عدادات التدفق المدمجة مقابل عدادات التدفق الداخلية للهواء المضغوط

كما هو الحال في جميع تطبيقات قياس تدفق الغاز، تستخدم أنظمة الهواء المضغوط نوعين شائعين من تركيب العدادات: التركيب المباشر والتركيب الداخلي. يُستخدم كلا النوعين على نطاق واسع في هذا المجال، لكنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا في دقة القياس، وحجم الأنابيب المناسب، وانخفاض الضغط، وطريقة التركيب. فيما يلي، سنلقي نظرة فاحصة على كلا النوعين لمساعدتك في اختيار الأنسب لتطبيق قياس الهواء المضغوط الخاص بك.

مبادئ التشغيل

قبل مقارنة أشكال التركيب، دعونا نلقي نظرة سريعة على تقنيات عدادات التدفق المستخدمة في خدمة الهواء المضغوط:

• تقيس عدادات التدفق الكتلي الحراري انتقال الحرارة بين عنصر استشعار ساخن والغاز المتدفق لتحديد معدل تدفق الكتلة مباشرة، دون الحاجة إلى تعويض منفصل للضغط أو درجة الحرارة.
• تقوم عدادات تدفق الدوامات بحساب تردد انفصال الدوامات خلف جسم غير انسيابي لاستخلاص التدفق الحجمي، وهي مناسبة للمجمعات الرئيسية عالية السرعة وعالية التدفق ولكنها تفقد الإشارة تحت الحد الأدنى للسرعة القابلة للقياس.
• تستخدم مقاييس الضغط التفاضلي (صفائح الفتحة، أنابيب فنتوري، أنابيب بيتوت المتوسطة) مبدأ برنولي لربط انخفاض الضغط بسرعة التدفق، ولكنها تتطلب مدخلات الضغط ودرجة الحرارة في الوقت الحقيقي للتحويل إلى تدفق الكتلة أو التدفق الحجمي القياسي (Nm³/h).

عدادات تدفق الهواء المضغوط

مقياس تدفق الهواء المضغوط 8 بوصة

مقياس التدفق الرقمي للهواء المضغوط

مقياس تدفق الهواء الدوامي

لوحة فتحة مقياس التدفق DP

تُعدّ عدادات التدفق الكتلي الحراري، عمليًا، التقنية الأكثر استخدامًا في تطبيقات الهواء المضغوط. فهي تقيس التدفق الكتلي مباشرةً، وتستجيب بدقة عند سرعات التدفق المنخفضة، وتعمل بكفاءة عالية في مختلف التطبيقات، بدءًا من كشف التسربات في الخطوط الفرعية وصولًا إلى قياس التدفق في خطوط التوزيع الرئيسية. ويُعدّ كلٌّ من التكوينات المدمجة والداخلية من أكثر أنواع عدادات التدفق الكتلي الحراري شيوعًا. سنركز في بقية هذا المقال على أداء كلٍّ من هذه التكوينات في تطبيقات الهواء المضغوط.

مقياس الكتلة الحرارية المدمج

يتم تركيب مقياس الكتلة الحرارية المدمج عن طريق قطع الأنبوب وتوصيل المقياس مباشرةً به. يمر تدفق الهواء بالكامل عبر جسم المقياس. في الداخل، يعمل عنصران استشعار RTD بالتزامن: أحدهما يقيس درجة حرارة الغاز، والآخر يُسخّن. ويُحدد فرق درجة الحرارة بين العنصرين كمية الغاز المتدفقة للمقياس.

الخصائص الرئيسية:

• قياس كامل للفتحة دون الحاجة إلى افتراض توزيع السرعة
• دقة نموذجية: ±1.5% من القراءة، قابلية التكرار ±0.5%
• نسبة تخفيض واسعة، عادةً 100:1، مما يتيح قياسًا موثوقًا به من ظروف التدفق الكامل وصولًا إلى اكتشاف التسربات ذات التدفق المنخفض
• لا توجد أجزاء متحركة، الحد الأدنى من متطلبات الصيانة
• مناسب لأحجام الأنابيب من DN15 إلى DN200؛ أما فوق DN200، فترتفع التكلفة بشكل حاد.

عدادات تدفق الكتلة الحرارية للإدخال

يعمل مقياس التدفق الحراري من نوع الإدخال على نفس مبدأ المقاومة الحرارية المزدوجة، ولكن بدلاً من قطع الأنبوب، يتم إدخال مسبار عبر فتحة في جدار الأنبوب إلى عمق محدد داخل مجرى التدفق. يقيس المسبار سرعة الغاز ودرجة حرارته محلياً، ويحسب المقياس إجمالي التدفق من تلك العينة.

يتوفر نوعان من تكوينات المجس:

• تقوم المجسات أحادية النقطة بوضع عناصر الاستشعار على عمق ثابت، عادةً 0.119D من خط منتصف الأنبوب، وهي النقطة التي تمثل أفضل متوسط ​​سرعة في ظل التدفق المضطرب المتطور بالكامل.
• تقوم مجسات المتوسط ​​متعددة النقاط بأخذ عينات على أعماق متعددة عبر المقطع العرضي للأنبوب وحساب متوسط ​​القراءات، مما يقلل من تأثير ملامح التدفق غير المتساوية.

الخصائص الرئيسية:

• لا تزداد تكلفة المجس بشكل ملحوظ مع زيادة قطر الأنبوب، مما يجعل عدادات الإدخال فعالة من حيث التكلفة لتطبيقات الأقطار الكبيرة بدءًا من DN100 فما فوق.
• الدقة: ±2% من القراءة في الظروف المثالية؛ من ±3 إلى ±5% عندما يكون الجريان المستقيم في اتجاه المنبع غير كافٍ
• يتطلب ذلك طول أنبوب مستقيم يتراوح بين 15 و30 قطراً في الجزء العلوي و5 أقطار في الجزء السفلي؛ ويمكن لأجهزة تنظيم التدفق تقليل هذا المتطلب.
• يمكن سحب المسبار للتنظيف أو إعادة المعايرة دون إيقاف تشغيل النظام

مقارنة الدقة

تختلف عدادات الكتلة الحرارية المدمجة والداخلية في جانب رئيسي واحد: طريقة قياس التدفق.

تقيس العدادات المدمجة انتقال الحرارة عبر كامل المقطع العرضي للتدفق، مما يجعلها غير حساسة إلى حد كبير لتشوه توزيع السرعة. أما العدادات التي تُدخل في خط التدفق فتأخذ عينة من نقطة واحدة، وأي اضطراب في الجزء العلوي من خط التدفق، مثل الأكواع أو المخفضات أو الصمامات المفتوحة جزئيًا أو وصلات حرف T، قد يؤثر على القراءة.

إرشادات الاختيار:

• اختر نظام القياس المباشر عندما تكون الدقة المطلوبة ±1-2%. تشمل التطبيقات النموذجية فوترة الطاقة، وتخصيص التكاليف، والكشف عن التسربات.
• اختر الإدخال عندما يكون ±3% مقبولاً، فهو كافٍ لمراقبة التدفق العام على رؤوس كبيرة، ومتاح بتكلفة أقل بكثير.

قطر الأنبوب وتكلفته

قد يكلف مقياس الكتلة الحرارية المدمج ذو الفتحة الكاملة لأنبوب رئيسي بقطر DN300 من خمسة إلى عشرة أضعاف تكلفة مسبار الإدخال المماثل. أما عند أقطار DN500 وما فوق، فإن مقاييس الكتلة الحرارية المدمجة ذات الفتحة الكاملة غير متوفرة أو غير عملية، مما يجعل الإدخال الخيار الوحيد المتاح.

التركيب والصيانة

تُعد طريقة التركيب مجالًا آخر تختلف فيه عدادات القياس المدمجة وعدادات الإدخال اختلافًا كبيرًا.

تتطلب العدادات المدمجة قطع الأنبوب وتركيب قطعة بكرة ذات حواف، مما يستلزم إيقاف تشغيل النظام بالكامل وخفض الضغط.

توفر عدادات الإدخال مرونة أكبر:

• يتطلب التركيب القياسي حفر ولحام وصلة ملولبة في جدار الأنبوب، الأمر الذي لا يزال يتطلب إيقاف التشغيل.
• باستخدام أدوات التثبيت الساخن، يمكن تركيب المسبار تحت ضغط النظام الكامل دون انقطاع إمدادات الهواء المضغوط.
• يمكن سحب المجسات من خلال صمام العزل للتنظيف أو إعادة المعايرة دون إيقاف تشغيل الخط، وهو أمر مفيد بشكل خاص في الأنظمة التي يتراكم فيها الزيت أو المكثفات على عناصر استشعار RTD بمرور الوقت.

انخفاض الضغط

يشير انخفاض الضغط إلى فقدان الضغط أثناء مرور الهواء المضغوط عبر مقياس التدفق. كلما زاد انخفاض الضغط، زادت صعوبة عمل الضاغط للحفاظ على ضغط النظام، وزاد استهلاك الطاقة.

تُسبب عدادات الكتلة الحرارية المدمجة عادةً انخفاضًا دائمًا في الضغط يتراوح بين 20 و50 ملي بار عند معدل التدفق المُقنن. أما مجسات الإدخال، التي تشغل أقل من 5% من قطر الأنبوب، فتبقى أقل من 5 ملي بار في معظم ظروف التشغيل.

بالنسبة للأنابيب ذات الأقطار الصغيرة، يمكن التحكم في هذا الفرق. أما بالنسبة للأنابيب الرئيسية ذات الأقطار الكبيرة ومعدلات التدفق العالية، فيصبح انخفاض الضغط تكلفة تشغيلية حقيقية، وتوفر عدادات الإدخال ميزة مهمة في هذا الصدد.

كما ذُكر سابقًا، لا يوجد خيار أفضل من الآخر بشكلٍ مطلق. يعتمد الاختيار الأمثل على حجم الأنابيب، ومتطلبات الدقة، وظروف الموقع. في معظم أنظمة الهواء المضغوط، يؤدي كلا النوعين من العدادات دورًا مهمًا: العدادات المدمجة في نقاط القياس الحرجة حيث تكون الدقة في غاية الأهمية، والعدادات القابلة للتركيب على أنابيب التوزيع الكبيرة حيث تُعطى الأولوية للتكلفة ومرونة التركيب.