قياس تدفق الغاز الطبيعي بواسطة عدادات التدفق الحراري الكتلي

عدادات تدفق الغاز الطبيعي: دليل عملي لقياس الكتلة الحرارية والدوامات وقوة كوريوليس

إجابة سريعة

تُعدّ عدادات التدفق الكتلي الحراري التقنية الأكثر استخدامًا لقياس الغاز الطبيعي في خطوط الأنابيب الصناعية وخطوط المرافق العامة، بأقطار تتراوح من 15 إلى 300 بوصة (من نصف بوصة إلى 12 بوصة)، نظرًا لقدرتها على قراءة التدفق الكتلي مباشرةً، ما يُغني عن الحاجة إلى تعويض درجة الحرارة والضغط بشكل منفصل، وهو ما تتطلبه العدادات الحجمية. تُوفر شركة Silver Automation Instruments نوعي العدادات: SRK-100 (للتركيب الداخلي) وSRK-DL (للتركيب الخارجي)، وكلاهما مزود بمخرجات 4-20 مللي أمبير، وHART، وRS485 Modbus RTU. أما بالنسبة لخطوط نقل الضغط العالي، أو عمليات نقل الملكية، أو الأقطار الكبيرة جدًا، فإن عدادات الدوامة أو عدادات كوريوليس تُعدّ الخيار الأمثل في أغلب الأحيان.

لا يزال الطلب على الغاز الطبيعي في ازدياد، وتزداد أهمية دقة القياس.

ارتفع الطلب العالمي على الغاز الطبيعي بنسبة تقارب 2.8% في عام 2024، ثم تباطأ إلى أقل من 1% في عام 2025، حيث أثر ارتفاع أسعار الغاز الطبيعي المسال الفورية وتراجع النشاط الصناعي سلبًا على الاستهلاك في جميع أنحاء آسيا. ومن المتوقع أن ينتعش النمو في عام 2026، إذ تتوقع وكالة الطاقة الدولية نمو الطلب بنسبة تقارب 2% مع دخول إمدادات جديدة من الغاز الطبيعي المسال من الولايات المتحدة وكندا وقطر حيز التشغيل. ومن المتوقع أن تستحوذ أسواق منطقة آسيا والمحيط الهادئ وحدها على ما يقارب نصف هذا النمو.

شهد الشرق الأوسط مساراً مختلفاً. فقد ارتفع استهلاك الغاز في قطاع الطاقة هناك بسرعة مع تحول شركات الكهرباء من النفط إلى مصادر توليد الكهرباء. هذا التحول وحده يتيح نقاط قياس جديدة، في توربينات الغاز ومحطات الضغط وخطوط التوزيع الرئيسية.

بالنسبة لمشتري عدادات التدفق، يتلخص الأمر في حقيقة عملية واحدة. سواء كان الطلب الوطني على الغاز في ازدياد أو ثابتًا، فإن عدد نقاط القياس الفردية، عند رؤوس الآبار ومحطات التوزيع في المدن والغلايات الصناعية ومحطات هضم الغاز الحيوي، يستمر في النمو. الحصول على اختيار العداد إن القيام بذلك بشكل صحيح في كل نقطة من المرة الأولى يجنبنا إعادة العمل المكلفة لاحقاً.

أماكن استخدام عدادات تدفق الغاز الطبيعي

تُستخدم عدادات تدفق الغاز في جميع مراحل سلسلة قيمة الغاز الطبيعي. تبدأ هذه السلسلة بقياس الطاقة ونقل الملكية، ثم تأتي في المنتصف أنظمة التحكم في عمليات الأفران والغلايات ومحركات الغاز، لتشمل أيضاً مراقبة البيئة، ومحطات تزويد الغاز الطبيعي المضغوط والمسال، ووحدات الاختبار المعملية أو التجريبية. ولأن اختيار تقنية العداد المناسبة يعتمد بشكل كبير على موقع نقطة القياس في هذه السلسلة، فإن اختيار العداد لمجرد كونه غازاً طبيعياً نادراً ما يكون كافياً.

أنواع شائعة من عدادات تدفق الغاز الطبيعي

تقوم شركات تصنيع عدادات التدفق في الصين، بما في ذلك شركة سيلفر أوتوميشن إنسترومنتس، ببناء العديد من تقنيات مختلفة لعدادات الغاز للاستخدام مع الغاز الطبيعي. كل منها يناسب نطاق ضغط وحجم أنبوب وميزانية مختلفة.

• عدادات تدفق الغاز الجذرية (الإزاحة الموجبة): تتميز بدقة عالية عند الضغط المنخفض، وهي شائعة في خطوط الغاز السكنية والتجارية الخفيفة.
• عدادات تدفق التوربينات الغازية: مناسبة تمامًا لنقل ملكية الغاز النظيف والجاف بمعدلات تدفق ثابتة إلى حد ما.
• عدادات التدفق الدوامي، من النوعين القياسي واللولبي: لا تحتوي على أجزاء متحركة، وتعمل عبر نطاق تدفق واسع، وتتحمل بعض التقلبات في الضغط ودرجة الحرارة.
• عدادات لوحة الفتحة المقترنة بأجهزة إرسال الضغط التفاضلي: لا تزال شائعة في خطوط النقل القديمة، لكنها تحتاج إلى مسار أنبوب مستقيم طويل وتخلق انخفاضًا دائمًا في الضغط.
• عدادات التدفق الكتلي الحراري: تقرأ التدفق الكتلي مباشرة، وهي الأنسب لخطوط الضغط المنخفض والمتوسط ​​وسرعات التدفق المنخفضة.

يركز هذا الدليل بشكل أساسي على عدادات تدفق الكتلة الحرارية، حيث أن معظم الأسئلة التقنية من المهندسين في جنوب شرق آسيا والشرق الأوسط وأفريقيا تميل إلى أن تتجه نحو هذا الموضوع.

التدفق الحجمي مقابل التدفق الكتلي للغاز الطبيعي

ينقسم قياس الغاز الطبيعي إلى منهجين أساسيين: قياس التدفق الحجمي وقياس التدفق الكتلي. تُبلغ عدادات التدفق الحجمي، ومنها عدادات التوربينات وعدادات الفتحات، عن قيمة بالمتر المكعب في الساعة (م³/س) أو القدم المكعب القياسي في الساعة عند ظروف خط الأنابيب الفعلية. الغاز قابل للانضغاط، لذا يتغير حجمه بتغير درجة الحرارة والضغط، ويحتاج إلى تعويض خارجي لتحويله إلى حالة مرجعية قياسية قبل أن يصبح ذا قيمة.

وحدات قياس التدفق الكتلي للغاز الطبيعي

يتجنب قياس التدفق الكتلي هذه المشكلة تمامًا. فكيلوغرام الغاز يبقى كيلوغرامًا من الغاز بغض النظر عن الضغط أو درجة الحرارة في تلك اللحظة. وهذا هو السبب الرئيسي وراء شيوع استخدام عدادات التدفق الكتلي الحراري لقياس الغاز الطبيعي خلال العقدين الماضيين، وخاصة في محطات الغاز الحيوي.

ما هو الغاز الطبيعي، ولماذا يُعدّ تركيبه مهماً للقياس؟

يتكون الغاز الطبيعي في معظمه من الميثان، وعادةً ما يحتوي على كميات أقل من الإيثان وبعض الألكانات الخفيفة الأخرى. وهو قابل للاشتعال، وقد يحمل، بحسب مصدره، كبريتيد الهيدروجين أو مركبات كبريتية أخرى. ولهذا السبب، تتطلب معدات قياس الغاز الطبيعي في أغلب الأحيان تصنيفًا للمناطق الخطرة وفقًا لمعايير ATEX أو IECEx أو ما يعادلها.

تختلف وحدات القياس باختلاف المناطق. ففي الولايات المتحدة، تُقاس أحجام الغاز عادةً بالقدم المكعب القياسي، عند ضغط 14.73 رطل لكل بوصة مربعة ودرجة حرارة 60 فهرنهايت. أما في معظم أنحاء العالم، فيُستخدم المتر المكعب العادي، عند ضغط 101.325 كيلو باسكال ودرجة حرارة 0 مئوية. وتبلغ القيمة الحرارية النموذجية حوالي 10.8 كيلو واط ساعة لكل متر مكعب عادي، أو ما يقارب 1000 وحدة حرارية بريطانية لكل قدم مكعب قياسي، مع العلم أن هذه القيمة تتغير بتغير تركيبة الغاز.

تُعدّ هذه النقطة الأخيرة مهمةً للغاية بالنسبة لعدادات الحرارة تحديدًا. فالمستشعر المُعاير وفقًا لتركيبة غازية معينة يُعطي قراءةً مختلفةً عند استخدامه مع خليط ذي توازن مختلف من الميثان أو الإيثان أو النيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون. إذا كانت تركيبة غاز الإمداد لديك تتغير باختلاف الفصول أو باختلاف مصدر الغاز، فأبلغ مُورّد عداد التدفق قبل الطلب، وليس بعد تركيب العداد في خط الأنابيب.

كيفية عمل عدادات التدفق الكتلي الحراري في الغاز الطبيعي

أ مقياس التدفق الكتلي الحراري يستخدم الجهاز مستشعرين للحرارة، أحدهما مُسخّن والآخر يُترك كمرجع. ينقل الغاز المارّ أمام المستشعر المُسخّن الحرارة بمعدل يتناسب مع معدل تدفق الكتلة والخصائص الحرارية للغاز. تحوّل إلكترونيات العداد معدل التبريد هذا إلى قراءة مباشرة لتدفق الكتلة، بالكيلوغرام/ساعة أو المتر المكعب/ساعة، دون الحاجة إلى مُرسِل ضغط ومُرسِل حرارة وحاسوب تدفق منفصلين لحساب الكتلة من الحجم.

هذه هي الميزة الأساسية مقارنة بألواح الفتحات ومقاييس التوربينات، وكلاهما يحتاج إلى تعويض خارجي للوصول إلى قيمة كتلة قابلة للاستخدام أو قيمة حجم قياسية.

مزايا عدادات التدفق الكتلي الحراري للغاز الطبيعي

• قراءة مباشرة لتدفق الكتلة، دون الحاجة إلى حلقة تعويض منفصلة لدرجة الحرارة أو الضغط.
• نسبة تخفيض واسعة، غالباً 100:1 أو أفضل، مفيدة في الخطوط ذات الحمل المتغير مثل غاز تغذية الغلايات.
• انخفاض الضغط الدائم أقل من ألواح الفتحة، مما يقلل من تكاليف الضغط أو الضخ.
• تركيب سهل. يمكن تركيب الوحدات من نوع الإدخال مثل SRK-100 من خلال وصلة ساخنة دون الحاجة إلى إيقاف تشغيل الخط بالكامل.
• انخفاض استهلاك الطاقة، وهو أمر مهم في مواقع آبار النفط أو مواقع الغاز الحيوي البعيدة التي تعمل بالطاقة الشمسية أو طاقة البطاريات.
• حساسة بما يكفي لالتقاط معدلات التدفق المنخفضة التي تميل عدادات الفتحات والتوربينات إلى تفويتها أو قراءتها بشكل أقل من اللازم.
• مخرج قياسي 4-20 مللي أمبير مع HART، و RS485 Modbus RTU متوفر في معظم الطرازات لتكامل SCADA.

القيود وما يجب التحقق منه قبل اختيار مقياس الحرارة

لا تعتبر عدادات التدفق الكتلي الحراري هي الحل الأمثل لكل تطبيق للغاز الطبيعي، ونفضل أن نقول ذلك مقدماً بدلاً من أن يكتشف العميل ذلك بالطريقة الصعبة بعد ستة أشهر من بدء التشغيل.

• حساسية تركيب الغاز. المعايرة خاصة بكل نوع من أنواع الغاز. إذا كان مزيج الغاز لديك يتغير بشكل كبير، فاسأل عن معايرة الغازات المتعددة أو التعديل الميداني قبل الطلب.
• غير مخصص لـ الغاز الطبيعي المسال المبرد تقيس العدادات الحرارية تدفق الطور الغازي. وهي غير مصممة لقياس الغاز الطبيعي المسال في حالته السائلة، وإنما فقط لقياس تدفق البخار في اتجاه مجرى المبخر.
• تكثيف السوائل وتدفقها المفاجئ. قد يغطي الغاز الرطب أو الملوث المستشعر ويؤثر على دقة القراءات بمرور الوقت. عادةً ما يحتاج التيار الذي يحمل المكثفات بانتظام إلى فاصل في المنبع، أو إلى تقنية قياس مختلفة تمامًا.
• حدود نقل الحضانة. بالنسبة للقياس المالي وخطوط أنابيب نقل الضغط العالي، التوربينات أو مقاييس كوريوليس تُعدّ العدادات الحرارية الخيار الأكثر رسوخاً في معظم قواعد القياس الوطنية. وهي أنسب لقياس العمليات الصناعية والمرافق العامة من قياس نقل الملكية.
• الصيانة الدورية. يجب فحص المستشعر وتنظيفه وفق جدول زمني، عادةً كل 6 إلى 12 شهرًا حسب نقاء الغاز، للحفاظ على الدقة المقدرة بمرور الوقت.

مواصفات مقياس التدفق الكتلي الحراري SRK-100 و SRK-DL

يوضح الجدول أدناه المعايير التي يسأل عنها المهندسون عادةً عند اختيار عداد الغاز. أرسل إلينا بيانات ظروف التشغيل، وحجم الأنابيب، والضغط، ودرجة الحرارة، وتركيب الغاز، وسنؤكد لك الأرقام الدقيقة مقارنةً بجهاز SRK-100 الحالي. SRK-DL اطلع على بيانات المنتج قبل تقديم طلبك.

مقارنة بين التأثيرات الحرارية والدوامية وتأثيرات كوريوليس في تطبيقات الغاز الطبيعي

تتعامل عدادات الدوامة، مثل سلسلة STLU، مع ضغط وسرعة غاز أعلى من العدادات الحرارية، وتقوم العديد من المصانع بتشغيلها على الهواء المضغوط والبخار إلى جانب الغاز الطبيعي، مما يبسط تخطيط قطع الغيار في جميع أنحاء الموقع.

تتفوق عدادات كوريوليس في تصنيف الضغط ودقة القياس. مع ذلك، فإنّ قياس الكثافة الذي تُعلن عنه معظم عدادات كوريوليس ينطبق على السوائل، وليس الغاز، لذا لن يُضيف قيمة حقيقية لخطوط الغاز الطبيعي. بالنسبة لمعظم نقاط قياس الغاز في العمليات الصناعية والمرافق ذات الضغط المنخفض، والتي تقل عن 10 بار (145 رطل/بوصة مربعة)، تبقى القياسات الحرارية الخيار الأمثل من حيث التكلفة.

ملاحظات التطبيق الإقليمية

في جنوب شرق آسيا، تعد مصانع زيت النخيل ومصانع تجهيز الأغذية التي تشغل وحدات هضم الغاز الحيوي من بين أكثر مصادر استفسارات عدادات الحرارة استقرارًا التي نراها، وعادة ما تكون على خطوط ضغط أقل من 5 بار تغذي غلاية أو محرك غاز.
في الشرق الأوسط، يشكل الغاز المصاحب لإنتاج النفط وقياس غاز الوقود في التوربينات جزءًا كبيرًا من الطلب، وغالبًا ما يقترن ذلك بطلب للحصول على أغلفة معتمدة من ATEX أو IECEx.

تسألنا شركات المرافق الأفريقية ومنتجو الطاقة المستقلون عن استعادة غاز الحرق وقياس غاز البترول المسال بشكل متكرر، وعادة ما يكون ذلك مرتبطًا بأهداف خفض الانبعاثات بدلاً من الفواتير المالية.

في أمريكا الجنوبية، يعد قياس غاز الغلايات الصناعية في مصانع المعالجة هو القاسم المشترك، وغالبًا ما يتم تحديثه على الخطوط الموجودة من خلال وصلة ساخنة لتجنب الإغلاق.

في جميع أنحاء أستراليا ونيوزيلندا، تبرز مواقع التعدين التي تعمل بمولدات الغاز ومحطات الغاز الطبيعي المسال البعيدة، حيث يكون انخفاض استهلاك الطاقة ومخرجات RS485 لنظام SCADA مهمين.

حالة اختيار نموذجية

هذا ليس ملف عميل محدد، بل مجرد نمط نراه بشكل متكرر بما يكفي لشرحه بالتفصيل. يحتاج مُفاعل الغاز الحيوي الذي يُغذي محرك غاز إلى قياس تدفق الغاز الحيوي الخام قبل دخوله إلى جهاز التنقية. يبلغ قطر الأنبوب حوالي 80 مم (3 بوصات)، والضغط منخفض، أقل من 0.5 بار، ويحتوي الغاز على الميثان بالإضافة إلى كميات ملحوظة من ثاني أكسيد الكربون والرطوبة.

عمليًا، تواجه لوحات الفتحات صعوبة هنا لأن إشارة فرق الضغط عند التدفق المنخفض تضيع وسط التشويش، كما أن الرطوبة تتراكم على أنابيب التغذية مع مرور الوقت. أما مقياس الحرارة الإدخالي مثل SRK-100 فيتعامل بكفاءة مع الضغط المنخفض والسرعة المنخفضة، شريطة التحقق من مستوى الرطوبة وفقًا لنطاق تحمل المستشعر، وإضافة مرشح تجميع في الجزء العلوي من الأنبوب إذا كانت مشكلة التكثيف معروفة. لقد شرحنا هذا التوازن الدقيق للعديد من العملاء قبل إتمام الطلب، وعادةً ما يعتمد الأمر على مدى رطوبة الغاز في ذلك الموقع تحديدًا.

احصل على مساعدة في تحديد حجم عداد تدفق الغاز الطبيعي

أرسل إلينا بيانات عملية الإنتاج الخاصة بك، وسنوصي بتقنية العداد وحجمه المناسبين لخط الإنتاج، بالإضافة إلى عرض سعر. يرجى تضمين ما يلي:

• حجم الأنبوب (DN أو NPS/بوصة)
• ضغط الخط (بار أو رطل لكل بوصة مربعة)
• درجة حرارة الغاز (°مئوية أو فهرنهايتية)
• نطاق التدفق المتوقع (كجم/ساعة أو متر مكعب/ساعة)
• تركيبة الغاز، بما في ذلك أي محتوى من ثاني أكسيد الكربون أو كبريتيد الهيدروجين أو الرطوبة
• تصنيف المنطقة الخطرة، إن وجد (منطقة ATEX، أو IECEx، أو لا شيء)

بريد إلكتروني sales@silverinstruments.com مع هذه التفاصيل، أو أرسل ورقة البيانات أو مخطط الأنابيب والأجهزة (P&ID) للخط وسنقوم بتحديد حجمه مباشرة.