کالیبراسیون فلومتر
قبل از توضیح دادن درباره کالیبراسیون فلومتر بهتر است تعریفی از واژه‌های تخصصی این بحث به شما ارائه دهیم تا اول معنی و مفهوم کلمات را بفهمیم بعد به بحث اصلی می‌پردازیم. 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
کالیبراسیون یا واسنجی، فرآیندی است که در آن ارقامی که با وسیله اندازه‌گیری بدست آمده است را در مقایسه با مرجع تائید شده، مطابقت می‌دهند. هدف کالیبراسیون این است که دقت و صحت اندازه‌گیری با کمک تجهیزات ابزار دقیق و به طور کلی همه تجهیزات و ابزارهایی که بر کیفیت فرآیندها تاثیر گذارند، بالا برود.
در مورد کالیبراسیون فلومتر باید گفت که لازم است برای جلوگیری از بروز اشتباه و اشکال در خواندن نتیجه اندازه‌گیری، در دوره‌های زمانی مشخص، این دستگاه مجددا تنظیم شود. شاید دیده باشید که گاهی ترازوها در حالی که کسی یا چیزی روی آنها نیست عددی را نمایش می‌دهند، در اینجا لازم است ترازو اصطلاحا کالیبره شود تا مقدار اولیه صفر را نشان دهد. در صنعت، فلومترها به صورت دوره‌ای و کاملا منظم کالیبره می‌شوند تا عملیات‌ها به موقع و کاملا ایمن انجام شوند و اندازه‌گیری‌های لازم در کمال صحت و درستی انجام شوند.
کالیبراسیون به معنای تنظیم یا اصلاح دستگاه‌ها به منظور دستیابی به دقت و صحت بیشتر است. به عنوان مثال، اگر در یک خط تولید نفت خام، فلومتر به‌درستی کالیبره نشده باشد، ممکن است مقدار واقعی نفت جابجا شده کمتر یا بیشتر از مقدار گزارش شده باشد که می‌تواند به ضرر مالی سنگینی منجر شود.
در فرآیند کالیبراسیون، نتایج اندازه‌گیری دستگاه با استانداردهای بین‌المللی معتبر مقایسه میشود. این فرآیند باعث میشود ابزارهایی که به دلیل شرایط محیطی و صنعتی دچار افت دقت شده‌اند، دوباره به وضعیت بهینه خود بازگردند.
استانداردها و روش‌های مختلف برای انجام کالیبراسیون فلومتر التراسونیک و مغناطیسی وجود دارند. برخی از استانداردها که معمولاً در این زمینه استفاده می‌شوند عبارت‌اند از:
- ISO 4185: اندازه‌گیری جریان سیال در لوله‌های بسته – روش‌های velocity-area برای اندازه‌گیری جریان در شرایط جریان swirl یا axial در لوله‌های دایره‌ای با استفاده از current-meters یا لوله‌های Pitot static
- ISO 11631: اندازه‌گیری جریان سیال در لوله‌های بسته – روش‌های weighing برای اندازه‌گیری جریان سیال در مجاری بسته
- ISO 1438: اندازه‌گیری جریان سیال در مجاری بسته – روش‌های velocity-area برای اندازه‌گیری جریان با استفاده از electromagnetic، ultrasonic و سایر flowmeters دارای تابع calibration
- ISO/TR 9464: اندازه‌گیری جریان سیال در مجاری بسته – راهنمایی‌ها در مورد تأثیر pulsations جریان بر ابزارهای اندازه‌گیری جریان
- ASME MFC-3M: اندازه‌گیری جریان سیال در لوله‌ها با استفاده از orifice، nozzle و Venturi
- AGA Report No. 3: اندازه‌گیری با استفاده از orifice برای گازهای طبیعی و سیالات هیدروکربن مرتبط
- API MPMS Chapter 14.3.2: اندازه‌گیری با استفاده از orifice برای گازهای طبیعی و سیالات هیدروکربن مرتبط Concentric، Square-edged Orifice Meters، Part 2: Specification and Installation Requirements
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.
مثالی کاربردی: در یک تصفیه‌خانه آب، فلومتر مغناطیسی برای اندازه‌گیری جریان آب ورودی به سیستم استفاده میشود. اگر این فلومتر به درستی کالیبره نشده باشد، ممکن است جریان آب کم یا زیاد اندازه‌گیری شود که می‌تواند کیفیت فرآیند تصفیه را تحت تاثیر قرار دهد.
در کالیبراسیون، در واقع برای تعیین دقت و خطای فلومترهای الکترومغناطیسی، جریان‌سنج با مقیاس‌های استاندارد اندازه‌گیری مقایسه میشود. به طور کلی دو روش برای کالیبره کردن جریان فلومترهای الکترومغناطیسی وجود دارد که عبارت‌اند از روش اندازه‌گیری مستقیم و روش اندازه‌گیری غیر مستقیم.
در بین این دو روش، روش اندازه‌گیری مستقیم، به عنوان روش کالیبراسیون جریان واقعی شناخته میشود. علت این است که، در این روش مقدار جریان واقعی سیال در کنتوری که باید کالیبره شود، اندازه‌گیری میشود و سپس با کمک گرفتن از سایر دستگاه‌های استانداردی که با آنها اندازه‌گیری می‌کنند، مقدار جریان را مقایسه می‌کنند. به این روش کالیبراسیون مرطوب نیز گفته میشود. مقدار جریان به دست آمده از این روش، بسیار دقیق و قابل اعتماد است و بسیاری از جریان سنج‌های استاندارد موجود از این دقت اندازه‌گیری بهره می‌گیرند.
تولید کنندگان و سازندگان فلومترهای الکترومغناطیسی، لازم است فلومترهای تولیدی را با کالیبراسیون جریان واقعی سنجش کرده و سپس از کارخانه خارج می‌کنند. پس از آن کاربران نیز بهتر است پس از کنترل‌ها و تعمیرات اساسی که به طور منظم روی فلومتر انجام می‌دهند، فرآیند کالیبراسیون جریان واقعی را نیز روی فلومتر پیاده کنند. نحوه کالیبراسیون عمومی یک فلومتر الکترومغناطیسی به این شرح است:
- با توجه به قطر لوله و سرعت جریان لازم برای آزمایش تائید، پمپ مربوطه را انتخاب کنید
- توجه کنید در صورت استفاده سیستم از نیروی هوای فشرده، لازم است کمپرسور هوا را روشن کنید تا فشار هوا به فشار مورد نیاز سیستم برسد
- همچنین توجه کنید در صورت استفاده از منبع آب مخزن بالا، لازم است بررسی کنید در روش جریان، پایداری جریان در هر نقطه‌ای از جریان 1 تا 2 درصد باشد. قانون مقدار کل نیز می‌تواند در حدود 5 درصد باشد. هنگامی که جریان یک نقطه تائید میشود، دمای محیط تائید نباید بیشتر از 1 درجه سانتی‌گراد تغییر کند. به طور کلی در کل مدت زمان تائید نیز نباید بیشتر 5 درجه سانتی‌گراد تغییر کند
بعد از اتمام فرآیند تست، باید ابتدا شیر جلوی خط لوله آزمایش بسته شود. پس از آن پمپ را خاموش می‌کنیم تا تاسیسات تثبیت ولتاژ تخلیه نشوند. همین موقع نیز محیط تائیدی که در خط لوله آزمایش باقی مانده است را تخلیه می‌کنیم. پس از تمام این مراحل، نوبت خاموش کردن سیستم کنترل و کمپرسور هوا فرامی‌رسد.
نحوه کالیبراسیون فلومتر التراسونیک
به طور کلی، فلومتر التراسونیک، با خصوصیات صوتی سیال مایع کار می‌کند. این فلومترها، 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. برای مثال، 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. به 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.
