ما هو التدفق القياسي والتدفق الفعلي والتدفق الطبيعي في قياس الغاز؟

لقد تلقينا العديد من الاستفسارات حول تطبيقات قياس تدفق الغاز من مختلف القطاعات حول العالم. ونظرًا لأن قياس تدفق الغاز يتضمن متغيرات ديناميكية متعددة، مثل درجة الحرارة والضغط ونسبة الرطوبة في تيار الغاز، فإن اختيار مقياس تدفق غاز مناسب يُعدّ أكثر صعوبة من اختيار مقياس تدفق السوائل. في شركة سيلفر أوتوميشن إنسترومنتس، قبل أن يقترح مهندسونا مقياس الغاز المناسب لاحتياجاتكم، يجب عليهم معرفة نوع الغاز المراد قياسه، ودرجة حرارة التشغيل، وضغط التشغيل.

يشعر بعض العملاء بالارتباك بشأن وحدات معدل تدفق الغاز المختلفة التي غالبًا ما تُرى في المواصفات وبيانات البيانات، مثل:

• Nm³/h (متر مكعب عادي في الساعة)
• Am³/h (متر مكعب فعلي في الساعة)
• SCFM (قدم مكعب قياسي في الدقيقة)
• SCCM (سنتيمتر مكعب قياسي في الدقيقة)
• ACFM (قدم مكعب فعلي في الدقيقة)

البادئات لها معاني محددة:

• N = التدفق الطبيعي
• S = التدفق القياسي
• أ = التدفق الفعلي

ولكن ما هي هذه الاختلافات بالضبط، ولماذا هي مهمة؟

ينشأ هذا الالتباس لأن الغازات قابلة للانضغاط، مما يعني أن حجمها يتغير كثيرًا بتغير درجة الحرارة والضغط. وبناءً على طريقة القياس، قد تشغل نفس الكمية من الغاز مساحات مختلفة تمامًا. يستخدم قطاع الغاز ثلاثة أنظمة لقياس التدفق (الفعلي، والقياسي، والطبيعي) لمعالجة هذه المشكلة. يجب أن تعرف هذه الأنظمة لاختيار المعدات المناسبة وإجراء القياسات بدقة.

تعريفات مفصلة

- معدل التدفق القياسي

معدل التدفق القياسي (مثل Sm3/h، SCFM) يُضبط قراءة التدفق الفعلية وفقًا لنقطة مرجعية مشتركة، مثل تحويل العملات. يُمكّنك هذا من مقارنة القياسات من حالات مختلفة على قدم المساواة. يستخدم التعديل قانون الغاز المثالي (PV = nRT)، الذي يربط بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة.

الشروط القياسية الأكثر شيوعًا:

• الضغط: 1 ضغط جوي (101.325 كيلو باسكال أو 14.696 رطل/بوصة مربعة) عند مستوى سطح البحر
• درجة الحرارة: 15 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت) أو في بعض الأحيان 60 درجة فهرنهايت (15.56 درجة مئوية)

ضع في اعتبارك: تختلف الشروط القياسية إلى حد ما باختلاف المناطق والصناعات، لذا تأكد دائمًا من المعيار الذي ينطبق على تطبيقك.

- معدل التدفق الطبيعي

مقياس تدفق الكتلة الحرارية بمعدلات تدفق طبيعية

يعمل معدل التدفق الطبيعي (مثل Nm3/h ) بنفس طريقة التدفق القياسي، إلا أنه يستخدم درجة حرارة مرجعية مختلفة:

الظروف الطبيعية:

• الضغط: 1 ضغط جوي (101.325 كيلو باسكال أو 14.696 رطل/بوصة مربعة)
• درجة الحرارة: 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت أو 273.15 كلفن)

سوف ترى هذا يُستخدم بشكل متكرر في المعايير الأوروبية وفي الصناعات الكيميائية أو البتروكيماوية.

- معدل التدفق الفعلي

عرض معدل التدفق الفعلي بواسطة مقياس التدفق

معدل التدفق الفعلي هو ما يحدث فعليًا في أنبوبك الآن: حجم الغاز المتدفق في الوقت الفعلي عند درجة حرارة التشغيل وضغطه الحاليين. لا تعديلات، لا تصحيحات.

إليك ما يؤثر عليه: عندما ترتفع درجة الحرارة، يتمدد الغاز ويزداد التدفق الفعلي؛ عندما يرتفع الضغط، ينضغط الغاز وينخفض الحجم الفعلي.

المنتجات الموصى بها لقياس التدفق الفعلي:

تقدم شركة Silver Automation Instruments العديد من الحلول:

---

---

---

جدول مقارنة مرجعي سريع

Flow Type	Reference Pressure	Reference Temperature	Typical Use	Common Units
Standard	101.325 kPa (14.696 psia)	15°C (59°F) or 60°F	US markets, billing	SCFM, Sm³/h
Normal	101.325 kPa (14.696 psia)	0°C (32°F)	EU markets, chemical industry	Nm³/h, NLPM
Actual	Process pressure	Process temperature	Equipment sizing, control	ACFM, Am³/h

لماذا هذه الفروقات مهمة؟

إن فهم أنواع معدلات التدفق هذه يؤثر بشكل مباشر على عملياتك وتكاليفك:

• تحديد حجم المعدات: يجب تحديد حجم أجهزة استشعار تدفق الغاز بناءً على ظروف التدفق الفعلية لضمان السرعة ونطاق القياس المناسبين.
• نقل الفواتير والحضانة: تستخدم مبيعات الغاز شروطًا قياسية أو نموذجية للحفاظ على الأسعار كما هي بغض النظر عن الظروف التشغيلية.
• التحكم في العملية: قد تحتاج أنظمة التحكم إلى معدل تدفق حقيقي للغاز أو الهواء لإجراء تغييرات فورية وصحيحة على العملية بأكملها، ولكنها قد تحتاج أيضًا إلى تدفق قياسي لمعرفة كمية المواد المتوازنة.
• المقارنة والتوحيد القياسي: تسمح التدفقات القياسية والطبيعية لعمال الأجهزة ومديري المصانع بمقارنة القياسات عبر مواقع مختلفة وأوقات وظروف مختلفة.

مثال عملي:

خذ بعين الاعتبار الغاز المتدفق عند:

• الظروف الفعلية: 5 بار (500 كيلو باسكال) و50 درجة مئوية
• معدل التدفق الفعلي: 100 أمبير³/ساعة

عند تصحيحها إلى الظروف القياسية (101.325 كيلو باسكال و15 درجة مئوية):

قد يكون معدل التدفق القياسي حوالي 450 متر مكعب / ساعة

وهذا يوضح أهمية التمييز بين التدفقات الغازية، إذ تختلف قيم تدفق الغاز بشكل كبير اعتمادًا على الظروف المرجعية المستخدمة.

التحويل بين أنواع التدفق:

لتحويل التدفقات الفعلية والقياسية والطبيعية، ستحتاج إلى تطبيق تصحيحات قانون الغاز:

صيغة التحويل الأساسية:

Q₁/Q₂ = (P₁/P₂) × (T₂/T₁) × (Z₂/Z₁)

أين:

• Q = معدل التدفق الحجمي
• P = الضغط المطلق
• T = درجة الحرارة المطلقة (كلفن)
• Z = عامل الانضغاط

مثال على التحويل خطوة بخطوة:

تحويل 100 أمبير³/ساعة عند 5 بار و50 درجة مئوية إلى الظروف القياسية (1.01325 بار، 15 درجة مئوية):

1.تحويل درجات الحرارة إلى كلفن:

• oT₁ (الفعلية) = 50 درجة مئوية + 273.15 = 323.15 كلفن
• oT₂ (قياسي) = 15 درجة مئوية + 273.15 = 288.15 كلفن

2. استخدم الضغوط بالقيم المطلقة:

• oP₁ (الفعلي) = 5 بار
• oP₂ (قياسي) = 1.01325 بار

3.طبق الصيغة (بافتراض أن Z₁ ≈ Z₂ ≈ 1 للغاز المثالي):

• oQ(المعياري) = 100 × (5/1.01325) × (288.15/323.15)
• oQ(المعياري) = 100 × 4.935 × 0.892
• oQ(قياسي) ≈ 440 Sm³/h

الأخطاء الشائعة في قياس تدفق الغاز أو الهواء

إن تجنب هذه الأخطاء الشائعة يمكن أن يوفر لك الوقت والمال ويساعدك في الحصول على قياسات دقيقة واتخاذ قرارات صحيحة.

1. الخلط بين معدلات التدفق الفعلية والقياسية.

ما يحدث: تطلب مقياس تدفق بحجم 100 متر مكعب/ساعة، لكن نظامك يعمل في الواقع بمعدل 100 أمبير مكعب/ساعة عند ضغط مرتفع.

النتيجة: قد يكون مقياس تدفق الغاز صغير الحجم، مما قد يتسبب في انخفاض مفرط في الضغط، أو قراءات غير مستقرة، أو حتى تلف إذا كان تدفق الغاز أعلى مما يمكن لمستشعر تدفق الغاز اكتشافه.

الحل: توضيح دائمًا لشركة silverinstruments.com ما إذا كان معدل تدفق الغاز المطلوب فعليًا أو قياسيًا أو طبيعيًا (أو نقول التشغيل)، وتقديم ظروف التشغيل الكاملة لهندسة المبيعات لشركة silverinstruments.com.

2. تجاهل عامل الانضغاط

ما يحدث: تقوم بتطبيق قانون الغاز المثالي البسيط لقياس الغاز الطبيعي تحت الضغط العالي دون مراعاة كيفية تصرف الغازات الحقيقية في الواقع.

النتيجة: يمكن أن تصل أخطاء القياس بسهولة إلى 5-15% أو حتى أعلى بمجرد أن يتجاوز الضغط 50 بار، وأيضًا عند هذا التصنيف المرتفع للضغط، يمكن أن ينكسر مستشعر تدفق الغاز.

الحل: قم دائمًا بتضمين تصحيحات عامل Z في التطبيقات ذات الضغط العالي أو عندما لا يتصرف الغاز بشكل مثالي.

3. تجاهل محتوى الرطوبة

ما يحدث: قياس الغاز الرطب كما لو كان غازًا جافًا تمامًا، مع تجاهل محتوى بخار الماء.

النتيجة: حجم غاز مبالغ فيه، أو توازن غير صحيح للمواد، أو دقة قياس ضعيفة، أو مشاكل في الفواتير.

الحل: حدد ما إذا كان الغاز رطبًا أم جافًا عند الاستعلام عن مقياس تدفق الغاز من موقع silverinstruments.com. في الواقع، معظم تقنيات قياس تدفق الغاز ضعيفة الأداء في قياس الغاز الرطب. استخدم أجهزة فصل الرطوبة أو عدادات مصممة خصيصًا للغاز الرطب عند الحاجة.

4. إعداد تعويض درجة الحرارة غير صحيح

ما يحدث: تركيب أجهزة استشعار درجة الحرارة في الأماكن التي يكون فيها الاتصال الحراري ضعيفًا أو الهواء محصورًا.

النتيجة: قراءات درجة الحرارة غير الدقيقة تسبب أخطاء التعويض.

الحل: اتبع ممارسات التثبيت الخاصة بالشركة المصنعة واستخدم أنابيب حرارية ذات حجم مناسب مع غمر ومركب حراري مناسبين.

5. خلط معايير القياس

ما يحدث: مقارنة العروض حيث يستخدم أحد البائعين Sm³/h (عند 15 درجة مئوية) ويستخدم آخر Nm³/h (عند 0 درجة مئوية)، دون التحويل بينهما.

النتيجة: ترى أسعارًا مختلفة لأنك تقارن بين المنتجات الخاطئة، مما يؤدي إلى اختيارات خاطئة للمعدات.

الحل: قم دائمًا بتحويل كافة المواصفات إلى نفس الظروف المرجعية قبل المقارنة.

تطبيقات الصناعة

لكل قطاع احتياجاته الخاصة فيما يتعلق بقياس التدفق. إليك كيفية تعامل التطبيقات المختلفة مع تحدياتها الفريدة:

1. الغاز الطبيعي: الفوترة ونقل الحراسة

قياس تدفق الغاز الطبيعي

المتطلب: قياس التدفق القياسي (عادةً 15 درجة مئوية، 101.325 كيلو باسكال) للفوترة

التحديات الرئيسية:

• ضغط مرتفع يتغير كثيرًا (20-70 بار)
• تتغير درجات الحرارة مع الفصول
• يجب أن تكون دقيقة بنسبة ±0.5% للمعاملات المالية

الحل: توربين مزود بمستشعر ضغط ودرجة حرارة آليين. أو يمكنك استخدام عدادات تدفق كوريوليس لقياس تدفق كتلة الغاز الطبيعي مباشرةً.

2. أنظمة الهواء المضغوط: إدارة الطاقة

قياس تدفق الهواء المضغوط

المتطلب: قياس تدفق الهواء المضغوط الفعلي للكشف عن التسرب ومراقبة الكفاءة

التحديات الرئيسية:

• أنماط الطلب شديدة التقلب (50-100٪ تقلب)
• انخفاض الضغط أثناء ذروة الاستخدام
• تتطلب مراقبة فعالة من حيث التكلفة للعديد من المواقع

الحل: مقياس تدفق الكتلة الحرارية أو مقياس تدفق الدوامة (سعر/أداء جيد)

الفوائد : يمكن تقليل هدر الطاقة بنسبة 20-30٪ عن طريق اكتشاف التسريبات في وقت مبكر

3. المصانع الكيميائية: التحكم في العمليات وموازنة المواد

المتطلب: قياس التدفق الطبيعي (0 درجة مئوية، 101.325 كيلو باسكال) المستخدم بشكل شائع في العديد من المرافق للحسابات القياسية

التحديات الرئيسية:

• تدفقات تغذية الغاز المتعددة تتطلب التحكم الدقيق في النسبة (±2-5%)
• تيارات الغاز المسببة للتآكل أو الخطرة
• متطلبات إغلاق موازنة المواد

الحل: أجهزة قياس كوريوليس للكتلة، أو جهاز قياس تدفق الكتلة الحرارية؛ أجهزة قياس احتياطية للعمليات الحرجة

4. تصنيع أشباه الموصلات: التحكم في الغازات المتخصصة

وحدات التحكم في تدفق الكتلة الحرارية (MFC)

المتطلب: التحكم في تدفق الكتلة بدقة فائقة المقاسة بوحدة SCCM (سنتيمتر مكعب قياسي في الدقيقة)

التحديات الرئيسية:

• معدلات تدفق منخفضة للغاية (0.1-1000 SCCM نموذجيًا)
• متطلبات نقاء عالية جدًا (99.9999٪ +)
• الغازات المتخصصة باهظة الثمن (السيلان، الزرنيخ، الخ)
• متطلبات وقت الاستجابة السريع (<1 ثانية)

الحل: وحدات تحكم تدفق الكتلة الحرارية (MFC) بدقة قراءة ±1.0% وقابلية تكرار ±0.2%

5. الرصد البيئي: الانبعاثات وغازات الاشتعال

المتطلب الأساسي: التدفق الحجمي القياسي لإعداد التقارير المتعلقة بالامتثال التنظيمي

التحديات الرئيسية:

• تركيبة الغاز المتغيرة التي تؤثر على القياس
• درجات حرارة عالية (تصل إلى 400 درجة مئوية في تطبيقات التوهج)
• منتجات الاحتراق المسببة للتآكل
• شروط التركيب الخارجي

الحل: الموجات فوق الصوتية (غير التدخلية)، أو مقياس تدفق DP أو مقاييس الكتلة الحرارية؛ أنظمة أخذ العينات للتحقق من تركيب الغاز

خاتمة

نأمل أن يساعدك هذا الدليل في فهم الاختلافات الجوهرية بين تدفقات الغاز الفعلية والقياسية والطبيعية، حتى تتمكن من:

✓ حدد متطلبات تدفق الغاز بشكل صحيح
✓ اختر عدادات تدفق الغاز ذات الحجم المناسب
✓ تجنب أخطاء القياس المكلفة
✓ ضمان دقة الفواتير والتحكم في العملية
✓ تحسين أداء نظام قياس الغاز الخاص بك

يجب أن نفهم هذه الأساسيات جيدًا إذا أردنا لمشاريع قياس تدفق الغاز أن تنجح. سواء كنت تصمم نظامًا جديدًا، أو تستكشف المشكلات، أو تُحسّن الأداء، فإن الفرق بين التدفقات الفعلية والقياسية والطبيعية يؤثر على كل جزء من نظام القياس لديك.

هل تحتاج إلى مساعدة في تطبيقك المحدد؟

مهندسونا ذوو الخبرة في Silver Automation Instruments موجودون هنا لمساعدتك في اختيار الحل المناسب لاحتياجات قياس تدفق الغاز الخاصة بك.

راسلنا عبر البريد الإلكتروني: sales@silverinstruments.com

واتساب: +86 18936759191