ORIFICE METERS عملکرد معایب خطاها و مقایسه آن با TURBINE METERS

پیش گفتار مبحث اندازه گیری از جمله مباحثی است که همواره در صنعت مورد توجه بوده و می باشد کمیتها و پارامترهای عمده که در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی مورد اندازه گیری و کنترل قرار می گیرند عبارتند از فشار , دما, ارتفاع سطح و جریان که در بین این کمیتها اندازه گیری و کنترل جریان نقش مهم و بسزایی را ایفا می کند

پیش گفتار مبحث اندازه گیری از جمله مباحثی است که همواره در صنعت مورد توجه بوده و می باشد . کمیتها و پارامترهای عمده که در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی مورد اندازه گیری و کنترل قرار می گیرند عبارتند از فشار ، دما، ارتفاع سطح و جریان که در بین این کمیتها اندازه گیری و کنترل جریان نقش مهم و بسزایی را ایفا می کند . با توجه به شرکتی شدن مناطق گاز رسانی و ضرورت ایجاد واحدهای اندازه گیری و توزیع گاز در شرکتهای گاز استانی بحث اندازه گیری جریان گاز از جایگاه ویژه ای برخوردار گردید چرا که با توجه به حجم بالای گاز عبوری از یک ایستگاه CGS و یا ایستگاههای صنعتی ، دستگاههای اندازه گیری جریان گاز می بایست دارای خصوصیات و شرایط ویژه ای باشند . مقاله حاظر به بررسی مسائل و مشکلات orifice meter ها با ذکر جزئیات پرداخته و مقایسه ای را بین این دستگاهها با Turbine meter ها انجام داده است . در تهیه این مقاله از منابع و مجلات معتبری از جمله مطالب منتشره در سایتهای اینترنت استفاده شده ، ضمن اینکه تجربه کار با دستگاههای اندازه گیری جریان علی الخصوص orifice meter ها نیز ملحوظ گردیده است جهت اطلاع از منابع مورد استفاده به انتهای همین مقاله مراجعه نما ئید .

●مقدمه

جهت اندازه گیری جریان سیالات ، دستگاهها و روشهای متفاوتی وجود دارد که بطور اختصار می توان موارد زیر را نام برد .

۱) وسایل ایجاد کننده اختلاف فشار

۲) جریان سنجهای سرعتی

۳) جریان سنجهای نوع جابجایی

۴) جریان سنجهای جرمی

در حال حاضر در ایستگاههای تقلیل فشار و اندازه گیری شرکت ملی گاز از جریان سنجهای توربینی turbine meter استفاده می گردد که از لحاظ طبقه بندی جزءجریان سنجهای سرعتی محسوب می شود چرا که سرعت سیال و انرژی جنبشی آن باعث چرخش Rotor این نوع جریان سنجها می شود . اما نوع دیگری از جریان سنجها که به طور وسیعی در صنایع نفت و پتروشیمی و پالایشگاههای گاز استفاده می گردد orifice meter ها می باشد که از لحاظ طبقه بندی جزو مورد ۱ می باشند .

استفاده از orifice plate ها شاید به قرنها قبل برگردد ولی به طور علمی اولین بار در سال ۱۹۰۰ میلادی weymouth که بر روی جریان سیالات مطالعه می کرد برای اندازه گیری جریان گاز از صفحه نازک سوراخ دار متحدالمرکز و لبه تیزی استفاده نمود ، مدتی بعد با تشکیل انجمن گاز آمریکا (AGA) و متعاقب آن کمیته اندازه گیری آن انجمن ، orifice meter ها وارد صنعت آمریکا شدند و بسرعت گسترش یافتند وبعنوان وسیله ای مناسب جهت اندازه گیری جریان سیالات مورداستفاده قرار گرفتند تا اینکه در سال۱۹۶۳ ، Rockwell کنتور توربینی را ابداع نمود ولی چندین سال به طول انجامید تا توانایی ها و پتانسیل های آن به اثبات برسد و در اواخر دهه هفتاد میلادی بعنوان رقیبی جهت orifice meter ها به شمار می آمد .

orifice meter ها کلا از دو قسمت تشکیل شده اند ۱- عنصر اولیه (primary Element) که شامل یک صفحه روزنه دار (orifice plate) فلنج ها وطول مستقیم لوله می باشد ۲- عنصر ثانویه (secondary element) که معمولا۵۵۳۶۱ک Transmitter یا dp/cell می باشد .

باید دید که آیا استفاده از orifice meter ها جهت اندازه گیری جریان گاز طبیعی در فرآیند گازرسانی و فروش مناسب است یا خیر ؟

قبل از جواب دادن به سوال بالا بهتر است دو نوع وضعیت اندازه گیری را بنام custody transfer و noncustody transfer را تعریف نماییم . طبق تعریف اقتباس شده از اینترنت و از مقاله مندرج در مجله control Engineering چاپ فوریه ۱۹۹۹ تحت عنوان : "How to deliver liquids and Gases Accurately" ، custody transfer حالتی از انتقال و اندازه گیری سیال است که در آن دقت بسیار با اهمیت باشد و نیز در قبال انتقال میزان معینی ازسیال پول رد و بدل شود و بنابراین خریدار به دقیق بدون اندازه گیری اطمینان حاصل می نماید . در حالت non custody transfer شرایط ذکر شده قبل حاکم نمی باشد و اندازه گیری از دقت کمتری برخوردار است .

نظر به اینکه در سیستم گازرسانی و فروش به ازاء فروش گاز وجه دریافت می شود و نیز با توجه به اینکه دقت اندازه گیری بخصوص برای مشترکین صنعتی عمده ، نظیر نیروگاهها و صنایع پتروشیمی از اهمیت بسزایی برخوردار است بطوریکه بایک یا دو درصد خطا باعث اختلاف زیادی در مقادیر مصرفی بوجود خواهد آمد بنابراین فرآیند اندازه گیری جریان می بایست از نوع custody transfer باشد و این روالی است که در کشورهای صنعتی بخصوص کشورهای اروپائی برقرار و حاکم می باشد یعنی اندازه گیری گاز طبیعی جهت مصرف مشتریان به روش custody transfer .

● مقایسه بین orifice meter و turbin meter ها

آنچه در ادامه خواهد آمد مقایسه است بین دو دستگاه مذکور . در این مقایسه دو دستگاه از زوایای گوناگون با یکدیگر مقایسه شده اند .

▪ operation :

orifice meter ها دستگاههای اندازه گیری غیر مستقیم می باشند چرا که خود به تنهایی نمی توانند جریان را اندازه گیری نمایند و باید بوسیله یک ترانسمیتر، اختلاف فشار دو طرف orifice plate را گرفته و سیگنال متناسب ارسال شود و نهایتاوسط یک integrator مقدار جریان نشان داده میشود ولی Turbin meter ها دستگاههای اندازه گیری مستقیم می باشند و میزان اندازه گیری شده مستقیما۵۵۳۶۱;۵۶۸۷۲;ر روی index کنتور نمایش داده میشود.

orifice meter هایی که از flange taps استفاده می کنند نیمی از افت فشار ایجاد شده خود در طول orifice plate را بدست می آورند ولی با وجود این افت فشار آنها نسبت به turbine meter بسیار بالا می باشد .با توجه به مطلب ذکر شده ، هنگام مقایسه ظرفیتهای دو دستگاه باید میزان فشار قابل بازیافت در orifice meter ها را مد نظر قرار داد .

▪ Construction

در حالی که Turbine meter ها دستگاههای نسبتاپیچیده ای همراه با تعداد قطعات متحرک می باشد. orifice meter ها هیچ قطعه متحرکی ندارند.

ولی از طرف دیگر Turbine meter ها دستگاههای قرائت مستقیم هستند و نیاز به وسیله دیگری جهت نشان دادن میزان جریان نمی باشند در حالیکه orifice meter ها به تنهایی یک وسیله ناقص می باشند و تنها عملی که انجام می دهند ایجاد یک اختلاف فشار می باشد و برای دسترسی به یک اندازه گیری معنی دار باید از یک Transmitter و Recorder و یا integrator استفاده کرد و این به پیچیدگی سیستم می افزاید و بنابراین مشکل است که بگوئیم کدام نوع اندازه گیری شامل کمترین قطعات متحرک می باشد . Installation برای turbine meter ها طول مستقیم خطر لوله قبل و بعد از meter بر اساس گزارش شماره ۷ AGA برابر با ۱۰D طول مستقیم در بالا دست (upstream) و ۵D طول مستقیم لوله در پایین دست (down stream) لازم می باشد . که این حالت بهینه می باشد .

درباره نصب orifice meter ها عمدتااز گزارش شماره ۳ مربوط به AGA استفاده می گردد ولی مشخص شده که در صورت استفاده از این روش حدودا۵% خطای اندازه گیری وجود خواهد داشت و بنابراین استاندارد (ISO ۵۱۶۷) ISO تمام مقادیر ارائه شده توسط AGA را دو برابر نموده است .

با این توصیف طول مستقیم خط لوله مورد نیاز در upstream جهت نصب orifice meter ها بسیار زیاد خواهد بود که بعضا ۴۰D خواهد بود و این مسئله نیز مشکل بزرگی است در ضمن با افزایش بتا ( نسبت قطر روزنه orifice به قطر لوله) طول مستقیم لوله مورد نیاز افزایش می یابد در صورتی که برای Turbine meter ها اینچنین نمی باشد .

مراجع و منابع

۱- Jame N . witte , " proper orifice meter test must include plate , tube inspection " , pipe line & Gas industry, december ۱۹۹۹ Vol. ۸۲ No . ۱۲ .

۲- Edgar B.Bowles, jr, "New development in turbine flow meters " pipeline & Gas industry November - December ۲۰۰۱

۳- JEFFREY L. MEREDLTH " periodic inspection , cleaning key to orifice meter operation " Pipe line & Gas industry november- December ۲۰۰۱ .

۴- " Measurment of fliud flow by ۷- william G.Andrew, Applied instrumentation in the process industry , vol . ۲ .

۸- Lobit Datta - Barua " New perspective on measurment " pipe line & Gas journal, july ۱۹۹۷ دستورالعملهای کاری کنتورهای RMG , Instromet, Elster ۹-

---