فلومتر DP

توضیحات

تاریخچه فلومترهای DP
اندازه گیری فلو از هزاران سال پیش زمانیکه مصری ها تصمیم گرفتند محصولات کشاورزی را بر اساس سطح نسبی طغیان رودخانه نیل اندازه گیری کنند وجود داشته است. بعدها مهندسان رومی کانال هایی را برای نگهداری آب درشهرها طراحی کردند. کاربران، آب را بواسطه یک روزنه یا چاه بر روی یک سد استفاده می کردند تا بتوانند میزان آب مصرفی را اندازه گیری کنند. علامت گذاری در دیواره آبراهه، شدت جریان در روزنه یا اریفیس و … یک تخمین حدودی از میزان جریان مصرفی ارائه می داد. کشف قانون گرانش نیوتن در سال 1687، ریاضیدانها و فیزیکدانها را قادر ساخت که تئوری حرکت و نیرو را به فرمول تبدیل کنند که سرانجام به توسعه روش های اندازه گیری فلو یا دبی منجر شد.

اصل برنولی
دنیل برنولی، یک ریاضیدان سوئیسی بود که در زمینه هیدرودینامیک تحقیق می کرد. مرکزیت کار او حول نگهداری انرژی بود و اولین راه حل را در خصوص توسعه تکنولوژی اندازه گیری فلو یا دبی ارائه داد.او اصل برنولی را بنا نهاد .این اصل بیان می کند که: جمع همه انرژی های فلو یا دبی، بدون در نظر گرفتن شرایط باید ثابت بماند. به ویژه برای فلوی DP ، جمع انرژی های استاتیک (فشار)،انرژی جنبشی (سرعت)، و انرژی پتانسیل (ارتفاع) بالادست مساوی انرزی پتانسیل، جنبشی و استاتیک پایین دست می باشد.

عدد رینولدز
اوزبورن رینولدز، دانشجوی فیزیک و یک مکانیک بود و بیشترین شهرت او بخاطر تحقیق و مطالعه جریان سیال در خط لوله بود، بخصوص در شرایطی که جریان از حالت آرام به متلاطم تغییر می کند. عدد رینولدز، یک تعریف عددی از نیروهای درونی بر نیروهای گرانرو، می باشد. بطور خلاصه این عدد ویژگی های جاری شدن (فلوی) یک سیال را شرح می دهد. عدد رینولدز یک مفهوم کلیدی برای طراحی فلومترهاست و به عنوان یک محدودیت در رنج کاربرد فلومترها استفاده می شود.

فشار
فشار، میزان نیروی اعمال شده بر یک سطح مشخص می باشد.
– فشار با افزایش نیرو یا کاهش سطح، افزایش می یابد.
– فشار با کاهش نیرو یا افزایش سطح، کاهش می یابد.
– اندازه گیری فشار کمک می کند تا از افزایش فشاری که موجب خرابی تجهیزات می گردد ،جلوگیری شود.
– اندازه گیری فشار به جلوگیری از ایجاد فشارهای ناخواسته یا آزادسازی فرآیندی که موجب صدمه و آسیب می گردد، کمک می کند. ( مثل باز شدن ناخواسته سیفتی ولو)
P=F/A     P=Pressure, F=Force, A=Area

چرا فشار را اندازه گیری می کنیم؟
دلایل رایج نیاز به اندازه گیری فشاردر صنایع فرآیندی به شرح زیر می باشد:
– ایمنی :اندازه گیری فشار به جلوگیری از افزایش فشار لوله ها، تانک ها، ولوها، فلنج ها و دیگرتجهیزات کمک می کند. درصد خرابی تجهیزات، کنترل ولوها و فلوولوها را کاهش می دهد و از ایجاد فشارهای ناخواسته ، آزادسازی ناخواسته در فرآیند ( بازشدن ناخواسته سیفتی ولو)و ایجاد جراحت در پرسنل ، جلوگیری می کند.
– راندمان فرآیند: در اکثرموارد، چنانچه فشار (ومتغیرهای فرآیندی دیگر)در یک عدد مشخص و یا حول و حوش یک عدد مشخص ثابت بماند، راندمان یا بازده فرآیند در بالترین مقدار خواهد بود.
– مدیریت هزینه: تجهیزاتی مانند پمپ ها و کمپرسورها ، انرژی قابل توجهی را مصرف می کنند. بهینه سازی فشار موجب کاهش مصرف انرژی و مدیریت هزینه خواهد شد.
– اندازه گیری متغیرهای فرآیندی دیگر: از ترنسمیترهای فشار در کاربردهای متعددی از جمله موارد زیر استفاده می شود.
• اندازه گیری فلوی عبوری از یک لوله
• اندازه گیری سطح سیال در مخازن
• اندازه گیری جرم مخصوص یک ماده
• اندازه گیری سطح مشترک مایعات

فلو یا دبی DP

تئوری فلو (دبی)، مطالعه سیال در حال حرکت است.به هر ماده ایی که بتواند جاری شود سیال گفته می شود، بنابراین این عبارت هم برای مایعات و هم گازها به کاربرده می شود.کنترل و اندازه گیری دقیق سیال جاری در خطوط لوله، نیازمند فهم دقیق فنی بوده و در اکثر صنایع فرآیندی، اهمیت بسیاری دارد.

فاکتورهای کلیدی دبی در یک خط لوله
1. ساختار فیزیکی خط لوله
2. سرعت سیال
3. میزان اصطکاک سیال با دیواره لوله
4. دانسیته یا چگالی سیال
5. ویسکوزیته یا گرانروی سیال
6. عدد رینولدز

ساختار فیزیکی خط لوله
قطر و سطح مقطع لوله، مقدارسیال برای هرقسمت از طول لوله را معین می کند که شامل تعیین عدد رینولدز برای یک کاربرد معین می شود.

سرعت
به فشار یا خلاءی بستگی دارد که سیال را درلوله به جلو می راند.

اصطکاک
به این دلیل که هیچ لوله ایی کاملا صاف نیست، سیالی که با لوله در تماس است دچار اصطکاک می شود، بنابراین فلوی در تماس با دیواره ها سرعت کمتری نسبت به فلوی مرکز لوله خواهد داشت. هرچه لوله بزرگتر، صاف تر و تمیز تر باشد، اصطکاک اثر کمتری بر جریان فلو خواهد داشت.

دانسیته یا چگالی سیال
دانسیته، میزان فلو را تحت تاثیر قرار می دهد زیرا هرچه سیال چگالی بالاتری داشته باشد، فشار بیشتری برای رسیدن به یک رنج فلوی مشخص لازم است.به این دلیل که مایعات، تراکم ناپذیر و گازها تراکم پذیر هستند ، روش های متفاوتی برای اندازه گیری فلوی آنها لازم است.

ویسکوزیته یا گرانروی سیال
ویسکوزیته تحت عنوان اصطکاک مولکولی یک سیال تعریف می شود . ویسکوزیته نرخ فلو(دبی) را تحت تاثیر قرار می دهد زیرابطورکلی هرچه ویسکوزیته بالاتر باشد کار بیشتری لازم است تا به یک نرخ فلوی مشخص برسیم.دمابصورت غیرمستقیم بر ویسکوزیته تاثیر می گذارد.به عنوان مثال ز دماهای بالاتراز یک مقدارمشخص، ویسکوزیته اکثرسیالات را کاهش می دهد، بنابراین ویسکوزیته برخی سیالات درنقطه ایی بالاتر از یک دمای مشخص افزایش پیدا می کند.

عدد رینولدز
می توان از عدد رینولدز برای تعریف نوع و شکل فلو یا دبی استفاده کرد.این موضوع زمانی اهمیت دارد که می خواهیم روش اندازه گیری دبی یا فلو را در یک سیستم مشخص کنیم.
3 نوع فلو یا دبی مختلف وجود دارد که هرکدام با یک عدد رینولدز مشخص می شود.
فلوی لامینار(Laminar Flow) ، که با عدد رینولدز زیر 2000 مشخص می شود و یک فلوی روان است که درلایه های موازی جریان پیدا می کند. سرعت پایینی دارد، دارای ترکیبات حداقل است و گاهی اوقات دارای ویسکوزیته بالا می باشد. زمانیکه عدد رینولدز بین 2000 و 4000 است، سیال اصطلاحا Transitional نامیده می شود. دبی های با عدد رینولدز بالای 4000، دبی متلاطم و آشفته نامیده می شوند. این نوع سیال دارای سرعت بالا، ویسکوزیته پایین و دارای ترکیب سریع و کامل می باشد.
زمانی که سیال متلاطم است (عدد رینولدز بالای 4000)، بهترین دقت در اندازه گیری فلوی اختلاف فشار را خواهیم داشت.

فلومتر اختلاف فشار DP ، چیست؟
اساس عملکرد فلومترهای اختلاف فشارDP، ایجاد یک سد یا مانع در مسیر عبور سیال در لوله می باشد. این موضوع باعث ایجاد اختلاف فشار استاتیک در بالادست و پایین دست تجهیز می شود. این اختلاف در فشار استاتیک ( که اختلاف فشارDP نامیده می شود)، اندازه گیری شده و مبنای تعیین فلو یا دبی قرار می گیرد.
میترها یا اندازه گیرهای اختلاف فشار، بسیار محبوب هستند و تخمین زده می شود که حدود 40 درصد از فلومترهای صنعتی که در حال حاضر استفاده می شوند از نوع فلومتراختلاف فشار DP با المان اولیه اریفیس پلیت باشند. فلومترهای اختلاف فشار برای اندازه گیری فلوی رنج وسیع و متنوعی از سیالات استفاده شده اند از انواع مایعات و گازها گرفته تا مایعات با ویسکوزیته بالا.
بخشی از محبوبیت فلومترهای اختلاف فشار DP، به دلیل طراحی ساده و هزینه پایین این فلومترها می باشد.
المان اولیه که در مسیر سیال قرار می گیرد با ایجاد یک سد و مانع در مسیر لوله، اختلاف فشاری را برای فلومتر DP ایجاد می کند. این اختلاف فشار با یک المان ثانویه که یک ترنسمیتر اختلاف فشار می باشد اندازه گیری می شود. یک المان سوم شامل هر چیز دیگری در سیستم نیاز است تا کمک کند که این اندازه گیری انجام شود شامل پایپینگ ضربه و کانکتورهایی که مسیر فشارهای بالادست و پایین دست را به سمت ترنسمیتر باز می کنند.
با ایجاد یک مانع مهندسی شده در مسیر لوله، می توان از معادله برنولی برای محاسبه نرخ فلو استفاده کرد زیرا جذر افت فشار ایجاد شده در مانع قرارگرفته در مسیر لوله، با نرخ فلو متناسب است.
چند نکته مهم در اندازه گیری فلو به روش اختلاف فشار DP وجود دارد:
1. اطمینان حاصل شود که خطوط ضربه با ذرات و رسوب مسدود نشده باشد.
2. جهت خطوط ضربه، صحیح باشد ( باید به نوعی باشد که از تراکم گازها در مایعات و بالعکس تراکم مایعات در گازها جلوگیری شود).
3. اطمینان حاصل شود که کالیبراسیون دوره ایی باعث کاهش دقت نمی شود.

انواع المان های اولیه
– اریفیس پلیت
– پیتوت تیوب های تک مجرا و جند مجرا
– ونتوری تیوبها
– فلونازل ها
– مخروطها

انتخاب ترنسمیتر
دو نوع ترنسمیتر فشار وجود دارد که برای اندازه گیری فلو (دبی) به روش اختلاف فشار استفاده می شود. نوع اول، ترنسمیتر اختلاف فشار سنتی است که فقط اختلاف فشار را اندازه گیری می کند و هیچ پارامتر کمکی ندارد. نوع دوم، ترنسمیتر چند متغیره است.ترنسمیتر چند متغیره یک ترنسمیتر اختلاف فشار است که قادر به اندازه گیری چند متغیر فرآیندی جداگانه می باشد. شامل اختلاف فشار، فشار استاتیک و دما. زمانی که از این ترنسمیتر به عنوان ترنسمیتر فلوی جرمی استفاده می شود، می توان از این مقادری جداگانه برای جبرات تغییرات در دانسیته (چگالی)، ویسکوزیته (گرانروی) و دیگر پارامترهای دبی استفاده کرد.

کاربرد فلومتر DP (روش اختلاف فشار)
– همنواختی محصول: برای محصولاتی که بصورت بچ و ترکیبی هستند باید دارای نسبت های دقیق از مواد تشکیل دهنده آن باشند، فلومترهای اختلاف فشارDP، به اندازه گیری و انتقال دقیق گازها و مایعات کمک می کند.
– راندمان تولید: سنجش و اندازه گیری فلو(دبی)، بخش وسیعی از متغیرهای کنترلی فرآیند تاثیرگذار بر راندمان را تشکیل می دهد. از کنترل بچ در ابتدای خط تولید تا تمیزکاری محصول در انتهای خط تولید.
– کنترل متغیرفرآیندی: فرآیندها اغلب دارای چندین متغیر ورودی هستند.کنترل این متغیرها که شامل کنترل فلو(دبی)نیز می باشد منجر به تولید محصولی با کیفیت بالا خواهد شد.
– ایمنی: اندازه گیری فلو به روش اختلاف فشار، از ایجاد خطرات بسیاری که ایمنی را تهدید می کند جلوگیری می نماید مانند جلوگیری از سرریز شدن مخازن، کنترل راکتور و …