مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية مقابل مقياس التدفق الكهرومغناطيسي

لماذا يخطئ معظم المهندسين منذ اليوم الأول؟

قبل أن نتعمق، اسمحوا لي أن أشارككم قصة أحد العملاء: تواصل معنا مدير مشتريات من أحد مصانع المواد الكيميائية بسبب تركيبه حديثًامقياس التدفق الكهرومغناطيسياستمر في "القفز في كل مكان". عندما ذهبنا إلى-الموقع، وجدنا أنهم كانوا يحاولون قياس الماء منزوع الأيونات. لم تكن الموصلية كافية بأي حال من الأحوال-لمقياس التدفق الكهرومغناطيسيببساطة لا يمكن أن تعمل. كلفهم هذا الخطأ 80 ألف دولار ويومين من التوقف.

لا يزال العديد من المشترين يقومون بتحديدات مقياس التدفق بناءً على معلومات غير كاملة، وهو ما يصل في النهاية إلى النتيجة النهائية.أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتيةوأجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسييبدو أن كلاهما "يقيس التدفق"، لكنهما يعملان وفقًا لمبادئ مختلفة تمامًا ويتناسبان مع سيناريوهات مختلفة إلى حد كبير. السؤال ليس أيهما أفضل-بل أيهما يتوافق فعليًا مع شروط العملية الخاصة بك.

كيف تعمل هذه التقنيات فعليًا؟

أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيتعمل على قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي. عندما يتدفق سائل موصل عبر مجال مغناطيسي، فإنه يولد جهدًا يتناسب مع سرعة التدفق. تلتقط الأقطاب الكهربائية المثبتة على جسم العداد إشارة الجهد هذه وتحسب معدل التدفق.

هذا هو المطلب الصعب: يجب أن تتجاوز الموصلية السائلة 5 ميكروسيمنز لكل سنتيمتر. الماء النقي، والهيدروكربونات، والكحوليات، وجميع الغازات-لن يعمل أي منها.

أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتيةتأتي في نوعين.مقياس وقت النقل-إرسال موجات صوتية قطريًا عبر الأنبوب-تختلف أوقات السفر في اتجاه المنبع وفي اتجاه المصب، ويحسب فرق الوقت السرعة. ترتد أجهزة قياس دوبلر الصوت عن الجسيمات أو الفقاعات الموجودة في السائل، وتقيس تغيرات التردد لتحديد السرعة.

يمكن لكلتا تقنيات الموجات فوق الصوتية قياس-السوائل غير الموصلةأجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيلا يمكن التعامل معها. لكنهم انتقائيون بشأن شروط التثبيت.

مقارنة متطلبات الأنابيب المستقيمة

(D=قطر الأنبوب)

ستلاحظ أن المشبك- الموجود على الموجات فوق الصوتية يتطلب ضعف التشغيل المباشر للموجات الكهرومغناطيسية. هذا ليس من الصعب على الشركات المصنعة-أي اضطراب في التدفق يجعل الإشارة الصوتية غير موثوقة. لقد رأيت عملاء يقومون بتركيب أجهزة قياس بالموجات فوق الصوتية على بعد 3 أقطار من الصمام، ووصل خطأ القراءة إلى 15%.

خصائص السوائل هي العامل الحاسم

الموصلية هي البوابة الأولى. أقل من 5 ميكرو سيميز/سم،أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيماتوا في الماء. بين 5-20 ميكروسيمنز/سم بالكاد تعمل - الإشارة ضعيفة وعرضة للتداخل. أعلى من 20 ميكرو سيميز/سم أنت في منطقة الراحةأجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسي.

محتوى المواد الصلبة يقلب النص. قد يحمل تدفق محطة مياه الصرف الصحي 8% من المواد الصلبة العالقة-أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيلا يهمك، التعامل مع ما يصل إلى 15% من المواد الصلبة من حيث الحجم. وقت العبور-تبدأ الموجات فوق الصوتية في النضال فوق 1% من الجسيمات بسبب تشتت الموجات الصوتية وامتصاصها، مما يقلل بشكل كبير من قوة الإشارة.

تحتاج الموجات فوق الصوتية دوبلر في الواقع إلى جسيمات-لا يقل حجمها عن 25 جزءًا في المليون من المادة المعلقة لتعكس الموجة الصوتية. تعمل هذه التقنية أحيانًا لنقل الملاط، لكن الدقة لا يمكن أن تتطابقأجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسي.

نطاق درجة الحرارة والضغط

أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسي:

قياسي أقل من أو يساوي 180 درجة (356 درجة فهرنهايت)

درجة حرارة عالية-أقل من أو تساوي 200 درجة (390 درجة فهرنهايت)

الضغط أقل من أو يساوي 10.2 ميجا باسكال (1480 رطل لكل بوصة مربعة)

أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية:

المشبك-على أقل من أو يساوي 200 درجة (درجة حرارة الجدار الخارجي للأنبوب)

مضمنةأقل من أو يساوي 150 درجة (حدود محول الطاقة)

الضغط أقل من أو يساوي 16 ميجا باسكال (2320 رطل لكل بوصة مربعة)

(تم تجميع البيانات من مواصفات منتجات Endress+Hauser وKrohne وEmerson)

تبدو حدود درجة الحرارة متشابهة، لكن 180 درجة للكهرومغناطيسية تشير إلى درجة حرارة العملية، في حين أن 200 درجة للموجات فوق الصوتية هي السطح الخارجي للأنبوب. إذا كنت تقيس ماء ساخنًا بدرجة 180 درجة، فقد لا يتحمل المشبك-المثبت على محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية-درجة حرارة الجدار الخارجي للأنبوب التي يمكن أن تتجاوز درجة تحملها.

اللزوجة بالكاد تؤثرأجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسي. 10، يتم قياس النفط الخام بمقدار 000 سنتيبواز بدقة الماء. تعمل الموجات فوق الصوتية بشكل جيد حتى 2000 درجة مئوية، ولكن بعد ذلك تضعف الموجات الصوتية بشدة وينحني مسار الشعاع.

ما يحدث فعليًا أثناء التثبيت

أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيتتطلب قطع ولحام الأنابيب. يستغرق تركيب جهاز قياس 4-بوصة-بما في ذلك إيقاف التشغيل، والقطع، ولحام الحافة، واختبار الضغط، وبدء التشغيل ما لا يقل عن 6 إلى 8 ساعات. في المصافي أو المصانع الكيماوية، يمكن أن تكلف ساعة التوقف عن العمل 50 ألف دولار.

في بعض الأحيان الاختيار الصحيح يتجنب الخسائر الفادحة. عندما أجرينا عملية تحديث لمصنع للأدوية، كان لديهم خط مياه نقية يحتاج إلى مقياس تدفق، لكن الإنتاج لا يمكن أن يتوقف. لقد استخدمنا المشبك-على الموجات فوق الصوتية-التثبيت لمدة ساعتين. قم بتنظيف الجزء الخارجي للأنبوب، ثم قم بتطبيق أداة التوصيل، ثم ثبت محولات الطاقة، وقم بتوصيلها بالأسلاك، وقم بتكوينها - لم تلمس الأنابيب مطلقًا، دون أي تأثير على الإنتاج.

تكاليف انخفاض الضغط المستمر

أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسياستخدم تصميم التجويف الكامل-، مع انخفاض الضغط عادةً بمقدار 0.5-1.5 رطل لكل بوصة مربعة (0.03-0.1 بار). يبدو الأمر بسيطًا، ولكن دعونا نجري الأرقام لخط 4 بوصة عند 300 جالون في الدقيقة (68 م³/ساعة) مع انخفاض بمقدار 1 رطل لكل بوصة مربعة:

فقدان طاقة المضخة ≈ 0.4 كيلو واط

بسعر 0.10 دولار/كيلوواط ساعة، 8000 ساعة/سنة

تكلفة الطاقة السنوية=320 دولارًا

على مدى عشر سنوات هذا هو 3200 دولار. ليس بالضبط تغيير الجيب.

المشبك-على الموجات فوق الصوتية يؤدي إلى انخفاض الضغط بنسبة صفر.مضمنة أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتيةبها عائق بسيط، حوالي 0.1-0.5 رطل لكل بوصة مربعة-تكاليف الطاقة هي ثلث-الثلث إلى الخمسأجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسي.

إذا بحثت في كلتا التقنيتين، فستجد أن الصيانة بالموجات فوق الصوتية أبسط بكثير، حيث يقل إجمالي تكاليف الصيانة بنسبة 40% عن تكاليف الصيانة الكهرومغناطيسية. لكن في سيناريوهات الطين ومياه الصرف الصحي،أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيفي الواقع تكلفتها أقل بنسبة 25% لأن جودة الإشارة بالموجات فوق الصوتية تتدهور بسرعة كبيرة، مما يتطلب صيانة أو استبدالًا متكررًا.

حيث تهيمن كل التكنولوجيا

مقياس التدفق الكهرومغناطيسيإِقلِيم

تتأرجح المواد الصلبة المؤثرة في محطة مياه الصرف الصحي في أي مكان من 0.1% إلى 8%-أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيلا ترمش. عادةً ما تعمل منشأة مياه الصرف الصحي متوسطة الحجم-بنسبة 40-60أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيلمدة 15 عاما دون أي مشاكل. تبدأ الموجات فوق الصوتية في فقدان الإشارة فوق المواد الصلبة بنسبة 2٪.

تصل نسبة المواد الصلبة في التعدين-من خام الحديد والنحاس والذهب- إلى 30% من المواد الصلبة من حيث الحجم. مبطنة بالبولي يوريثان-.أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيالتعامل معها؛ يمكن للإصدارات المبطنة بالسيراميك- أن تحتوي على 50% من المواد الصلبة. الموجات فوق الصوتية غير عملية تماما في هذه الظروف.

تقدر عمليات الأغذية والمشروبات التصميم الصحي المعتمد من . 3A-.أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيمع 150-بطانة من الفولاذ المقاوم للصدأ المصقولة كهربائيًا والتي يتم دمجها مباشرة في دوائر التنظيف المكاني (CIP). قياس الحليب والعصير والبيرة والنبيذ يلبي متطلبات إدارة الغذاء والدواء الأمريكية بدقة كافية.

مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتيةإِقلِيم

يستخدم نقل ملكية الغاز الطبيعي مسارات- متعددةأجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية للغاز-تتقاطع 4 إلى 8 مسارات صوتية مع-القياس لتحقيق دقة تبلغ ±0.15%. إن وجود خط أنابيب ينقل عشرات أو مئات الملايين من قيمة الغاز السنوية يجعل هذا الاستثمار جديرًا بالاهتمام. بالإضافة إلى انخفاض الضغط الصفري وعدم وجود نقاط تسرب. تم تصميم أجهزة القياس المعتمدة من OIML وAGA-9 لهذا الغرض.

تحتاج أنظمة أبراج التبريد الكبيرة إلى العشرات من نقاط القياس. تركيب 30أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسييعني مئات الآلاف من المشتريات وحدها، بالإضافة إلى تعديلات ضخمة على الأنابيب. قم بالتبديل إلى المشبك-على الموجات فوق الصوتية وستنخفض التكاليف إلى الثلث-. لا يلزم إيقاف التشغيل-لتشغيل محطات الطاقة أو المنشآت الكيميائية، فنوافذ الإغلاق غير موجودة ببساطة.

تتطلب الوسائط المسببة للتآكل أو السوائل شديدة النقاء-أقطاب كهربائية من نوع Hastelloy أو البلاتين أو التيتانيومأجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسي-يمكن أن يكلف المتر الذي يبلغ طوله 4 بوصات ما بين 8000 إلى 15000 دولار.أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتيةمع الأجزاء المبللة من PTFE أو PFA تكلفتها أقل بنسبة 40-60% وبنفس الدقة.

التكامل مع أنظمة التحكم

كلاهمامقياس التدفقتوفر الأنواع 4-مخرج 20 مللي أمبير مع بروتوكول HART، وهو متوافق مع معظم أنظمة PLC وDCS. تحتاج إلى مجموع؟ استخدام إخراج النبض. أصبح Modbus RTU وProfibus الآن بمثابة حواجز تكامل قياسية.

تختلف سرعة الاستجابة.أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيالتحديث 10-50 مرة في الثانية؛ تقوم الموجات فوق الصوتية بإدارة 1-5 تحديثات. إذا كنت تستخدم مقياس التدفق للتحكم في الحلقة المغلقة التي تتطلب استجابة سريعة، فإن الكهرومغناطيسية تكون أكثر ملاءمة. قيم نقل الحضانة تساعد تحديثات الموجات فوق الصوتية الأبطأ في الاستقرار في الواقع عن طريق تقليل التقلبات.

أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيمراقبة مقاومة القطب الكهربائي، والتنبيه في حالة الأنابيب الفارغة، وبعض النماذج تتبع تدهور البطانة. تعرض الموجات فوق الصوتية قوة الموجات الصوتية وقيم الكسب-زيادة الكسب المفاجئة تعني أن الوقت قد حان لتنظيف محولات الطاقة. يمكن لقراءات سرعة الصوت أن تدعم-حساب نوع السائل، والتحقق من أنك تقيس فعليًا ما تعتقد أنك تقيسه.

اختيار مقياس التدفق: نهج عملي

ابدأ بالموصلية. أقل من 5 ميكرو سيميز/سم، انسىأجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسي. بين 5-20، تعمل الكهرومغناطيسية ولكن لا يمكن الاعتماد عليها بشكل آمن مع الموجات فوق الصوتية. أعلى من 20 ميكرو سيميز/سم،أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيجيدة للذهاب.

محتوى المواد الصلبة هو البوابة الثانية. فوق 1% من المواد الصلبة العالقة، تفوز الكهرومغناطيسية. أقل من 0.1%، إما يعمل. بين هذه الأرقام، اختبر كلتا التقنيتين على سائلك الفعلي قبل الالتزام بنشر الأسطول. وخذ في الاعتبار تكاليف إيقاف التشغيل عند تحديد اختيارك.

بناء جديد حيث تكون تعديلات الأنابيب رخيصة؟ اختر بناءً على المتطلبات الفنية البحتة. مرافق التشغيل حيث يبلغ سعر إيقاف التشغيل 10 دولارات 000+ في الساعة؟ لا تقطع الأنابيب إلا عند الضرورة القصوى.

وأخيرا، حساب التكلفة الإجمالية للملكية. استخدم معدلات العمالة الفعلية وتكاليف الطاقة وعمر الخدمة المتوقع. ابحث عن دراسات الحالة المطابقة لتطبيقك-مع خمس-إضافة إلى خمس سنوات من البيانات التشغيلية الحقيقية.

أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيتقديم قياس كامل للتجويف- وانخفاض الضغط المنخفض والأداء الممتاز في التعامل مع السوائل الصعبة. تتجنب الموجات فوق الصوتية اختراق الأنابيب، ولا تخلق انخفاضًا في الضغط، وتقيس نطاقًا أوسع من السوائل. ليس أي منهما أفضل على المستوى العالمي-المفتاح هو مطابقة مبدأ القياس مع متطلباتك الفعلية.

أين تتجه التكنولوجيا؟

إن اتجاهات التكنولوجيا الرئيسية خلال السنوات القليلة الماضية واضحة: اتساق التصنيع + النمذجة الرقمية + القدرات التشخيصية التي تتقدم بالتوازي.أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسياعتماد أساليب "المعايرة الجافة/تعويض النمذجة" بشكل متزايد-التفاوتات الهندسية الأكثر صرامة ونمذجة المجال المغناطيسي/التدفق تعمل على تحسين اتساق المصنع، مما يقلل الاعتماد على التفاوتات الرطبة الفرديةمعايرةمع الحفاظ على الدقة عند المستوى الهندسي-المعياري ±0.5% وخفض التكاليف الإجمالية. تستمر الموجات فوق الصوتية في التطور نحو المزيد من المسارات-4-المسار إلى 12/8-تقدم ترقيات المسار قيمة ليس فقط من حيث الدقة ولكن في المتانة مقابل-ملفات تعريف التدفق غير المثالية وتشخيصات المسار المتكررة، وتحديد الحالات الشاذة في المسار، أو التلوث، أو تداخل الفقاعات لتحسين موثوقية المجال بشكل كبير. تقترب النماذج النهائية-الأعلى من ±0.1% من القراءة في ظل ظروف المعايرة المعملية. وفي الوقت نفسه، تعمل البنية منخفضة الطاقة- للغاية ونضوج تكنولوجيا البطاريات على تمكين أجهزة الموجات فوق الصوتية التي تعمل بالبطاريات من الوصول إلى عمر افتراضي يصل إلى 10 سنوات، مما يجعل عمليات مسح التدفق المؤقتة ومراقبة خطوط الأنابيب عن بعد والنشر بدون أسلاك أمرًا عمليًا حقًا.