کالیبراسیون فلومتر

قبل از تحقیق درباره کالیبراسیون فلومتر، باید بدانیم خود فلومتر چیست؟

فلومتر، در واقع دستگاهی است که با آن دبی مایعات و گازهای کارخانه‌ها یا هر گونه تاسیسات صنعتی را اندازه گیری و سنجش می‌کنند. دبی، یعنی حجم عبوری یک سیال که در یک زمان مشخص در حال عبور کردن از هر نوع لوله‌، مجرا یا گلوگاهی است. دبی سیال‌ها، به منظور نظارت بر شرایط حرکت آنها و تنظیم آن برای بازدهی بهتر فرآیندها و دستگاه‌های صنعتی که جریان در آنها وجود دارد، اندازه گیری می‌شود. در ادامه به بررسی نحوه کالیبراسیون فلومتر مغناطیسی و التراسونیک می‌پردازیم.

معرفی و تعریف فلومتر

فلومتر دستگاهی است که برای اندازه‌گیری دبی مایعات و گازها در صنایع مختلف از جمله نفت، گاز، پتروشیمی و آب و فاضلاب استفاده می‌شود. دبی به معنای حجم سیالی است که در واحد زمان از یک لوله یا مجرا عبور می‌کند. به عنوان مثال، تصور کنید که در یک نیروگاه برق، لازم است مقدار آب ورودی به بویلر با دقت بسیار بالایی تنظیم شود تا فشار سیستم بهینه بماند. در اینجا، فلومتر وظیفه دارد تا جریان آب را به‌طور دقیق اندازه‌گیری کند.

اندازه‌گیری دبی برای بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی و جلوگیری از هدر رفت منابع حیاتی است. در هر بخش از صنعت که سیالات به کار می‌روند، فلومترها نقش کلیدی در تضمین عملکرد ایمن و کارآمد ایفا می‌کنند.

استاندارد کالیبراسیون فلومتر

ضرورت کالیبراسیون در تجهیزات اندازه‌گیری جریان

کالیبراسیون یا واسنجی، فرآیندی حیاتی در مهندسی ابزار دقیق است که طی آن نتایج به‌دست‌آمده از یک دستگاه اندازه‌گیری با مقادیر مرجع تأییدشده مقایسه می‌شود. هدف اصلی این فرآیند، افزایش دقت و صحت اندازه‌گیری در تجهیزات صنعتی از جمله فلومترها، ترانسمیترها، فشارسنج‌ها و سایر ابزارهای حساس است. به‌ویژه در مورد فلومترهای مورد استفاده در صنایع حساس مانند نفت، گاز و تصفیه‌خانه‌های آب، کالیبراسیون منظم تضمین‌کننده عملکرد صحیح، جلوگیری از انحرافات اندازه‌گیری و جلوگیری از ضررهای اقتصادی سنگین است.

برای درک بهتر، مثالی ساده از ترازو را در نظر بگیرید: گاهی ممکن است ترازو در حالت بدون بار، عددی غیر صفر را نمایش دهد. در این حالت لازم است ترازو مجدداً کالیبره شود تا نقطه صفر اصلاح گردد. به‌همین ترتیب، فلومترها نیز با گذشت زمان یا تحت تأثیر شرایط محیطی (نظیر دما، رطوبت، رسوبات و نویز الکترونیکی) دچار افت دقت می‌شوند. بنابراین در بازه‌های زمانی مشخص و به‌صورت کاملاً سیستماتیک باید مجدداً تنظیم (Recalibrated) شوند تا دقت اندازه‌گیری حفظ شود و عملیات صنعتی با ایمنی و کارایی بالا ادامه یابد.

استانداردهای بین‌المللی برای کالیبراسیون فلومترها

در فرآیند کالیبراسیون فلومترهای التراسونیک و مغناطیسی، تطابق با استانداردهای معتبر بین‌المللی، نقش کلیدی در تضمین کیفیت و قابلیت ردیابی (Traceability) نتایج دارد. این استانداردها روش‌های مختلفی مانند روش جریان واقعی (Wet Calibration)، روش جرمی (Weighing Method)، و روش سرعت-سطح مقطع (Velocity-Area) را پوشش می‌دهند. مهم‌ترین استانداردهای مورد استفاده در این حوزه عبارت‌اند از:

• ISO 4185: روش velocity-area برای اندازه‌گیری جریان در لوله‌های بسته با استفاده از دستگاه‌هایی مانند current meters و لوله‌های Pitot-static، به‌ویژه در شرایط جریان آشفته (Swirl) یا محوری (Axial).

• ISO 11631: روش توزین برای اندازه‌گیری دقیق جریان سیالات در سیستم‌های بسته.

• ISO 1438: راهنمای اندازه‌گیری جریان با استفاده از فلومترهای الکترومغناطیسی، التراسونیک و سایر دستگاه‌های دارای قابلیت کالیبراسیون داخلی.

• ISO/TR 9464: راهنما برای بررسی اثر نوسانات جریان (Pulsations) بر عملکرد ابزارهای اندازه‌گیری جریان.

• ASME MFC-3M: استاندارد اندازه‌گیری جریان با استفاده از تجهیزاتی مانند اوریفیس (Orifice Plate)، نازل (Nozzle) و ونتوری (Venturi).

• AGA Report No. 3: اندازه‌گیری جریان گازهای طبیعی با استفاده از اوریفیس، مرجع مهم در صنعت گاز.

• API MPMS Chapter 14.3.2: الزامات نصب و مشخصات دقیق برای اوریفیس مترهای لبه‌تیز (Square-edged) در خطوط انتقال گازهای طبیعی و سیالات هیدروکربنی.

این استانداردها به مهندسان امکان می‌دهند تا دقت کالیبراسیون را تا سطح قابل اطمینان بین‌المللی افزایش دهند و از تطابق نتایج با الزامات قانونی و عملیاتی اطمینان حاصل نمایند.

چرا فلومتر باید کالیبره شود؟

عملیات‌های صنعتی باید با دقت بالا انجام شوند. به همین خاطر از ابزارهایی استفاده می‌شود که اندازه‌گیری‌های لازم را در عملیات‌ها به عهده دارند. همین ابزارها نیز به دلیل شرایط عملیات‌های صنعتی و هم به دلیل استهلاک دستگاه‌ها به دلیل استفاده کردن از آنها، ممکن است دچار مشکلاتی شده و دقت آنها پائین بیاید. پائین آمدن دقت این دستگاه‌ها باعث می‌شود اشتباهاتی در نتایج اندازه‌گرفتن آنها رخ دهد. به همین دلیل است که طی فرآیندی به نام کالیبراسیون فلومترها یا سایر ابزارهای اندازه‌گیری را مورد سنجش قرار داده و اشکالات احتمالی آنها را رفع می‌کنیم. پس در کالیبراسیون، دقت اندازه‌گیری بالا رفته و نتایج با استانداردهای بین المللی منطبق می‌‌شود.

صنایع حساس به دقت، مانند صنایع دارویی، شیمیایی، نفت و گاز، برای حفظ کیفیت تولیدات خود به اندازه‌گیری‌های دقیق نیاز دارند. برای مثال، در صنعت داروسازی، مقدار دقیق یک ماده شیمیایی برای تولید یک دارو حیاتی است و کوچک‌ترین خطا در اندازه‌گیری می‌تواند منجر به تولید محصولی نامطلوب شود.

نحوه کالیبراسیون فلومتر مغناطیسی

فلومترهای مغناطیسی یا مگ مترها، جریان سنج‌هایی هستند که سرعت حجمی را اندازه می‌گیرند. معمولا در آب و فاضلاب یا سایر کاربردهایی که در آنها فشار به صورت کمی کاهش پیدا می‌کند، از فلومترهای مغناطیسی استفاده می‌کنند. قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، مبنای عملکرد فلومتر مغناطیسی است. به این معنی که وقتی هادی در میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، القای ولتاژ رخ می‌دهد. البته توجه داشته باشید که تنها سرعت جریانات رسانا را می‌توانید با این جریان سنج اندازه‌گیری کنید.

برای عملکرد مگ مترهای اولیه لازم است عملکرد رساناهای سیال، حداقل 5-1 میکروزیمنس بر سانتی متر رسانایی داشته باشند. اما در طرح‌های جدیدتر این نیاز بیشتر شده و حداقل رسانایی سیال بین 0.05 و 0.1 کاهش پیدا کرده است. در این مقاله یک روش عمومی درباره نحوه کالیبراسیون فلومتر الکترومغناطیسی معرفی می‌شود اما بهتر است دستورالعمل شرکت‌های تولید کننده را مطالعه کنید و طبق آن عمل کنید. خرید ابزار دقیق برای انجام کالیبراسیون اهمیت زیادی دارد.

فلومترهای مغناطیسی بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادی کار می‌کنند. این بدان معناست که وقتی یک سیال رسانا از یک میدان مغناطیسی عبور می‌کند، ولتاژی در آن ایجاد می‌شود که مستقیماً با سرعت عبور سیال رابطه دارد.

اهمیت کالیبراسیون فلومترهای مغناطیسی در تصفیه‌خانه‌های آب

در یک تصفیه‌خانه آب، فلومتر مغناطیسی نقش حیاتی در اندازه‌گیری دقیق جریان آب ورودی به سیستم دارد. اگر این فلومتر به‌درستی کالیبره نشده باشد، ممکن است میزان جریان آب کمتر یا بیشتر از مقدار واقعی نمایش داده شود، که این امر می‌تواند کیفیت کل فرآیند تصفیه را تحت تأثیر قرار دهد. در فرآیند کالیبراسیون، هدف اصلی تعیین دقت و میزان خطای فلومتر است. این کار با مقایسه قرائت فلومتر با مقادیر جریان مرجع که توسط تجهیزات استاندارد ثبت می‌شود انجام می‌پذیرد. به‌طور کلی دو روش اصلی برای کالیبراسیون فلومترهای الکترومغناطیسی وجود دارد: روش اندازه‌گیری مستقیم (کالیبراسیون مرطوب) و روش غیرمستقیم. در روش مستقیم، جریان واقعی عبوری از فلومتر به کمک تجهیزات مرجع بسیار دقیق اندازه‌گیری و با خروجی فلومتر مقایسه می‌شود. به همین دلیل، این روش دقیق‌ترین و قابل اعتمادترین روش برای اعتبارسنجی عملکرد فلومتر در کاربردهای صنعتی، به‌ویژه در تصفیه‌خانه‌ها محسوب می‌شود.

مراحل عملی کالیبراسیون مرطوب فلومتر مغناطیسی

فرآیند کالیبراسیون فلومتر مغناطیسی معمولاً با تعیین سرعت جریان و قطر لوله آغاز می‌شود. ابتدا باید پمپ مناسب با شرایط آزمون انتخاب گردد. در صورتی که سیستم از نیروی هوای فشرده استفاده کند، روشن کردن کمپرسور و تأمین فشار مورد نیاز الزامی است. اگر جریان از طریق منبع مخزن بالا تأمین شود، باید پایداری جریان در محدوده ۱ تا ۲ درصد حفظ گردد، و همچنین دمای محیط در طول فرآیند نباید بیشتر از ۵ درجه سانتی‌گراد نوسان داشته باشد. پس از ثبت مقادیر مورد نیاز، بستن شیر خط آزمایش و خاموش کردن پمپ به‌منظور جلوگیری از تخلیه ناگهانی ولتاژ الزامی است. سپس با تخلیه کامل محیط آزمایش، مراحل نهایی شامل خاموش کردن سیستم کنترل و کمپرسور انجام می‌شود. رعایت کامل این مراحل برای اطمینان از صحت کالیبراسیون و عملکرد بهینه فلومتر مغناطیسی ضروری است.

نحوه کالیبراسیون فلومتر التراسونیک

 به طور کلی، فلومتر التراسونیک، با خصوصیات صوتی سیال مایع کار می‌کند. فلومترهای التراسونیک ، بسته به میزان دبی خود، از دما، چگالی، گرانروی و ذرات معلق در سیال تاثیر می‌گیرند. فلومترهای التراسونیک برخلاف فلومترهای مکانیکی  بخش‌های متحرک کمتری دارند و خروجی آنها نیز به صورت دیجیتالی نمایش داده می‌شود. فلومتر‌های التراسونیک، از لحاظ نحوه کالیبراسیون بسیار شبیه فلومترهای الکترومغناطیسی هستند و تقریبا هیچ تفاوتی بین نحوه کالیبراسیون آنها وجود ندارد.

فلومترهای التراسونیک بر اساس خواص صوتی سیال کار می‌کنند. این فلومترها معمولاً برای اندازه‌گیری جریان سیالاتی استفاده می‌شوند که حاوی ذرات معلق هستند یا دارای چگالی و گرانروی خاصی هستند.  در خطوط انتقال گاز، فلومترهای التراسونیک به دلیل دقت بالا و نداشتن بخش‌های متحرک، بیشتر از سایر نوع فلومترها به کار گرفته می‌شوند.

کالیبراسیون مجدد فلومتر

همانطور که می‌دانید کالیبراسیون فلومتر، به معنی کنترل صحت اندازه‌گیری فلومترِ در حال کار به وسیله دستگاه‌های اندازه‌گیری استاندارد و تنظیم آن مطابق با مقیاس استاندارد است. اما کالیبراسیون مجدد فلومتر، به معنی کالیبراسیون فلومتر در حال کار به صورت دوره‌ای است. ضرورت کالیبراسیون فلومتر، از آن جهت است که به خاطر شرایط انجام فرآیندهای صنعتی، اغلب به مرور زمان خوانش فلومترها دچار اشکال می‌شود.

تفاوت اصلی کالیبراسیون اصلی و مجدد در این است که کالیبراسیون اصلی، قبل از ارسال کردن، برای نصب فلومتر و استفاده کردن از آن انجام می‌شود ؛ اما کالیبراسیون مجدد پس از اینکه مدت‌زمان مشخصی از فلومتر استفاده شد، انجام می‌شود. البته یک سری نرم افزارهایی هم هستند که صحت اندازه‌گیری را کنترل می‌کنند و اگر مشکلی وجود داشته باشد آن را گزارش می‌دهند.

جمع‌بندی و اهمیت کالیبراسیون فلومتر در صنایع

در صنایعی همچون صنایع نفت و گاز یا صنایع پتروشیمی از فلومترها بسیار استفاده می‌شود. می‌توان گفت فلومترها ابزار مهمی در این صنایع هستند و به همین دلیل بالابودن دقت آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین دلیل است که ابزارهای دقیقی برای اندازه‌گیری دقت آنها ساخته شده است و به طور مرتب سنجش می‌شوند، فرآیند سنجش دقت آنها، کالیبراسیون گفته می‌شود. لازم است کالیبراسیون در دوره‌های زمانی مشخصی انجام شود تا دقت بالای فلومترها، حفظ شود و اختلالی در عملکرد صنایع پیش نیاید.در صنایعی مانند نفت و گاز و پتروشیمی، کالیبراسیون دقیق ابزارها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. هرگونه خطا در اندازه‌گیری می‌تواند منجر به خسارت‌های مالی یا حتی خطرات ایمنی شود. از این رو، فرآیند کالیبراسیون باید به صورت منظم و با دقت انجام شود تا از صحت عملکرد تجهیزات و ابزارهای اندازه‌گیری اطمینان حاصل شود.