمكثفات المحتملة، والجسيمات، والمكونات المسببة للتآكل، والكثافة أو الكثافة النسبية حيثما كان ذلك متاحًا.

يمكن لهذه المعلومات تغيير القائمة المختصرة. يستحق الاختلاف في التركيب مزيدًا من الاهتمام من خلال القياس الحراري؛ يمكن أن تؤثر السوائل والتلوث على مكونات التوربينات والتشخيص بالموجات فوق الصوتية؛ قد تؤدي الخدمة الرطبة أو المتسخة إلى تغيير توقعات الصيانة للعديد من التقنيات.

الخطوة 4: توفير الحد الأدنى والعادي والحد الأقصى للتدفق

التدفق الطبيعي مهم لأن المتر يمكن أن يكون كبيرًا بما يكفي لأقصى تصميم ولكنه غير مطابق للتشغيل اليومي. قد يؤدي الحد الأدنى الواسع-إلى-النطاق الأقصى إلى تفضيل التقنيات ذات قابلية استخدام نطاق أقوى.

لا تقم باختيار مقياس تدفق الغاز من قطر الأنبوب وحده.يجب تقييم المقياس مقابل السرعة والكثافة والضغط ونطاق التدفق الذي سيختبره بالفعل.

الخطوة 5: تحديد الضغط ودرجة الحرارة وظروف الأنابيب

قم بتوفير نطاقات ضغط التشغيل ودرجة الحرارة، وحجم الأنابيب والجدول الزمني، والتشغيل المستقيم المتوفر، والأكواع أو منظمات المنبع، وفقدان الضغط المسموح به، ومتطلبات المنطقة -الخطرة، وما إذا كان إيقاف التشغيل ممكنًا.

الخطوة 6: تحديد القيد المهيمن

هذا هو المكان الذي تصبح فيه عملية الاختيار أكثر فائدة من قائمة الإيجابيات-والسلبيات العامة.

• لوفقدان الضغط الدائمهو مصدر القلق السائد،-قد ترتفع تقنية الموجات فوق الصوتية ذات التجويف الكامل في القائمة المختصرة.
• لوالتدفق الجماعي المباشرمطلوب، كوريوليس أو الكتلة الحرارية تستحق التقييم المبكر.
• لويختلف تكوين الغاز‎يحتاج القياس الحراري إلى تدقيق إضافي.
• لوتدفق منخفض جدًاأمر مهم، فقد تستحق تقنية الإزاحة الإيجابية أو التدفق الكتلي ذو الحجم المناسب-المزيد من الاهتمام.
• لولا يوجد إيقاف متاح، قد يكون من المفيد البحث عن مشبك مناسب-على محلول الموجات فوق الصوتية.
• إذا كانت المنشأة القائمة لديها بالفعل ناضجةبنية قياس DPقد يكون تحديث هذا النظام أكثر عملية من تغيير مبدأ القياس.

الخطوة 7: تقييم نظام القياس الكامل

قارن بين المعايرة وتعويض الضغط ودرجة الحرارة والتشخيص والصيانة وتكييف التدفق ووقت التوقف عن العمل وقطع الغيار وفقدان الطاقة-وليس فقط سعر شراء جسم جهاز القياس.

هذا على نطاق أوسعدليل قياس التدفق والتحجيم والاختياريمكن أن تساعد في هيكلة المواصفات النهائية.

مثال توضيحي للاختيار: مراقبة الوقود النباتي-الغاز

فكر في استخدام خط غاز للوقود الصناعي-حيث يكون الغرض هو تخصيص الطاقة الداخلية بدلاً من نقل الحراسة. عادة ما يكون الغاز جافًا، ونطاق التشغيل واسع، ويجب أن يظل فقدان الضغط منخفضًا، ويريد فريق الصيانة تقليل الخدمة الميكانيكية الروتينية.

هذه المتطلبات تغير القائمة المختصرة على الفور. يصبح نظام DP أقل جاذبية إذا كان فقدان الضغط الدائم يمثل مصدر قلق اقتصادي كبير. يظل مقياس التوربين ممكنًا ولكنه يقدم محامل ومكونات متحركة أخرى. تصبح الكتلة الحرارية مثيرة للاهتمام إذا كان تكوين الغاز مستقرًا بدرجة كافية وكان النطاق المطلوب يناسب المقياس. في-تصبح الموجات فوق الصوتية أكثر جاذبية عندما يبررها حجم الأنبوب واقتصاديات المشروع. يظل كوريوليس مرشحًا عندما يكون القياس المباشر للكتلة ذا قيمة ويؤكد الحجم التفصيلي فقدان الضغط المقبول.

هذا مثال اختيار توضيحي، وليس حالة ميدانية مُطالب بها. والجزء المهم هو التسلسل: تحديد الواجب، وإزالة التكنولوجيات التي تتعارض مع القيود السائدة، وعندها فقط تحديد حجم الخيارات المتبقية ومقارنتها. للحصول على قائمة مرجعية أخرى للاختيار، راجعكيفية اختيار مقياس التدفق المناسب.

المعايرة والمعايير ونقل الحضانة

بالنسبة إلى-قياس الغاز عالي القيمة، لا تمثل تقنية المقياس سوى جزء واحد من جودة القياس. نطاق المعايرة، وإمكانية التتبع، والتركيب، وخصائص الغاز، ومدخلات الضغط ودرجة الحرارة، والمتطلبات القانونية أو التعاقدية المعمول بها يمكن أن تكون ذات أهمية بقدر مبدأ الاستشعار.

الخدمة معايرة تدفق الغاز الطبيعي من NISTيوضح سبب إجراء المعايرة عبر نقاط تدفق متعددة ولماذا يتم التعامل مع التكرار والقياسات المساعدة وإمكانية التتبع كأجزاء من سلسلة القياس الكاملة. :contentReference[oaicite:7]{index=7}

NIST أوسعبرنامج معايير تدفق الغازيوثق أيضًا دور المعايير الأساسية والعملية في معايرة تدفق الغاز-القابل للتتبع. :contentReference[oaicite:8]{index=8}

للحصول على مقدمة حول أعمال المعايرة العملية، راجع هذا الدليل الداخلي حولكيفية معايرة مقياس التدفق.

بالنسبة لطلبات نقل الحضانة-، تأكد من الإطار القياسي والقانوني المطبق في موقع المشروع. تتناول المواصفة القياسية ISO 17089-1 عدادات الغاز بالموجات فوق الصوتية المستخدمة لنقل العهدة وتخصيصها، بينما تنشر المنظمة الدولية للمترولوجيا القانونيةOIML R 137 لعدادات الغاز. تدرج منظمة OIML حاليًا التوصية R 137:2012 كتوصية لها بشأن عدادات الغاز، في حين أن مشروع المراجعة نشط. :contentReference[oaicite:9]{index=9}

ولذلك لا ينبغي أبدًا وصف العداد بأنه مناسب لنقل الحضانة فقط بسبب مبدأ القياس الخاص به. يجب الموافقة على نموذج جهاز القياس، والمعايرة، والتركيب، ونظام القياس الكامل، والمتطلبات التعاقدية، وقواعد القياس القانونية المحلية-.

القائمة المرجعية النهائية لاختيار مقياس تدفق الغاز الطبيعي

• ما هي الكمية التي يجب الإبلاغ عنها: الحجم الفعلي، أو الحجم القياسي، أو الكتلة، أو الطاقة؟
• ما هي معدلات التدفق الدنيا والعادية والقصوى؟
• ما هو الحد الأدنى والحد الأقصى لضغط التشغيل ودرجة الحرارة؟
• هل الغاز جاف أم رطب أم ملوث أم متغير تركيبيا؟
• ما مقدار فقدان الضغط الدائم المقبول؟
• ما هي اضطرابات الأنابيب وقيود التشغيل-المباشرة الموجودة؟
• هل يمكن إغلاق الخط للتركيب أو الصيانة؟
• ما هي متطلبات عدم اليقين أو التكرار أو المعايرة أو القياس -القانونية المطبقة؟
• هل يتطلب القياس تعويض الضغط ودرجة الحرارة؟
• ما هي تكاليف الصيانة والتشخيصات ووقت التوقف عن العمل ودورة الحياة المهمة؟

الوجبات الجاهزة النهائية

عادةً ما يتم العثور على مقياس تدفق الغاز الطبيعي المناسب من خلال التخلص من النوبات السيئة بدلاً من البحث عن تقنية واحدة متفوقة عالميًا. تعمل كل من التوربينات والموجات فوق الصوتية وكوريوليس وDP والكتلة الحرارية والدوامة ومقاييس الإزاحة الإيجابية على حل مشاكل القياس المختلفة.

حدد كمية القياس المطلوبة أولاً. ثم حدد حالة الغاز، والحد الأدنى-إلى-نطاق التدفق الأقصى، وضغط التشغيل ودرجة الحرارة، وقيود الأنابيب، وحد فقدان الضغط-، ومتطلبات المعايرة، والغرض التجاري. بمجرد أن تكون هذه المدخلات واضحة، تصبح القائمة المختصرة أصغر كثيرًا ويصبح القرار النهائي عبارة عن عملية تصميم نظام تحديد الحجم والقياس -الملائمة بدلاً من مقارنة مطالبات التسويق.