مصنّعو مقاييس التدفق: دليل لاختيار مقاييس التدفق السائل الشائعة

بصفتنا مصنّعًا لعدادات التدفق، لدينا تطبيقات في الإنتاج الصناعي، وتوريد المياه البلدية، وصناعات الطاقة والكيماويات، إلخ. فيما يلي ملخص لدليل شراء عدادات التدفق:

إن قياس تدفق السوائل بدقة أمر بالغ الأهمية لضمان كفاءة الإنتاج، والتحكم في التكاليف، والسلامة. تعد عدادات التدفق التوربينية، وعدادات التدفق الكهرومغناطيسية، وعدادات التدفق فوق الصوتية، وعدادات التدفق الدوامي من أكثر أجهزة قياس التدفق استخدامًا في قطاع السوائل. ويعتمد كل نوع على مبدأ تشغيل فريد، مما يؤدي إلى ميزات أداء مختلفة وحدود تطبيق متباينة.

تحليل الخصائص الأساسية لأربعة أنواع رئيسية من عدادات التدفق السائلة

(1) مقياس تدفق التوربين

1.1 سيناريوهات الاستخدام

تُستخدم عدادات التدفق التوربينية على نطاق واسع في تطبيقات السوائل النظيفة التي تتطلب دقة عالية في قياس التدفق، وذلك بفضل ميزتها في القياس الدقيق. وتشمل هذه التطبيقات قياس تسليم الزيوت المكررة مثل زيت الوقود الخفيف والديزل في الصناعة البترولية والكيميائية، وتعبئة وقياس السوائل المعقمة مثل المياه النقية والحليب في صناعة الأغذية والمشروبات، وقياس تسليم الأدوية السائلة بدقة في الصناعة الدوائية. كما تُستخدم بشكل واسع لمراقبة تدفق وسائط التشحيم مثل زيت التشحيم وزيت الهيدروليك في أنظمة التبريد الصناعية، وهي مناسبة بشكل خاص للسوائل ذات اللزوجة المتوسطة إلى المنخفضة والخالية من الشوائب.

1.2 المزايا

دقة القياس العالية : ضمن مدى التدفق المقنن، يمكن أن تصل الدقة عادةً إلى ±0.2%~±1.0%. وتعتبر من أكثر أنواع قياس تدفق السوائل دقةً حاليًا، ويمكنها تلبية متطلبات القياس عالي الدقة.

سرعة استجابة سريعة : شفرات التوربينات حساسة للغاية للتغيرات في التدفق ويمكنها بسرعة التقاط التقلبات اللحظية في التدفق، مما يجعلها مناسبة للسيناريوهات الديناميكية التي تتطلب مراقبة التغيرات في التدفق في الوقت الفعلي.

هيكل مدمج وتركيب سهل : إنها صغيرة الحجم وخفيفة الوزن نسبيًا، وتتطلب مساحة تركيب أقل، وتتميز بطرق تركيب مرنة. يمكن توصيلها بواسطة الشفاه أو المشابك أو الخيوط لتتناسب مع تخطيطات الأنابيب المختلفة.

فقدان ضغط صغير : عند تدفق التشغيل العادي، يكون فقدان الضغط للسائل المار عبر عداد التدفق التوربيني صغيرًا نسبيًا ولن يؤثر كثيرًا على توازن الضغط في نظام الأنابيب بالكامل.

1.3 السلبيات

متطلبات عالية لنظافة الوسط : يمكن أن تتآكل شفرات التوربينات أو تتعطل بسبب الشوائب والجسيمات الموجودة في الوسط، مما يؤدي إلى انخفاض دقة القياس أو حتى تلف المعدات، وبالتالي يجب تزويدها بأجهزة تصفية صارمة.

متأثر بشكل كبير بلزوجة الوسط : عند قياس السوائل ذات اللزوجة العالية، ستؤدي لزوجة السائل إلى تقليل سرعة شفرات التوربين، مما ينتج عنه نتائج قياس منخفضة.

عرضة للتآكل الميكانيكي : تكون شفرات التوربين والمحامل على تماس ميكانيكي، مما يؤدي إلى حدوث تآكل بعد الاستخدام الطويل الأمد. ويُطلب الصيانة الدورية والاستبدال، كما أن العمر الافتراضي نسبيًا قصير.

(2)عداد تدفق كهرومغناطيسي

2.1 حالات الاستخدام

تعمل عدادات التدفق الكهرومغناطيسية على أساس مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، وهي غير متأثرة بمعالم فيزيائية مثل كثافة الوسط ودرجة اللزوجة ودرجة الحرارة. وهي مناسبة لقياس السوائل الموصلة، وتُستخدم على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي البلدية، وقياس تصريف المياه الصناعية، ومراقبة نقل الصناعة الكيميائية للسوائل المسببة للتآكل مثل المحاليل الحمضية والقلوية ومحاليل الأملاح، وكذلك قياس تدفق السوائل التي تحتوي على جسيمات صلبة في الصناعة المعدنية مثل الملاطين والوحل. كما أنها تؤدي أداءً جيدًا في الصناعة الغذائية لقياس السوائل الموصلة ذات اللزوجة العالية مثل الصلصات والشراب.

2.2 المزايا

مرونة عالية في التكيف مع الوسائط : طالما كانت توصيلية الوسط ≤20 مايكروسيمنز/سم، يمكن تحقيق قياس دقيق بغض النظر عن التغيرات في لزوجته وكثافته. ويمكنها قياس السوائل التي تحتوي على جسيمات، أو مواد عالقة، بل وحتى السوائل المسببة للتآكل مثل الوحل والملاط.

دقة قياس مستقرة : ضمن نطاق القياس، يمكن أن تصل الدقة إلى ±0.5%~±1.0%، وتتأثر بشكل أقل بالتغيرات في التدفق.

لا يوجد احتكاك ميكانيكي وعمر خدمة طويل : لا توجد أجزاء متحركة في أنبوب القياس، ويتم القياس فقط من خلال الحث الكهرومغناطيسي، مما يتجنب التآكل الميكانيكي ويقلل من تكاليف الصيانة.

فقدان ضغط ضئيل : جدار الأنبوب القياسي الداخلي ناعم، وبالتالي يكون فقدان الضغط شبه معدوم عند مرور السوائل من خلاله. وهو مناسب للأنظمة التي تتطلب قيودًا صارمة على فقدان ضغط الأنابيب.

إمكانية قياس التدفق العكسي : بفضل إمكانية القياس ثنائي الاتجاه، يمكنه تسجيل تدفق السوائل الأمامي والعكسي بدقة، مما يجعله مناسبًا للمشاهد التي تحتاج إلى مراقبة عودة السوائل.

2.3 السلبيات

غير قادر على قياس السوائل غير الموصلة للكهرباء : لا يمكن قياس السوائل ذات التوصيلية ≤20 ميكروسيemens/سم (مثل البنزين، والديزل، والكحول، والماء النقي، إلخ) بشكل فعال، وهي بذلك تمثل أهم قيد تطبيقي لهذا الجهاز.

متأثر بالتداخل الكهرومغناطيسي الخارجي : إذا كانت هناك مجالات مغناطيسية قوية أو مصادر تداخل عالية التردد (مثل المحركات الكبيرة والمحولات) بالقرب من بيئة التركيب، فسوف تتأثر دقة القياس ويجب اتخاذ تدابير درع واقية.

(3)جهاز قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية

3.1 سيناريوهات الاستخدام

تستخدم عدادات التدفق بالموجات فوق الصوتية طريقة قياس غير تلامسية، مما يلغي الحاجة إلى التلامس المباشر مع الوسط. هذه العدادات مناسبة لمجموعة متنوعة من السيناريوهات المعقدة، مثل رصد التدفق في خطوط الأنابيب ذات القطر الكبير في أنظمة المياه والتدفئة البلدية، وقياس تدفق السوائل القابلة للاشتعال، والسوائل المتفجرة وال corrosive في الصناعة البترولية والكيميائية، وقياس السوائل الصحية في الصناعات الغذائية والدوائية. علاوة على ذلك، توفر ميزة كبيرة في مشاريع تجديد التدفق التي تنطوي على خطوط أنابيب قديمة، حيث يمكن تركيبها دون فصل الأنبوب.

3.2 المزايا

قياس غير تلامسي، ذو قدرة تكيف عالية : يتم تركيب المستشعر على الجدار الخارجي للأنبوب ولا يحتاج إلى التلامس مع الوسط، مما يتجنب مشكلة تآكل الوسط وتلوث المستشعر. يمكنه قياس السوائل القابلة للاشتعال، والانفجار، والسامية للغاية، والتآكل العالي، وغيرها من السوائل الخاصة.

سهولة التركيب دون التأثير على تشغيل الأنبوب : يمكن إتمام التركيب دون قطع الأنبوب أو إيقاف الإنتاج. وهو مناسب بشكل خاص لإعادة تأهيل مراقبة التدفق في خطوط الأنابيب القديمة أو ذات القطر الكبير التي لا يمكن إيقافها.

3.3 العيوب

متأثر بشدة بظروف الأنبوب : سيؤدي الترسب أو التآكل أو الصدأ على الجدار الداخلي للأنبوب إلى إضعاف إشارة الانعكاس فوق الصوتية، مما يؤثر على دقة القياس؛ قد تؤثر بعض مواد الأنابيب على القياس.

متأثر بشكل كبير بخصائص الوسط : إذا احتوى الوسط على عدد كبير من الفقاعات والجسيمات العالقة، فسوف يؤدي ذلك إلى تشتت الموجات فوق الصوتية وزيادة خطأ القياس؛ كما أن دقة قياس السوائل عالية اللزوجة ستنخفض أيضًا.

دقة القياس منخفضة نسبيًا : دقة عدادات التدفق فوق الصوتية التقليدية هي ±1% ~ ±1.5%، وهي أقل من دقة عدادات التدفق التوربينية وعدادات التدفق الكهرومغناطيسية، ومن الصعب تلبية متطلبات القياس عالي الدقة.

محدودية التكيف مع البيئة : في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية والاهتزاز الشديد، ستقل استقرار المستشعر، ويجب اتخاذ إجراءات وقائية إضافية.

(4) عداد تدفق أعاصير

4.1 سيناريوهات الاستخدام

تعمل عدادات التدفق الدوامي على أساس مبدأ كارمن الدوامي وهي مناسبة لقياس السوائل النظيفة ضمن نطاق معين من رقم رينولدز. وتُستخدم على نطاق واسع لمراقبة تدفق المياه الباردة في الأنظمة الصناعية للتبريد، وقياس كمية تدفق السوائل ذات اللزوجة المنخفضة إلى المتوسطة مثل المذيبات والكواشف في الصناعة الكيميائية، وكذلك قياس تدفق سوائل مثل الزيت الخفيف والزيت الحراري في قطاع الطاقة. كما تُستخدم بشكل واسع لمراقبة تدفق المياه المبردة والسخنة في أنظمة تكييف الهواء، وتناسب بشكل خاص قياس السوائل متوسطة إلى عالية السرعة.

4.2 المزايا

بنية بسيطة وموثوقية عالية : يوجد مولد دوامة واحد فقط في الأنبوب القياسي، ولا توجد أجزاء متحركة، مما يعني انخفاض احتمالية الأعطال الميكانيكية، وانخفاض تكلفة الصيانة، وطول العمر الافتراضي.

فقدان ضغط معتدل : مقارنةً بعداد التوربينات، يكون فقدان الضغط أعلى قليلاً، ولكنه أقل من عداد التدفق ذو التضييق، ولذلك له تأثير ضئيل على ضغط نظام الأنابيب.

درجة حرارة القياس العالية : يمكنه قياس الوسائط ذات درجات الحرارة العالية، ويمكنه الدعم حتى 350° للوسائط ذات درجات الحرارة العالية.

4.3 السلبيات

توجد متطلبات معينة لنظافة الوسيط : إذا التصقت الشوائب أو الجسيمات بالمولد الدوامي أو علقت به، فسوف يؤثر ذلك على استقرار تكوين الدوامة ويزيد من خطأ القياس. لذلك، لا يُناسب السوائل التي تحتوي على كمية كبيرة من الجسيمات العالقة.

متأثر بشكل كبير بالتدفق المنخفض : عندما تكون سرعة تدفق السائل منخفضة، يصعب تشكيل شارع دوامة كارمن المستقر، مما يؤدي إلى انخفاض دقة القياس بشكل كبير، أو حتى عدم عمل الجهاز بشكل طبيعي، وبالتالي توجد متطلبات للحد الأدنى من معدل التدفق.

قدرة ضعيفة على مقاومة الاهتزاز : يمكن أن تتداخل الاهتزازات الخارجية بسهولة مع تردد شارع الدوامة، مما يؤدي إلى قياس خاطئ. لذلك، يجب تركيبه في بيئة ذات اهتزازات أقل أو تزويده بجهاز تعويض الاهتزازات.

2.4 أنواع مقارنة المعايير الأساسية لعداد التدفق وتحليل القابلية للتكيف

(1) مقارنة المعايير الأساسية

نوع المعلمة	مقياس تدفق التوربين	عداد تدفق كهرومغناطيسي	جهاز قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية	عداد تدفق أعاصير
دقة القياس	±0.2%~±1.0%	±0.5%~±1.0%	±1%~±1.5%	±1%~±2.5%
متطلبات توصيل العازل	لا توجد متطلبات	≤20us/سم	لا توجد متطلبات	لا توجد متطلبات
متطلبات نظافة الوسط	عالية (تحتاج إلى التصفية)	منخفضة (قد تحتوي على جزيئات)	عالية (تؤثر الجسيمات على الدقة)	عالية (تجنب التصاق الشوائب)
فقدان الضغط	صغير	صغير جدًا	لا شيء	صغير
تكاليف الصيانة	عالية (تتطلب استبدالًا دوريًا للشفرات/المحامل)	منخفض	منخفض	منخفض

(2) تحليل ملاءمة السيناريوهات

استنادًا إلى مقارنة المعلمات أعلاه وخصائص الأداء لكل عداد تدفق، يمكن تقسيم القابلية للتكيف في السيناريوهات المختلفة إلى ثلاث مستويات: "قابلية تكيف عالية"، و"قابلية تكيف عامة"، و"غير مناسب". والملاءمة المحددة هي كما يلي:

2.1 سيناريوهات قياس السوائل النظيفة عالية الدقة (مثل تعبئة الزيت المكرر وتوصيل الأدوية السائلة)

2.1.1 قابلية تكيف عالية: عداد التدفق التوربيني. يتمتع بدقة عالية تتراوح بين ±0.2% و±1.0%، وبتكرارية عالية يمكنها تلبية احتياجات القياس، ويتميز باستقرار ممتاز في السوائل النظيفة ذات اللزوجة المنخفضة.

2.1.2 ملاءمة عامة: عداد التدفق الكهرومغناطيسي، والذي يتطلب أن تكون السوائل موصلة كهربائيًا وأن تكون دقته مطابقة للمتطلبات. وهو كبير الحجم وغير فعّال مع السوائل غير الموصلة.

2.1.3 عدم التوافق: عدادات التدفق بالموجات فوق الصوتية تتمتع بدقة غير كافية، وعدادات التدفق الدوامي تتميز باستقرار ضعيف عند معدلات التدفق المنخفضة.

2.2 سيناريوهات قياس السوائل المسببة للتآكل أو التي تحتوي على جزيئات (مثل المحاليل الكيميائية الحمضية والقلوية، ومعالجة مياه الصرف الصحي)

2.2.1 قدرة تكيف عالية: عدادات التدفق الكهرومغناطيسية مقاومة للتآكل ويمكنها التكيف مع الوسائط التي تحتوي على جزيئات.

2.2.2 تكيف عام: عداد التدفق بالموجات فوق الصوتية، حيث تتيح عملية القياس دون تماس المباشر تجنب التآكل، ولكن الدقة تنخفض عندما يكون هناك عدد كبير من الفقاعات أو الجزيئات.

2.2.3 غير متوافق: عدادات التدفق التوربينية عرضة للتآكل والانسداد، وعدادات التدفق الدوامي عرضة لالتصاق الشوائب بها.

2.3 سيناريوهات خطوط الأنابيب ذات القطر الكبير أو إعادة تأهيل خطوط الأنابيب القديمة (مثل أنظمة إمدادات المياه البلدية وأنظمة التدفئة)

2.3.1 قدرة تكيف عالية: عدادات التدفق بالموجات فوق الصوتية. التثبيت بدون تماس مباشر لا يتطلب قطع الأنبوب وهو مناسب للأنابيب ذات القطر الكبير؛ يمكن تركيب عدادات التدفق الكهرومغناطيسية بشكل إدخالي.

2.3.2 التكيف العام: يمتلك عداد التدفق الكهرومغناطيسي دقة عالية، لكنه يتطلب قطع الأنبوب للتركيب، مما يجعل التعديل صعبًا.

2.3.3 غير متوافق: تُستخدم عدادات التدفق التوربينية للأنابيب ذات القطر الصغير، ولا تكون مناسبة للأنابيب التي يزيد قطرها عن DN200. كما أن عدادات التدفق الدوامي غير مناسبة للأنابيب التي يزيد قطرها عن DN300.

3. المنطق الأساسي لاتخاذ القرار في اختيار عداد التدفق

في التطبيقات العملية، يجب أن يتبع اختيار عدادات التدفق المبدأ المتمثل في "أولوية السيناريو ومطابقة المعلمات". وتكون خطوات اتخاذ القرار على النحو التالي:

3.1 تحديد خصائص الوسط : أولاً، قم بتحديد توصيلية السائل (ما إذا كان موصلًا)، ونقاوته (التلوث)، واللزوجة (لزوجة عالية/متوسطة/منخفضة). هذا أمر أساسي لاستبعاد عدادات التدفق غير المتوافقة. على سبيل المثال، يجب استبعاد السوائل غير الموصلة من عدادات التدفق الكهرومغناطيسية مباشرة، بينما يجب استبعاد السوائل التي تحتوي على كميات كبيرة من الجسيمات من عدادات التدفق التوربينية.

3.2 متطلبات دقة القياس : بالنسبة للسيناريوهات التي تتطلب دقة عالية مثل التسوية التجارية والتعبئة الدقيقة، يُفضل استخدام عدادات التدفق التوربينية أو عدادات التدفق الكهرومغناطيسية؛ أما بالنسبة للسيناريوهات متوسطة أو منخفضة الدقة مثل المراقبة الروتينية والتحكم في العمليات، فيمكن اختيار عدادات التدفق الدوامية أو عدادات التدفق فوق الصوتية.

3.3 ظروف الخط الأنابيبي والبيئة : وفقًا لقطر الأنبوب، تُعطى أولوية لعدادات التدفق بالموجات فوق الصوتية للأنابيب التي يزيد قطرها عن DN200، وتُعطى عدادات التوربين وعدادات التدفق بالموجات فوق الصوتية أولوية عند التركيب في مساحات صغيرة؛ الاهتزاز البيئي/درجة الحرارة: تجنب اختيار عدادات التدفق الدوامية في حالات الاهتزاز الكبيرة، واختر عدادات التدفق الدوامية للبيئات ذات درجات الحرارة العالية.

4. توصيات مصنّع عداد التدفق

كل من عدادات التدفق التوربينية، والكهرومغناطيسية، والموجات فوق الصوتية، والدوامية لها نقاط قوة وضعف خاصة بها في تطبيقات تدفق السوائل، ولا يوجد ما يُعرف بـ"عداد تدفق واحد يناسب جميع الاستخدامات". ويستلزم تحقيق قياس دقيق ومستقر وفعال للتدفق تقييمًا شاملًا بناءً على خصائص الوسط، ومتطلبات القياس، وبيئة الأنبوب، والميزانية المخصصة للتكلفة.