ما هو الفرق بين معدلات التدفق العملي والقياسي في عدادات تدفق الغاز؟

ليس بالضرورة. يمكن التعبير عن سعة الضاغط في الظروف المرجعية، بينما يشير المقياس إلى حجم الغاز الذي يمر عبر الأنبوب المضغوط. يمكن لكلتا القراءتين وصف نفس كمية الغاز.

هذا هو الفرق بينمعدلات تدفق الغاز الفعلية والقياسية، تسمى أحيانًا معدلات التدفق العاملة والمعيارية. يعد فهم ذلك أمرًا ضروريًا عند تحويل استهلاك الغاز، أو حساب سرعة خط الأنابيب، أو اختيار مقياس تدفق الغاز الصناعي.

يعتمد التحويل على الضغط المطلق ودرجة الحرارة وخصائص الغاز والظروف المرجعية المستخدمة. بالنسبة لتحجيم العدادات، يجب على المهندسين أيضًا مراعاة نطاق التشغيل الكامل بدلاً من قيمة التدفق الاسمية الفردية.

تدفق الغاز الفعلي مقابل تدفق الغاز القياسي: ما الفرق؟

التدفق الحجمي الفعلي هو حجم الغاز الذي يتحرك عبر خط الأنابيب عند ضغط التشغيل ودرجة الحرارة. ويمكن التعبير عنها بالمتر المكعب الفعلي، أو Am³/h، أو ACFM.

يعبر التدفق الحجمي القياسي عن حجم الغاز المكافئ في ظروف مرجعية محددة. تشمل الوحدات الشائعة Nm³/h، وSm³/h، وSCFM.

عندما يتم ضغط الغاز، تزداد كثافته عمومًا وتحتل الكتلة نفسها حجمًا أقل. وبالتالي، يمكن أن يكون التدفق الحجمي الفعلي أقل بكثير من التدفق الحجمي القياسي في خط أنابيب مضغوط.

التدفق الشامل يختلف عن كليهما. وهو يمثل الكتلة التي تمر عبر قسم القياس لكل وحدة زمنية، عادةً بالكيلو جرام/ساعة. تم شرح العلاقة بشكل أكبر في FlowTمقارنة التدفق الكتلي مقابل التدفق الحجمي.

ما هي الشروط المرجعية القياسية للغاز؟

لا توجد درجة حرارة مرجعية عالمية لكل تطبيق لقياس الغاز. اعتمادًا على الاتفاقية القياسية أو التجارية المعمول بها، قد تشمل درجات الحرارة المرجعية 0 درجة أو 15 درجة أو 20 درجة أو 60 درجة فهرنهايت.

على سبيل المثال،ايزو 13443يحدد الشروط المرجعية للغاز الطبيعي، بما في ذلك درجة الحرارة والضغط والرطوبة. قد تستخدم التطبيقات الصناعية الأخرى شروطًا مرجعية تعاقدية مختلفة.

ولذلك، فإن المواصفات التي تنص فقط على "1000 نيوتن متر مكعب/ساعة" غير مكتملة ما لم تكن الشروط المرجعية المعمول بها معروفة. يجب تحديد الضغط على أنه مطلق، ويجب أن يكون أساس الغاز ثابتًا، بما في ذلك ما إذا كانت الكمية المبلغ عنها تشير إلى غاز جاف أو رطب.

وهذا مهم عند مقارنة المعدات من موردين مختلفين. تشغل كمية الغاز المعبر عنها عند 20 درجة حجمًا أكبر بنسبة 7.3% تقريبًا من 0 درجة عندما لا يتغير الضغط ويفترض سلوك الغاز المثالي.

الفعلي إلى صيغة تحويل تدفق الغاز القياسية

بالنسبة لتركيبة الغاز غير المتغيرة، فإن العلاقة بين التدفق الحجمي الفعلي والمرجعي هي:

Qstd=Qactual × (فعلي / Pstd) × (Tstd / Tactual) × (Zstd / Zactual)

لحساب التدفق الحجمي الفعلي من التدفق القياسي:

Qactual=Qstd × (Pstd / Pactual) × (Tactual / Tstd) × (Zactual / Zstd)

• Qstd: التدفق الحجمي في الظروف المرجعية
• Qactual: التدفق الحجمي في ظروف التشغيل
• Pstd و Pactual: الضغوط المطلقة
• Tstd وTactual: درجات الحرارة بالكلفن
• Zstd و Zactual: عوامل انضغاطية الغاز

تحويل قياس الضغط قبل الحساب

أحد الأخطاء الأكثر شيوعًا هو التعامل مع ضغط المقياس على أنه ضغط مطلق.

الضغط المطلق=قياس الضغط + الضغط الجوي المحلي

بالنسبة لخط أنابيب يعمل عند 7 بار (جم)، بافتراض أن الضغط الجوي يبلغ 1.01325 بار:

الفعلي=7 + 1.01325=8.01325 شريط (أ)

إن استخدام 7 بار (أ) بدلاً من ذلك قد يؤدي إلى المبالغة في تقدير الحجم الفعلي المحسوب بحوالي 14.5% في هذا المثال، مع عدم تغيير المتغيرات الأخرى.

لمزيد من التوضيح، راجع شرح FlowT لـPSI، وPSIA، وPSIG. مناسبةجهاز إرسال الضغطقد توفر معلومات الضغط لنظام التعويض، ولكن يجب التحقق من نوع القياس ونطاق المعايرة.

لماذا يهم عامل الانضغاط

يمثل عامل الانضغاطية Z الانحرافات عن سلوك الغاز المثالي. ويختلف باختلاف تكوين الغاز والضغط ودرجة الحرارة.

للحصول على تقدير أولي للغاز المثالي، يفترض المهندسون أحيانًا Zactual/Zstd=1. يجب ألا يتم التعامل مع هذا الافتراض كخاصية تم التحقق منها للهواء المضغوط أو الغاز الطبيعي عند ضغوط مرتفعة.

فكر في حساب الغاز المثالي الذي ينتج 100 متر مكعب/ساعة. إذا كانت نسبة Zactual/Zstd الفعلية هي 0.97، تصبح النتيجة المصححة 97 متر مكعب/ساعة. فإذا كانت النسبة 1.03 تصبح النتيجة 103 م³/ساعة.

وهذه النسب هي قيم حساسية توضيحية وليست قياس خصائص الغاز. لقد أظهروا أن افتراض الانضغاط غير الصحيح يؤثر بشكل مباشر على نتيجة التحويل.

بالنسبة للغاز الطبيعي،ايزو 15970يتناول قياس الخصائص المستخدمة في تحويل الحجم، بما في ذلك الضغط ودرجة الحرارة والكثافة وعامل الضغط. يجب استخدام طرق مناسبة لخصائص الغاز ومعلومات تكوينه عندما تتطلب دقة القياس ذلك.

مثال 1: تحويل 800 نيوتن متر مكعب/ساعة من الهواء المضغوط

فكر في نظام الهواء المضغوط بالشروط المفترضة التالية:

• التدفق المرجعي: 800 نيوتن متر مكعب/ساعة
• درجة الحرارة المرجعية: 0 درجة (273.15 كلفن)
• الضغط المرجعي: 1.01325 بار (أ)
• ضغط التشغيل: 7 بار (جم)
• درجة حرارة التشغيل: 35 درجة (308.15 كلفن)
• الضغط الجوي المفترض: 1.01325 بار
• Zactual/Zstd المفترض: 1

أولاً، قم بتحويل ضغط التشغيل إلى 8.01325 بار (أ).

فعلي=800 × (1.01325 / 8.01325) × (308.15 / 273.15)

الكمية الفعلية ≈ 114.1 م³/ساعة

وبموجب هذه الافتراضات، فإن نفس كمية الغاز الممثلة بـ 800 نيوتن متر مكعب في الساعة تشغل حوالي 114.1 متر مكعب في الساعة داخل خط الأنابيب المضغوط.

حساب سرعة خط الأنابيب

لنفترض أن خط الأنابيب يبلغ قطره الداخلي الفعلي 100 ملم. تبلغ مساحة مقطعه حوالي 0.007854 متر مربع.

السرعة=(114.1 / 3600) / 0.007854 ≈ 4.04 م/ث

إذا استخدم المهندس بشكل غير صحيح 800 م³/ساعة كتدفق تشغيل، فإن السرعة المحسوبة ستكون حوالي 28.3 م/ث.

يمكن أن يؤثر هذا الاختلاف ماديًا على حجم العداد المقترح ونطاق القياس. استخدم دائمًا القطر الداخلي الفعلي، وليس مجرد تسمية الأنبوب الاسمية.

بالنسبة للتطبيقات التي يفضل فيها القياس المباشر المتعلق بالكتلة، يوفر FlowTخيارات قياس تدفق كتلة الغاز. ويجب التحقق من مدى ملاءمتها وفقًا لتركيبة الغاز وظروف التشغيل.

المثال 2: حساب نطاق تشغيل الغاز الطبيعي

نادرًا ما يعمل نظام الغاز الطبيعي عند ضغط ودرجة حرارة ومعدل تدفق ثابت. يجب أن يأخذ اختيار العداد بعين الاعتبار الحد الأدنى والحد الأقصى للتدفق الحجمي الفعلي.

افترض المواصفات الافتراضية التالية:

• التدفق المرجعي: 300-1000 سم مكعب/ساعة
• الشروط المرجعية: 15 درجة و1.01325 بار (أ)
• ضغط التشغيل: 3-8 بار (جم)
• درجة حرارة التشغيل: 10-50 درجة
• الضغط الجوي المفترض: 1.01325 بار
• Zactual/Zstd=1 للحساب الأولي

يحدث أكبر حجم فعلي في هذا النموذج المبسط عندما يكون التدفق المرجعي ودرجة الحرارة في أعلى مستوياتهما ويكون ضغط التشغيل في أدنى مستوياته.

فعلي، الحد الأقصى=1000 × (1.01325 / 4.01325) × (323.15 / 288.15) ≈ 283.1 م³/ساعة

أصغر حجم فعلي يحدث عند الحد الأدنى من التدفق المرجعي، والحد الأقصى للضغط، والحد الأدنى من درجة الحرارة.

الكمية الفعلية، الحد الأدنى=300 × (1.01325 / 9.01325) × (283.15 / 288.15) ≈ 33.1 م³/ساعة

ويبلغ غلاف التدفق الفعلي الأولي حوالي 33-283 متر مكعب/ساعة.

هذه القيم ليست أرقام تصميم الغاز الطبيعي النهائية. إنهم يفترضون حالات التشغيل المتطرفة المستقلة وسلوك الغاز المثالي. في منشأة التشغيل، قد يكون الضغط ودرجة الحرارة والطلب مرتبطين، ويجب تقييم عامل الانضغاط.

بالنسبة للأنبوب الذي يبلغ قطره الداخلي الفعلي 150 مم، يكون نطاق السرعة المقابل حوالي 0.52-4.45 م/ث.

هذا النطاق هو نقطة البداية لاختيار العداد، وليس دليلاً على أن أي عداد معين يمكنه قياسه.

كيفية تحديد حجم مقياس تدفق الغاز باستخدام التدفق الفعلي

بمجرد حساب التدفق الفعلي، فإن الخطوة التالية هي مقارنة غلاف التشغيل بحدود الأداء المنشورة لجهاز القياس المحدد.

الخطوة 1: إنشاء ظروف التشغيل الحقيقية

سجل الحد الأدنى والعادي والحد الأقصى لتدفق الغاز إلى جانب الضغوط ودرجات الحرارة المقابلة. حيثما أمكن، استخدم بيانات التشغيل المتزامنة بدلاً من الجمع بين البيانات المتطرفة غير ذات الصلة.

تحديد تكوين الغاز، وحالة الرطوبة، ونطاق الضغط، والغرض من القياس المطلوب. قد يكون لمراقبة العمليات وقياس الحضانة والنقل المنظم متطلبات مختلفة للمعدات.

الخطوة 2: حساب التدفق الفعلي والسرعة

تحويل التدفق المرجعي إلى التدفق الفعلي في كل نقطة تشغيل ذات صلة. استخدم تصحيح الانضغاط المناسب وقطر الأنبوب الداخلي الحقيقي.

حساب السرعة باستخدام Qactual مقسوما على مساحة التدفق الداخلي. وهذا يساعد على فحص التقنيات الحجمية، لكن السرعة وحدها لا تحدد مدى الملاءمة.

الخطوة 3: التحقق من نطاق القياس الخاص بالشركة المصنعة

قارن بين أدنى وأعلى نقاط التشغيل مع الحدود المحددة للعداد المرشح.

لمقياس التدفق الدوامي، يعتمد الحد الأدنى للقياس على تصميم الأداة وظروفها مثل كثافة الغاز ورقم رينولدز. قد لا يوفر جهاز القياس الذي يعمل بشكل صحيح عند التدفق الطبيعي إشارة موثوقة عند الحد الأدنى من الطلب.

لمقياس تدفق الكتلة الحراريةتأكد من معايرة الغاز ونطاق التدفق الشامل والخصائص الحرارية وحدود درجة الحرارة ومتطلبات التثبيت.

إذا كان الحد الأدنى للتدفق المحسوب أقل من الحد الأدنى الذي تم التحقق منه بواسطة الجهاز، فإن اختيار جهاز قياس أكبر لمجرد استيعاب ذروة التدفق لن يحل المشكلة.

الخطوة 4: التحقق من الدقة وشروط التثبيت

اقرأ مواصفات الدقة بعناية. الدقة التي يتم التعبير عنها كنسبة مئوية من القراءة لا تعادل النسبة المئوية للمقياس الكامل، خاصة عند التدفق المنخفض.

تحقق من أطوال الأنابيب المستقيمة المطلوبة، واضطرابات التدفق، وفقدان الضغط، والاهتزاز، والتوصيلات الكهربائية، ومتطلبات المنطقة الخطرة.

لإدخال مقياس تدفق الكتلة الحراريةيعد موضع التثبيت وملف تعريف السرعة أمرًا مهمًا. بالنسبة لأداة الدوامة المضمنة، يجب استيفاء رقم التشغيل المحدد وكثافة الغاز.

الكتلة الحرارية مقابل الدوامة: أي جهاز قياس يناسب التطبيق؟

يمكن أن يكون قياس الكتلة الحرارية أمرًا جذابًا لمراقبة استهلاك الهواء المضغوط النظيف، خاصة عندما يكون الناتج المطلوب هو التدفق الكتلي أو الحجم المرجعي المكافئ. يسرد FlowT أيضًاأدوات الكتلة الحرارية لقياس الغاز.

قد تكون تقنية Vortex مناسبة لظروف معالجة الغاز المستقرة عندما تظل السرعة الفعلية وكثافة الغاز ضمن النطاق المعتمد. يجب التحقق من توفر وظائف التعويض للتكوين المحدد.

تعد تقنية الموجات فوق الصوتية خيارًا آخر ممكنًا لبعض تطبيقات الغاز. تعتمد ملاءمتها على تصميم الجهاز، والخصائص الصوتية للغاز، والتركيب، وظروف التشغيل. فلوتشرح مقياس تدفق الغاز بالموجات فوق الصوتيةيوفر المزيد من الخلفية.

لا ينبغي اختيار أي تقنية قياس فقط لأن جهاز الإرسال يمكنه عرض Nm³/h أو Sm³/h.

الأخطاء الشائعة في تحويل وتحجيم تدفق الغاز

• استخدام قياس الضغط كضغط مطلق:وينتج عن ذلك نسبة ضغط غير صحيحة وبالتالي تحويل حجمي غير صحيح.
• إدخال الدرجة المئوية في معادلة الغازات:يجب أن تستخدم نسب درجة الحرارة كلفن.
• تجاهل الشروط المرجعية:قد لا تكون قراءتان من الحجم القياسي قابلة للمقارنة بشكل مباشر عندما تختلف درجة الحرارة أو الضغط أو الرطوبة المرجعية.
• بافتراض Z=1 بدون تقييم:وهذا يمكن أن يؤدي إلى أخطاء تحويل منهجية، خاصة في ظل ظروف الغاز الحقيقي الصعبة.
• التحجيم من التدفق القياسي الاسمي وحده:قد يكون الحد الأدنى والحد الأقصى الفعلي للتدفقات مختلفًا تمامًا عن أرقام الحجم المرجعي.
• الخلط بين وحدات العرض ومبدأ القياس:قد يستمد الحجم القياسي الذي يبلغ عن المقياس هذه القيمة من قياس الكتلة أو الحجم الفعلي المعوض.

تكوين الغاز مهم أيضا. لا يمكن افتراض دقة الجهاز الحراري الذي تمت معايرته للهواء تلقائيًا بالنسبة لخليط غاز مختلف. وبالمثل، تتطلب أداة الحجم معلومات الكثافة المناسبة عند حساب تدفق الكتلة.

ما هي المعلومات التي يجب عليك إرسالها إلى مورد جهاز قياس تدفق الغاز؟

يجب أن يتضمن طلب عرض الأسعار المفيد معلومات كافية للمورد لتقييم نطاق التشغيل الكامل.

• اسم الغاز وتكوينه والتغير المتوقع
• الحد الأدنى والطبيعي والحد الأقصى للتدفق
• أساس فعلي أو قياسي أو التدفق الشامل
• الضغط المرجعي ودرجة الحرارة وأساس الغاز الجاف/الرطب
• يتراوح ضغط التشغيل ودرجة الحرارة
• القطر الداخلي لخط الأنابيب وتفاصيل الاتصال
• طول الأنبوب المستقيم المتاح وشروط التثبيت
• الدقة المطلوبة والإجمالي وإشارات الإخراج
• المنطقة الخطرة أو المتطلبات التنظيمية، حيثما ينطبق ذلك

إذا كان تعويض الضغط أو درجة الحرارة مطلوبًا، فتأكد مما إذا كان يتم إجراؤه داخل جهاز الإرسال أو عن طريق نظام تحكم خارجي. بالنسبة للتركيبات التي تستخدم قياس الضغط المنفصل، يتم الاختيارجهاز إرسال الضغط الصناعييجب مراجعتها للتأكد من توافق الوسائط ونطاق الضغط المطلوب بدلاً من تحديده بواسطة إشارة الخرج وحدها.

الأسئلة المتداولة

هل معدل تدفق العمل هو نفس معدل التدفق الفعلي؟

عادة، يشير تدفق العمل إلى التدفق الحجمي الفعلي عند ضغط التشغيل ودرجة الحرارة. ومع ذلك، ينبغي تأكيد هذا المصطلح في مواصفات المشروع.

هل يمكن تحويل Nm³/h إلى m³/h باستخدام عامل ثابت؟

فقط عندما تكون ظروف التشغيل والشروط المرجعية ثابتة وتكون خصائص الغاز ذات الصلة معروفة. يؤدي تغيير الضغط أو درجة الحرارة أو الانضغاط إلى تغيير عامل التحويل.

هل يحتاج مقياس التدفق الحراري للكتلة إلى تعويض الضغط؟

لا يحتاج بشكل عام إلى نفس تصحيح الضغط ودرجة الحرارة الحجمي المستخدم لتحويل قياس الحجم الفعلي إلى تدفق جماعي. ومع ذلك، فإن الضغط ودرجة الحرارة وتكوين الغاز وظروف المعايرة قد لا تزال تؤثر على أداء القياس.

هل يجب قياس حجم مقياس تدفق الغاز باستخدام التدفق الفعلي أو القياسي؟

بالنسبة للتقنيات الحجمية، يعد التدفق والسرعة الفعليان ضروريين. بالنسبة للتكنولوجيات القائمة على الكتلة، يجب التحقق من نطاق التدفق الشامل وظروف التشغيل المعايرة ذات الصلة. ويجب أن يتبع القرار النهائي مواصفات الشركة المصنعة.

لماذا يكون عداد الغاز غير دقيق عند التدفق المنخفض؟

تتضمن الأسباب المحتملة التشغيل تحت الحد الأدنى المعتمد من التدفق، أو خصائص الغاز غير المناسبة، أو اضطرابات التثبيت، أو تلوث المستشعر، أو إعدادات التعويض غير الصحيحة. يجب التحقيق في السبب باستخدام المعلومات التشخيصية والوثائق الفنية لجهاز القياس.

الأفكار النهائية

تمثل معدلات تدفق الغاز الفعلية والقياسية نفس كمية الغاز في ظل ظروف حجم مختلفة. يتطلب تحويلها شروطًا مرجعية محددة بوضوح، والضغط المطلق، ودرجة الحرارة، والتصحيح المناسب لخاصية الغاز.

بالنسبة لاختيار الأداة، فإن السؤال الأكثر أهمية هو ما إذا كان نطاق تدفق التشغيل المحسوب يقع ضمن حدود القياس المعتمدة لجهاز القياس. التحويل الصحيح هو فقط الخطوة الأولى.

تقدم FlowT حلول قياس الغاز بناءً على تقنيات مختلفة. إذا كنت تحدد جهاز قياس للهواء المضغوط أو النيتروجين أو أي غاز صناعي آخر، فقم بتوفير ظروف التشغيل وتكوين الغاز ونطاق التدفق ووحدات الإخراج المطلوبة حتى يمكن مراجعة التكوين المقترح.

اتصل بـ FlowT لاختيار مقياس تدفق الغاز ودعم عرض الأسعار