ما هو القياس-غير الغزوي؟
ويشير مصطلح "-غير تدخلي" إلى فلسفة التصميم الأساسية: حيث تظل أجهزة استشعار القياس خارج الأنبوب تمامًا، ولا تخترق جدار الأنبوب مطلقًا أو تتصل بالوسط المتدفق. يتناقض هذا بشكل حاد مع عدادات التدفق التقليدية التي تتطلب قطع الأنابيب أو تركيب الحواف أو وضع أجهزة الاستشعار مباشرة في مسار التدفق.
تستخدم أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية غير التدخلية-محولات الطاقة المثبتة على سطح الأنبوب الخارجي باستخدام المشبك-المثبت على التركيبات. تقوم محولات الطاقة هذه بإرسال واستقبال إشارات الموجات فوق الصوتية التي تمر عبر جدار الأنبوب، عبر السائل المتدفق، وتعود عبر جدار الأنبوب المقابل-كل ذلك دون المساس بالسلامة الهيكلية أو نظافة نظام الأنابيب.
في العديد من الصناعات، يتم أيضًا وصف هذا -التثبيت خارج-مفهوم الأنابيب-باستخدام مصطلحات مثلمقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية غير الغازية, a عدم الاتصال مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية، أومقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية الخارجية-كل ذلك مع التأكيد على بقاء المستشعرات خارج الأنبوب وعدم ملامستها للوسط.
مبادئ القياس الأساسية
تعمل أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية غير التدخلية-على مبدأين فيزيائيين متميزين، يتناسب كل منهما مع متطلبات التطبيقات المختلفة:
العبور-قياس الوقت (وقت-طريقة الرحلة-)
المبدأ وقت العبور-يستغل خاصية أساسية لانتشار الصوت: تنتقل الموجات فوق الصوتية بشكل أسرع عندما تتحرك مع اتجاه التدفق وأبطأ عندما تتحرك ضده.
المزايا التكنولوجية:
دقة:يحقق دقة تبلغ ±0.5% (تصل النماذج المتطورة-إلى ±0.2%)
نطاق سرعة واسع:التدابير من 0.01 إلى 12 م / ث
استقلال السوائل:لا يتأثر بالكثافة أو اللزوجة أو الموصلية أو التغيرات في درجات الحرارة
القدرة ثنائية الاتجاه:يكتشف ويقيس التدفق العكسي تلقائيًا
متطلبات التطبيق:
نظافة السوائل:يجب أن تظل الجسيمات العالقة أقل من 50 ملغم/لتر
محتوى فقاعة الغاز:يجب ألا يتجاوز 2% من حيث الحجم
حالة الأنابيب:يجب أن تكون مليئة تماما بالسائل
وضوح الإشارة:يتطلب مسارًا صوتيًا نظيفًا نسبيًا لنقل الإشارة
قياس تأثير دوبلر
يعمل مبدأ دوبلر على تعزيز تحول التردد الذي يحدث عندما تنعكس الموجات فوق الصوتية عن الجسيمات المتحركة أو الفقاعات داخل السائل.
المزايا التكنولوجية:
التسامح الجسيمات:مصمم خصيصًا للسوائل التي تحتوي على مواد صلبة أو فقاعات عالقة
مناعة الفقاعة: High gas content (>2%) لا يؤثر على القياس
كفاءة التكلفة:بشكل عام أقل تكلفة من أنظمة وقت النقل-.
عملية قوية:يعمل بشكل موثوق في البيئات الصناعية الصعبة
متطلبات التطبيق:
الحد الأدنى لتركيز الجسيمات:يتطلب ما لا يقل عن 100 جزء في المليون من الجسيمات أو الفقاعات الأكبر من 100 ميكرون
غير مناسب للسوائل فائقة النقاء-:يفتقر الماء المقطر أو المكثفات أو السوائل الصيدلانية-إلى عاكسات كافية
قيود الدقة:عادةً ±1-2% مقارنة بـ ±0.5% لأنظمة وقت النقل
المزايا الأساسية-لأجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية غير التدخلية
راحة التثبيت
الميزة الأكثر إلحاحًا وإقناعًاالمشبك-على أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتيةهي عملية التثبيت البسيطة بشكل ملحوظ. لأن أجهزة الاستشعار تبقى خارج الأنبوب، أعدم الاتصال مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتيةغالبًا ما يمكن تطبيق هذا النهج دون إيقاف التشغيل أو التصريف أو قطع خط الأنابيب.
عملية التثبيت المضمنة التقليدية:
إيقاف العمليات واستنزاف خط الأنابيب
حفر مساحة عمل كافية (قد يتطلب الوصول إلى الرافعة)
قطع الأنبوب لإنشاء نقاط التثبيت
لحام الشفاه أو اتصالات مترابطة
ارفع جسم مقياس التدفق وثبته
استكمال اختبار الضغط والتحقق من التسرب
استعادة العمليات
المشبك-في عملية التثبيت بالموجات فوق الصوتية:
قم بتنظيف سطح الأنبوب الخارجي
تطبيق هلام اقتران الصوتية
نعلق المشابك محول إلى الأنابيب
توصيل الأسلاك ومعلمات الإدخال
التحقق من جودة الإشارة وبدء القياس
المشبك-في متطلبات الطريقة:
الحد الأدنى من تعرض الأنابيب (فقط منطقة تركيب المستشعر)
متوافق مع المساحة الضيقة (يمكن أن يعمل على مسافة 0.5 متر)
لا حاجة للمعدات الثقيلة
صديقة للأنابيب تحت الأرض والعلوية
تعتبر مساحة التثبيت المدمجة هذه ذات قيمة خاصة في:
- البنية التحتية الحضرية المزدحمة
- تطبيقات التحديثية في المرافق القائمة
- تطبيقات المرافق تحت الأرض
- منصات بحرية ذات مساحة سطح محدودة
فوائد اقتصادية شاملة
التوفير المباشر في التكاليف: تخفيض تكاليف التركيب بنسبة 40-75%
تمتد المزايا الاقتصادية إلى ما هو أبعد من سهولة التركيب. في العديد من سيناريوهات التحديث والصيانة، يمكنمقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية الخارجيةيمكن أن يقلل من تعقيد التثبيت وتكاليف التوقف المرتبطة به لأنه يتجنب اختراق الأنابيب واللحام وخطوات إعادة الاعتماد.
الأداء الفني
لا توجد أجزاء متحركة
الآلة الأكثر موثوقية هي تلك التي لا تحتوي على أجزاء متحركة. يمثل المشبك - الموجود على أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية هذا المبدأ.
متوسط الوقت بين حالات الفشل (MTBF) مقارنة
| نوع مقياس التدفق | MTBF نموذجي | أوضاع الفشل الأولية |
|---|---|---|
| توربين | 2-3 سنوات | تآكل المحمل، تلف الشفرة، فشل العمود |
| الكهرومغناطيسية | 5-8 سنوات | تلوث القطب الكهربائي، وتدهور البطانة، وفشل الملف |
| دوامة | 8-12 سنة | انجراف الاستشعار، وتآكل الجسم المخادع |
| المشبك-على الموجات فوق الصوتية | 15-20+ سنة | شيخوخة المكونات الإلكترونية فقط |
يدوم المشبك-في أجهزة قياس الموجات فوق الصوتية لفترة أطول من 5 إلى 10 مرات مقارنة بمقاييس التدفق الميكانيكية مع أوضاع فشل أقل بكثير.
دقة استثنائية والتكرار
توفر أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية الحديثة غير التدخلية أداءً مشابهًا للتصميمات الخطية التقليدية أو يتجاوزها.
مجالات التطبيق
الكيميائية / التصنيع
أنظمة المياه الكيميائية والبتروكيماوية والصناعية العامة: القياس عبر الإنترنت للمياه المتداولة والمياه المعالجة والمحاليل وما إلى ذلك.
قياس تدفق الوسائط المسببة للتآكل (توافق المواد أمر صعب) أو التطبيقات الصحية/النظيفة (حيث قد يؤدي فتح الأنبوب إلى التلوث). يتمتع المشبك- الموجود على أجهزة قياس الموجات فوق الصوتية بميزة واضحة لأنه لا يوجد أي اتصال مع الوسط-وهو أحد الأسباب التي يشار إليها غالبًا باسمغير الغازيةمقياس التدفق بالموجات فوق الصوتيةالحل في التآكل-الحساس أو النظافة-الأنابيب الحرجة.
صناعة النفط والغاز والطاقة (أساسًا لمراقبة العمليات / التحقق من الصيانة)
خطوط أنابيب السوائل داخل المحطات أو المنشآت، والقياسات المؤقتة أثناء الصيانة، والتحقق من حالة التشغيل، واكتشاف التسرب، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها في الحالات غير الطبيعية.
يمكن أن تغطي بعض الحلول أيضًا الغازات/البخار ومتطلبات القياس الأخرى-غير التدخلية، اعتمادًا على طراز جهاز القياس وظروف التشغيل.
المياه البلدية وحماية البيئة
نقل وتوزيع المياه الخام ومياه الشرب، ومناطق قياس المناطق (DMA)، ومراقبة تدفق خطوط أنابيب محطات الضخ.
محطات معالجة مياه الصرف الصحي: التدفق والنفايات السائلة، وخطوط الأنابيب ذات الصلة بالتدفق/الحمأة-، وحساب التدفق في أقسام العملية.
كشف التسرب / فحص التدفق غير الطبيعي والتحقق من التشغيل والصيانة (التركيب دون قطع الأنابيب).
القياس المؤقت، وتدقيق المخزون، و"التحقق من العدادات"
اختبار التدفق المؤقت، وموازنة النظام وتشغيله، والتحقق من دقة الأدوات الموجودة.
يتم استخدام المشبك المحمول-على أجهزة قياس الموجات فوق الصوتية بشكل شائع جدًا في الاختبارات والفحوصات قصيرة المدى-.
نقاط التثبيت الرئيسية
تأكيد التثبيت: تحديد ما إذا كان التطبيق مناسبًا -لقياس تدفق الموجات فوق الصوتية غير التدخلي
يجب أن يكون المسار ممتلئًا تمامًا (ستتسبب الأنابيب غير الممتلئة- في حدوث أخطاء خطيرة أو عدم استقرار).
عادةً ما يكون التدفق الرأسي للأعلى أسهل للحفاظ على امتلاء الأنبوب؛ بالنسبة للتدفق العمودي إلى الأسفل، يجب ضمان الضغط الخلفي الكافي للحفاظ على الأنبوب ممتلئًا.
من المفضل أن يكون الوسيط أحادي الطور-، مع عدد قليل من الفقاعات ومحتوى صلب منخفض.
موقع التثبيت: تشغيل الأنابيب المستقيمة وتجنب الفقاعات/الترسيب
حدد أطول قسم ممكن من الأنابيب المستقيمة. تتطلب الممارسات الهندسية الشائعة: أن يكون المنبع أكبر من أو يساوي 10D، والمصب أكبر من أو يساوي 5D (D هو قطر الأنبوب).
لا تقم بالتركيب على أعلى أو أسفل الأنابيب الأفقية: الجزء العلوي عرضة لتراكم الغاز، والجزء السفلي عرضة لترسب الرواسب. يوصى عادةً بالتثبيت في مواضع الساعة 2-4 أو 8-10.
الابتعاد عن مصادر الاضطراب القوية مثل منافذ المضخة، والصمامات، والمرفقين، ومخفضات السرعة (تشوه الاضطرابات شكل التدفق وتسبب قراءات غير مستقرة).
تحضير سطح الأنابيب الخارجي
تنظيف الطلاءات والتآكل والنتوءات عند نقطة التثبيت؛ يجب أن يكون السطح سلسًا قدر الإمكان. الطحن الخفيف مقبول إذا لزم الأمر، لكن لا يؤدي إلى إتلاف انحناء الأنبوب.
اختيار مادة التوصيل (المقرنة) المتوافقة مع درجة الحرارة والمادة، وتطبيقها بالتساوي دون وجود فراغات.
تركيب محول الطاقة: الاتجاه والتباعد وطريقة التركيب
تثبيت المجسات بدقة وفقا للتباعد المحسوب بواسطة الصك؛ انتبه إلى اتجاه المسبار والأسهم ومتطلبات اتجاه الكابل (تحدد العديد من الأدلة بوضوح الاتجاه الصحيح والنقاط المرجعية للتباعد).
يتم استخدام تكوينين شائعين: طريقة V (عاكسة) وطريقة Z (مباشرة). يعتمد الاختيار على قطر الأنبوب، والتوهين، وجودة الإشارة؛ عندما تكون الإشارة ضعيفة، فإن التبديل إلى طريقة Z غالبًا ما يجعل الحصول على الإشارة أسهل.
قم بتأمين المسابير بإحكام باستخدام المشابك أو الأشرطة الفولاذية لمنع إزاحتها بسبب الاهتزاز طويل المدى-. لا تسمح بتعليق المجسات بواسطة الكابلات.
طرق تكوين التثبيت
يمكن تركيب محولات الطاقة غير التدخلية-في عدة تكوينات، كل منها محسّن ليناسب أحجام الأنابيب المختلفة ومتطلبات القياس:
V-الطريقة (العاكسة):
يتم تركيب كلا المحولين على نفس الجانب من الأنبوب، مع انعكاس شعاع الموجات فوق الصوتية على جدار الأنبوب المقابل. يناسب هذا التكوين الأنابيب بأقطار تتراوح من 20 مم إلى 300 مم ويوفر قوة إشارة ممتازة للمسارات الصوتية الأقصر.
Z-الطريقة (مباشرة):
يتم تركيب محولات الطاقة على الجانبين المتقابلين للأنبوب مع انتقال شعاع الموجات فوق الصوتية بينهما مباشرة. تعتبر هذه الطريقة مثالية للأنابيب التي يتراوح قطرها من 100 مم إلى 500 مم، مما يوفر مسار الإشارة الأكثر مباشرة وأعلى دقة للأنابيب متوسطة الحجم-.
طريقة -W (الانعكاس المزدوج):
يُستخدم مع الأنابيب الصغيرة- ذات القطر (15 مم إلى 50 مم)، حيث ينعكس شعاع الموجات فوق الصوتية مرتين داخل الأنبوب، مما يزيد طول المسار الصوتي ثلاث مرات بشكل فعال لتحسين دقة القياس والحساسية لمعدلات التدفق المنخفضة.
يعتمد الاختيار بين هذه الطرق على قطر الأنبوب، وسمك الجدار، والمواد، والدقة المطلوبة، وغالبًا ما توصي أجهزة قياس التدفق الحديثة تلقائيًا بالتكوين الأمثل بناءً على المعلمات المدخلة.
