العربية
مقياس تدفق كوريوليس لثاني أكسيد الكربون السائل: دليل الاختيار وأمثلة التطبيق
يُعد مقياس تدفق الكتلة كوريوليس الخيار الأكثر موثوقية لقياس ثاني أكسيد الكربون السائل. التبريد العميق يعمل الجهاز في ظروف الضغط العالي (-78 درجة مئوية) وفوق الحرجة. يقيس التدفق الكتلي الحقيقي مباشرةً، ولا يتطلب تصحيحًا للكثافة أو درجة الحرارة، ويتعامل مع حساسية طور ثاني أكسيد الكربون بشكل أفضل من أي تقنية قياس حجمية أخرى. يُوصى باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ SS316L كمادة مبللة؛ وتتراوح أحجام الأنابيب من DN6 إلى DN50 حسب نطاق التدفق.
يختلف سلوك ثاني أكسيد الكربون عن معظم السوائل الصناعية. ففي الضغط الجوي، يتسامى مباشرةً من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية عند درجة حرارة -78.5 درجة مئوية. وللحفاظ عليه سائلاً، يلزم إما درجة حرارة منخفضة للغاية (أقل من -56.6 درجة مئوية عند النقطة الثلاثية) أو ضغط مرتفع يزيد عن 5.18 بار. وتستخدم العديد من التطبيقات الصناعية كلا النوعين: ثاني أكسيد الكربون السائل عالي الضغط عند درجة حرارة الغرفة للكربنة وإخماد الحرائق، أو ثاني أكسيد الكربون السائل المبرد عند ضغط منخفض لأغراض البحث وتجميد الأغذية.
تُسبب هذه الطبيعة المزدوجة للظروف مشاكل لعدادات التدفق التقليدية. فالعداد المصمم للعمل مع ثاني أكسيد الكربون عالي الضغط في درجة حرارة الغرفة لن يتحمل العمل في درجات حرارة منخفضة للغاية. أما عداد التدفق الكتلي الحراري المصمم لـ غاز ثاني أكسيد الكربون سيتعطل الجهاز فورًا عند ملامسته للسائل. حتى بين أجهزة القياس التي تقيس درجة الحرارة أو الضغط، فإن معظمها يقيس الحجم، وتختلف كثافة ثاني أكسيد الكربون السائل اختلافًا كبيرًا باختلاف كل من درجة الحرارة والضغط. وبدون تصحيح فوري للكثافة، قد تصل نسبة الخطأ في قراءة الحجم إلى 5% أو أكثر.
تقيس عدادات تدفق التوربينات الحجم. وهي تحتاج إلى تعويض الكثافة لحساب الكتلة، كما أن تزييت المحامل يتدهور بسرعة عند درجات حرارة أقل من -20 درجة مئوية. في خدمة ثاني أكسيد الكربون السائل المبرد، يكون عمر المحامل قصيرًا وتكون فترات الصيانة متكررة بشكل غير ملائم لبيئات الإنتاج.
تُعدّ عدادات الإزاحة الموجبة ذات التروس البيضاوية فعّالة مع السوائل اللزجة، لكن لزوجة ثاني أكسيد الكربون السائل تتراوح بين 0.10 و0.12 سنتي بواز. هذه اللزوجة منخفضة جدًا للحفاظ على إحكام الترس داخل الغلاف. يزداد التسريب الداخلي عبر التروس عند انخفاض اللزوجة، وبالتالي يرتفع خطأ القياس. كما يُشكّل خطر التبخر المفاجئ عند مخرج العداد خطرًا حقيقيًا في حال عدم التحكم في الضغط الخلفي.
تحتاج عدادات التدفق الدوامي إلى حد أدنى من رقم رينولدز لتكوين دوامات مستقرة. عند معدلات التدفق المنخفضة عبر الأنابيب ذات القطر الصغير، لا يتحقق هذا الحد الأدنى دائمًا، وتكون دقة عداد التدفق الدوامي في تطبيقات ثاني أكسيد الكربون السائل غير موثوقة. كما أنها تقيس الحجم أيضًا.
يمكن استخدام عدادات التدفق فوق الصوتية مع ثاني أكسيد الكربون السائل عالي الضغط في الأنابيب الكبيرة (قطرها 50 بوصة فأكثر) حيث تتوفر متطلبات التدفق المستقيم. أما في التطبيقات المبردة ذات الأقطار الصغيرة، فإن استخدام عدادات التدفق فوق الصوتية المثبتة بمشبك غير ممكن بسبب طبقة العزل، كما أن استخدام عدادات التدفق فوق الصوتية المدمجة في الأنابيب عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا يتطلب مواد محولات طاقة خاصة، مما يزيد التكلفة بشكل ملحوظ.
يقيس مبدأ كوريوليس تدفق الكتلة مباشرةً من خلال قوة القصور الذاتي المؤثرة على أنبوب مهتز. ولا يعتمد على افتراضات سرعة السائل أو لزوجته أو كثافته. هذه الاستقلالية هي ما تجعله مناسبًا لثاني أكسيد الكربون السائل، حيث تتغير الكثافة واللزوجة مع درجة الحرارة والضغط بطرق لا تُجدي معها العدادات الحجمية.
يستخدم مقياس كوريوليس لثاني أكسيد الكربون السائل أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ SS316L أو هاستيلوي C-22، مصممة لتحمل درجات حرارة تصل إلى -200 درجة مئوية وضغوط تشغيل تصل إلى 100 بار، وذلك حسب الطراز. تبلغ دقة القياس عادةً 0.2% من القراءة لمعدل التدفق الكتلي و0.5% للكثافة. أما قابلية التكرار فتبلغ 0.1%. كما يُخرج المقياس بيانات كثافة السائل في الوقت الفعلي، مما يُفيد في رصد تغيرات الحالة عند نقطة القياس.
تتضمن المخرجات القياسية 4-20 مللي أمبير لقياس التدفق الكتلي والكثافة التناظريين، ومخرج نبضي لحساب إجمالي الدفعات، ومنفذ RS-485 Modbus RTU للتكامل مع أنظمة PLC أو SCADA. يتوفر بروتوكول HART في معظم الطرازات. بالنسبة لخدمة ثاني أكسيد الكربون في قطاع الأغذية والمشروبات، تتوفر وصلات معالجة ثلاثية المشبك وشهادة المواد.
اختر الحجم المناسب لثاني أكسيد الكربون السائل
مقاييس كوريوليس يتم تحديد حجم العدادات بناءً على معدل التدفق الكتلي، وليس قطر الأنبوب. ويُحدد حجم وصلة الأنبوب بناءً على نطاق التدفق المطلوب وانخفاض الضغط المقبول. ومن الأخطاء الشائعة تحديد حجم العداد ليتناسب مع حجم الأنبوب الموجود بدلاً من تحديده ليتناسب مع نطاق التدفق. يؤدي استخدام عداد كوريوليس كبير الحجم إلى فقدان الدقة في نطاق التدفق المنخفض، بينما يؤدي استخدام عداد صغير الحجم إلى انخفاض مفرط في الضغط قد يتسبب في تبخر سريع.
بالنسبة للتطبيقات المبردة، اختر طرازًا مزودًا بخيار إلكترونيات تعمل في درجات الحرارة المنخفضة. يجب أن يكون غلاف جهاز الإرسال مصممًا للعمل ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة إذا كان موقعه بالقرب من الجزء البارد من الخط.
تستخدم عملية كربنة الأطعمة والمشروبات ثاني أكسيد الكربون السائل عالي الضغط عند درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة، عادةً من 20 إلى 25 بار. الدقة والنظافة هما الشرطان الأساسيان. وتُعدّ عدادات كوريوليس ذات وصلات ثلاثية المشبك، بقياسات من 15 إلى 25 ملم، معيارًا قياسيًا في هذه العملية.
تخزن أنظمة إخماد الحرائق ثاني أكسيد الكربون تحت ضغط عالٍ (حوالي 55 إلى 60 بار عند درجة حرارة الغرفة) وتطلقه بسرعة. يجب أن تتحمل عدادات التدفق في هذه الأنظمة التغيرات السريعة. تُستخدم عدادات كوريوليس ذات الاستجابة عالية التردد ومخرجات حساب إجمالي الدفعات للتحقق من تعبئة الأسطوانات.
فوق الحرج تُستخدم عملية استخلاص ثاني أكسيد الكربون (بتركيز أعلى من 31.1 درجة مئوية وضغط 73.8 بار) في إزالة الكافيين من القهوة، واستخلاص نبات الجنجل، والصناعات الدوائية. وتُستخدم في هذه العملية عدادات كوريوليس المصممة لتحمل ضغط يصل إلى 200 بار، والمزودة بأجزاء مبللة من سبيكة هاستيلوي.
تستخدم الأبحاث في مجال التبريد العميق والعمليات المخبرية ثاني أكسيد الكربون السائل عند درجة حرارة -78 درجة مئوية مباشرةً من الثلج الجاف أو خزانات التخزين المبردة. هذه هي أصعب الظروف التي يمكن أن يتحملها مقياس التدفق. لذا، فإن مقاييس كوريوليس ذات القطر الصغير (من 6 إلى 15 بوصة) والمزودة بأنابيب مقاومة للتبريد العميق هي الخيار الأمثل.
تواصلت معنا مؤخرًا شركة أبحاث في مجال تكنولوجيا البناء في جنوب شرق آسيا. تُجري الشركة تجارب معملية لمعالجة الخرسانة باستخدام جرعات من ثاني أكسيد الكربون السائل، وكانت بحاجة إلى معرفة كمية ثاني أكسيد الكربون التي تدخل كل دفعة اختبار بدقة. يتكون نظامهم من أنبوب بقطر نصف بوصة، وضغط تشغيل أقل من 100 رطل لكل بوصة مربعة (6.9 بار)، ونطاق تدفق من 5 إلى 80 لترًا/دقيقة من خزان تبريد صغير في مستودع درجة حرارته 28 درجة مئوية.
يخرج ثاني أكسيد الكربون من الخزان عند درجة حرارة تقارب -78 درجة مئوية. هذا يستبعد استخدام التوربينات، والتروس البيضاوية، والعدادات الحرارية للأسباب المذكورة سابقًا. كما أن نسبة التخفيض 16:1 (من 5 إلى 80 لتر/دقيقة) تمنع حدوث دوامات عند الحد الأدنى. يغطي عداد كوريوليس DN15 SS316L النطاق الكامل بدقة 0.2%، ويُخرج البيانات بالكيلوغرام/ساعة مباشرةً إلى مسجل البيانات عبر بروتوكول Modbus RTU. لا حاجة إلى أي تصحيح للكثافة في البرنامج.
نوصي بالتأكد من أن ضغط المدخل يبقى أعلى من ضغط تشبع ثاني أكسيد الكربون طوال فترة التشغيل لمنع التبخر المفاجئ عند مدخل العداد. عند درجة حرارة -78 درجة مئوية، يكون ثاني أكسيد الكربون السائل قريبًا من ضغط التشبع عند الضغط الجوي، لذا فإن التحكم في الضغط الخلفي عند مخرج العداد أمر بالغ الأهمية للحصول على قراءات مستقرة.
يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ SS316L معيارًا لمعظم سائل مبرد تطبيقات ثاني أكسيد الكربون حتى -196 درجة مئوية. في التطبيقات التي تتطلب مواد شديدة التآكل أو ذات نقاء عالٍ، يوفر هاستيلوي C-22 مقاومة أفضل للتآكل. يلزم استخدام موانع تسرب من مادة PTFE؛ حيث أن موانع التسرب القياسية من مادة Buna-N أو EPDM تفشل عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا.
نعم. سينخفض خرج الكثافة في الوقت الفعلي للمقياس بشكل حاد إذا تحول ثاني أكسيد الكربون إلى غاز داخل الأنبوب. تستخدم بعض تكوينات وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) إشارة الكثافة لتشغيل إنذار أو إيقاف عملية حساب الإجمالي مؤقتًا عندما تنخفض الكثافة عن عتبة محددة، وهو أمر مفيد لحساب الدفعات بدقة.
تُصنّف الطرازات القياسية DN15 حتى ضغط 100 بار. وتتوفر إصدارات عالية الضغط لاستخلاص ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج حتى ضغط 200 بار و400 بار. يُرجى تحديد أقصى ضغط تشغيل مسموح به (MAWP) عند طلب عرض سعر.
ثاني أكسيد الكربون غير قابل للاشتعال، لذا لا يتطلب العداد شهادة ATEX في بيئة مخصصة لثاني أكسيد الكربون فقط. إذا تم تركيب العداد في منطقة مصنفة لوجود مواد قابلة للاشتعال أخرى مجاورة، فيُرجى مراجعة مخطط تصنيف المنطقة. تُعدّ الحماية القياسية IP67 كافية لمعظم المنشآت الصناعية والمختبرية.
المواصفات القياسية: 4-20 مللي أمبير (تدفق الكتلة)، 4-20 مللي أمبير (الكثافة)، خرج نبضي (الإجمالي)، بروتوكول Modbus RTU عبر RS-485. المواصفات الاختيارية: بروتوكول HART، بروتوكول PROFIBUS DP. بالنسبة لجمع بيانات المختبر، يُعد بروتوكول Modbus RTU عبر RS-485 عادةً الأسهل تطبيقًا باستخدام محول USB-RS485 وبرنامج تسجيل بيانات قياسي.
أرسل البيانات التالية للحصول على توصية بشأن النموذج في نفس اليوم:
اتصل بشركة سيلفر أوتوميشن إنسترومنتس على silverinstruments.com بالمعايير المذكورة أعلاه.
سنتصل بك خلال 24 ساعة..
