فلومتر گازی چیست؟
اندازه‌گیری دقیق سرعت و حجم گاز عبوری در خطوط لوله صنعتی، فرآیندی و انتقال، از مهم ترین فرآیندهای کنترلی در صنایع به شمار می رود. این کمیت که با نام دبی یا نرخ جریان گاز شناخته می شود، به کمک تجهیزی تخصصی به نام فلومتر گازی (Gas Flow Meter) اندازه گیری می شود.
در واقع فلومتر گازی تجهیزی است که به کمک فناوری های مختلف، میزان عبور گاز را در بازه زمانی مشخص سنجیده و داده های دقیقی برای کنترل فرآیند، بهینه سازی مصرف انرژی و ارتقای ایمنی فراهم می کند.
همان طور که می دانید، انواع گوناگونی از فلومترها در صنعت برای اندازه گیری جریان سیالات تولید می شوند، اما تنها برخی از این تجهیزات قابلیت سنجش جریان گاز را دارند. به بیان دیگر، هر فلومتری برای گاز مناسب نیست؛ چرا که ویژگی های فیزیکی و رفتار دینامیکی گاز با مایعات یا بخار متفاوت است و همین امر نیاز به فناوری های تخصصی تر را ایجاب می کند.
اهمیت استفاده از فلومتری گاز در بخش های مختلف صنعت بر کسی پوشیده نیست. این تجهیزات در صنایع مختلفی نظیر نفت، گاز، پتروشیمی، نیروگاه ها، صنایع غذایی و دارویی، سیستم های تهویه مطبوع (HVAC)، و حتی شبکه های توزیع گاز شهری نقش حیاتی ایفا می کنند.
همچنین انواع مختلفی از فلومترهای گازی با فناوری های متنوع مانند توربینی، ورتکس، حرارتی، اختلاف فشاری و کوریولیس طراحی و تولید می شوند که هر کدام متناسب با نوع گاز، فشار، دما و شرایط فرآیند انتخاب می شوند.
شناخت این مدل ها و درک صحیح از نیاز فرآیند، اولین گام برای انتخاب و خرید فلومتر گازی مناسب است. همچنین توجه به عواملی همچون دقت اندازه گیری، محدوده اندازه‌گیری، جنس بدنه، و قابلیت اطمینان در شرایط سخت کاری نقش مهمی در عملکرد بلندمدت تجهیز دارد.
در این مقاله، راهنمایی جامع و کاربردی برای خرید انواع فلومتر گازی ارائه خواهیم کرد تا با شناخت کامل ویژگی ها، مزایا و محدودیت های هر مدل، بتوانید مناسب ترین گزینه را برای نیازهای صنعتی خود انتخاب کنید.
چرا اندازه گیری دقیق جریان گاز اهمیت دارد؟
گاز برخلاف مایعات، قابل تراکم و متأثر از دما و فشار است؛ به همین دلیل اگر دبی آن دقیق اندازه‌گیری نشود، ممکن است در محاسبات مالی، ایمنی و عملکرد فرآیند مشکلات جدی به وجود آید. اهمیت اندازه گیری دقیق جریان گاز را میتوان در چند بعد اصلی بررسی کرد:
- کنترل فرآیند و بهینه سازی تولید (جلوگیری از هدر رفت و هزینه های اضافی)
- ایمنی و جلوگیری از حوادثی نظیر آتش سوزی ناشی از خطا در اندازه گیری گاز
- رعایت الزامات قانونی و استانداردها
- صرفه جویی انرژی (اندازه گیری دقیق و جلوگیری از هدر رفت) و حفاظت از محیط زیست (کاهش گازهای گلخانه ای)
- دقت در محاسبات مالی
آشنایی با انواع فلومتر گازی
انواع گوناگونی از فلومترها توانایی اندازه گیری نرخ جریان عبوری گاز را دارند. به عنوان مثال فلومترهای اختلاف فشاری، التراسونیک و فلومترهای جرمی حرارتی پرکاربردترین انواع فلومتر های گازی محسوب می شوند. در ادامه، هر یک از این مدل ها را با جزئیات بیشتری بررسی خواهیم کرد:
فلومتر اختلاف فشاری (Differential Pressure Flow meter)
روش اختلاف فشار یکی از متداول ترین و اقتصادی ترین شیوه ها برای اندازه گیری جریان سیالات، از جمله گازها در صنایع مختلف است. در این روش، با استفاده از یک ترانسمیتر اختلاف فشار و یک المان ایجادکننده افت فشار در خط لوله مانند اوریفیس پلیت، لوله ونتوری، فلونازل یا پیتوت تیوب بخشی از انرژی جریان کاهش یافته و میزان این افت فشار به جریان عبوری مرتبط می شود.
در واقع با ایجاد یک افت فشار کنترل شده در مسیر گاز، تغییرات فشار در دو نقطه مختلف توسط ترانسمیتر اختلاف فشار اندازه گیری و سپس بر اساس دبی گاز محاسبه می شود. تصویر زیر عملکرد فلومتر اختلاف فشاری اوریفیس را نمایش می دهد.
مزایای فلومتر اختلاف فشاری
- هزینه اولیه پایین نسبت به تکنولوژی های پیشرفته تر مانند کوریولیس و جرمی حرارتی
- ساختار ساده و مستحکم، قابل استفاده در شرایط سخت فرآیندی
- قابلیت کار با انواع گازها، حتی گازهای دما و فشار بالا
- قابلیت اندازه گیری در سایزهای لوله بزرگ بدون نیاز به تجهیزات خاص
محدودیت های فلومتر اختلاف فشاری
- دقت کمتر نسبت به فلومترهای جرمی مانند کوریولیس یا ترمال مس (به ویژه در کاربردهایی که نیاز به اندازه گیری دقیق جرم گاز دارند)
- ایجاد افت فشار دائمی در خط لوله که می تواند بر مصرف انرژی تأثیرگذار باشد.
- نیاز به کالیبراسیون دوره ای برای حفظ کارایی
فلومتر التراسونیک (Ultrasonic Flow meter)
فلومترهای التراسونیک گاز با تکیه بر عملکرد زمان جابه جایی (Transit Time)، یکی از پیشرفته ترین روش ها برای اندازه گیری دبی گازهای تمیز و فاقد ذرات معلق محسوب می شوند. در این روش، دستگاه با ارسال و دریافت امواج فراصوت در خلاف و موافق جهت جریان، اختلاف زمان رفت و برگشت سیگنال ها را محاسبه کرده و با استفاده از آن، سرعت و در نتیجه دبی گاز را تعیین می کند.
از آنجا که اندازه‌گیری در این فناوری بدون قطعات متحرک انجام می شود، دقت بالا، طول عمر زیاد و عدم ایجاد افت فشار از ویژگی های بارز این نوع فلومترهاست. به همین دلیل، در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و تأسیسات نیروگاهی به شکل گسترده به‌کار گرفته می شوند.
فلومترهای التراسونیک بسته به شرایط پروژه به دو روش اصلی داخل‌خطی (In-line) و کمربندی (Clamp-on) نصب می شوند. فلومتر التراسونیک داخل خطی به‌طور مستقیم در مسیر لوله نصب می شود و معمولاً در پروژه هایی که دقت بسیار بالا و کالیبراسیون دقیق مورد نیاز است، استفاده می شود. این مدل بهترین انتخاب برای اندازه‌گیری های حساس و طولانی مدت می باشد.
فلومتر التراسونیک کمربندی بر روی بدنه لوله و بدون تماس مستقیم با سیال نصب می شود و مناسب برای پروژه های موقت یا جایی که توقف فرآیند هزینه بر است خواهد بود.
مزایای فلومتر التراسونیک گاز
- دقت اندازه‌گیری بالا (تا ±۰.۵% برای مدل های پیشرفته)
- عدم ایجاد افت فشار به دلیل نبود مانع مکانیکی در مسیر جریان
- طول عمر بالا و نیاز به نگهداری کم
- قابلیت نصب بدون توقف فرآیند در مدل های کمربندی
- مقاومت بالا در برابر خوردگی چون قطعه‌ای با سیال تماس مستقیم ندارد
محدودیت های فلومتر التراسونیک گاز
- عملکرد کمتر دقیق در سیالات گاز دارای ذرات جامد یا رطوبت بالا
- نیاز به سطح داخلی لوله تمیز و صاف برای اطمینان از دقت اندازه‌گیری
- قیمت بالاتر نسبت به فلومترهای مکانیکی یا اختلاف فشاری
- نیاز به نصب و زاویه گذاری دقیق سنسورها در مدل های کمربندی
فلومتر ورتکس (Vortex Flow meter)
فلومتر ورتکس گاز یا فلومتر گردابی، یکی از روش های دیگر برای اندازه گیری دبی گاز و بخار است که بر اساس پدیده ایجاد گردابه یا «Vortex Shedding» عمل می کند. این فناوری، بر اساس اصل فون کارمان (Theodore Von Karman) وقتی یک مانع ثابت (Shedding bar) در مسیر سیال قرار می گیرد، جریان عبوری باعث شکل گیری گردابه های متناوب در دو طرف مانع می شود.
فرکانس تشکیل این گرداب ها، ارتباط مستقیم با سرعت جریان سیال دارد. سنسور پیزو الکتریک یا خازنی فلومتر با اندازه گیری این فرکانس، می تواند دبی حجمی گاز را محاسبه کند. این رویکرد برای گازهای تمیز و نیمه تمیز که فاقد ذرات جامد بزرگ هستند، کاربرد بالایی دارد.
مزایای فلومتر ورتکس گاز
- دقت مناسب در بازه ۰.۷۵% تا ۱% برای کاربردهای صنعتی
- قابلیت اندازه‌گیری انواع سیالات: گاز، مایع و بخار در یک دستگاه
- مقاومت بالا در برابر تغییرات فشار و دما
- بدون قطعات متحرک → عمر طولانی و کاهش هزینه نگهداری
معایب فلومتر ورتکس گاز
- کاهش دقت در سرعت های بسیار پایین جریان
- ایجاد افت فشار متوسط به دلیل وجود مانع در مسیر سیال
- حساسیت به ارتعاشات مکانیکی لوله که می‌تواند بر دقت اندازه‌گیری اثر بگذارد
- عملکرد محدود در گازهای با مقدار بالای ذرات جامد یا رطوبت زیاد
فلومتر جرمی کوریولیس (Coriolis Flow meter)
فلومتر کوریولیس یکی از دقیق ترین و گران ترین روش های اندازه گیری دبی جرمی سیالات مایع و گاز است. این فلومتر بدون تأثیر از تغییرات دما، فشار یا ویسکوزیته، جریان را به طور مستقیم برحسب جرم اندازه گیری می کند و نیازی به جبرانسازی دما و فشار (Flow Compensation) ندارد.
در این فلومتر معمولاً دو لوله اندازه گیری خمیده به شکل U قرار دارد که توسط یک تحریک کننده مکانیکی به ارتعاش در می آید. هنگام عبور سیال از لوله های ارتعاشی، تحت اثر نیروی کوریولیس، شکل ارتعاش و مدت زمان نوسان در بخش های ورودی و خروجی لوله تغییر می کند.
دو سنسور در نقاط مختلف لوله، این تغییرات را به شکل اختلاف فاز ثبت می کنند. مقدار این اختلاف فاز مستقیماً با دبی جرمی سیال متناسب است. علاوه بر دبی جرمی، با بررسی فرکانس طبیعی ارتعاش لوله ها میتوان چگالی سیال را نیز محاسبه کرد که برای محاسبات فرآیندی و کنترل کیفیت بسیار کاربردی است.
مزایای فلومتر جرمی کوریولیس
- دقت بسیار بالا
- اندازه‌گیری مستقیم دبی جرمی بدون نیاز به سنسورهای فشار و دما
- قابلیت اندازه‌گیری چگالی و دمای سیال به صورت هم زمان
- عدم تأثیرپذیری از تغییرات فشار، دما و ویسکوزیته
- مناسب برای طیف وسیعی از سیالات، از گازهای سبک تا مایعات غلیظ
- بدون قطعات متحرک → تعمیر و نگهداری کم و عمر طولانی
معایب فلومتر جرمی کوریولیس
- قیمت اولیه بالا نسبت به بسیاری از فلومترهای دیگر
- نسبتاً سنگین و حجیم، به‌خصوص در سایزهای بزرگ
- حساسیت به ارتعاشات مکانیکی خط لوله (نیاز به نصب صحیح و ساپورت مناسب)
- افت فشار اندک به دلیل طراحی لوله خمیده
- برای لوله هایی با قطر بسیار بزرگ،قیمت و وزن دستگاه به شدت افزایش می یابد
فلومتر جرمی حرارتی (Thermal Mass Flow meter)
فلومتر جرمی حرارتی یا ترمال مس، یکی از انواع رایج تجهیزات اندازه‌گیری دبی جرمی گازها است که بر اساس اصل انتقال حرارت کار می کند. این فلومتر با اندازه گیری میزان گرمای منتقل شده از یک هیتر به جریان گاز، نرخ جرم واقعی گاز عبوری را مشخص می کند.
در این فناوری، معمولاً یک سنسور دما و یک المنت گرمایی (هیتر) به صورت مستقیم در مسیر جریان قرار می گیرند. با عبور گاز، حرارت از المنت به جریان منتقل می شود (هیتر خنک شده) و اختلاف دمای ایجاد شده، با جرم گاز عبوری رابطه مستقیم دارد. این روش بدون نیاز به جبرانسازی مقدار جرم واقعی جریان را محاسبه می کند.
مزایای فلومتر جرمی حرارتی
- اندازه‌گیری مستقیم دبی جرمی بدون نیاز به جبرانسازی فشار و دما
- فاقد قطعات متحرک → طول عمر بیشتر و هزینه نگهداری کمتر
- عملکرد پایدار در شرایط تغییرات فشار، دما و چگالی گاز
- مناسب برای محدوده وسیع اندازه‌گیری (Wide Turndown Ratio)
- قابلیت استفاده در هر سایز لوله بدون محدودیت خاص
- ایده آل برای آشکارسازی نشتی گاز و پایش مصرف انرژی
معایب فلومتر جرمی حرارتی
- حساسیت به مخلوط های دو فازی که موجب خطای اندازه‌گیری می‌شود
- امکان خوردگی یا آسیب به سنسور دما در گازهای خورنده بدون محافظ مناسب
- نیاز به کالیبراسیون دقیق متناسب با نوع گاز
- عملکرد ممکن است در دماهای بسیار بالا یا فشارهای بسیار زیاد محدود شود
کاربردهای فلومتر گازی در صنایع مختلف
فلومترهای گازی یکی از ابزارهای حیاتی در صنایع نفت و گاز برای اندازه‌گیری دقیق جریان گاز طبیعی، گازهای فرآیندی و گازهای سوختی هستند. در فرآیندهای انتقال گاز، قراردادهای تجاری (Custody Transfer) نیازمند مقادیر دقیق دبی هستند تا از اختلافات مالی جلوگیری شود. همچنین در پالایشگاه ها و خطوط لوله، این تجهیزات برای پایش مصرف، کنترل فشار و اطمینان از ایمنی شبکه استفاده می شوند.
همچنین در واحدهای تولید محصولات پتروشیمی و شیمیایی، نسبت دقیق گاز به سایر مواد اولیه، تأثیر مستقیمی بر کیفیت محصول و بازدهی دارد. فلومترهای گازی در این حوزه برای تزریق گازهای خاص، پایش واکنش ها و کنترل شرایط فرآیندی استفاده می شوند. به عنوان مثال، تزریق دقیق گاز هیدروژن یا نیتروژن در راکتورهای شیمیایی، نیازمند دقت بالای اندازه‌گیری است.
در نیروگاه های حرارتی و سیکل ترکیبی، اندازه گیری دقیق دبی گاز سوخت مثل متان یا گازوئیل گازی شده، برای کنترل احتراق، افزایش راندمان و کاهش آلایندگی، ضروری است. همچنین در ژنراتورهای گازسوز، فلومتر گازی برای تنظیم دقیق نسبت سوخت به هوا نقش کلیدی دارد.
علاوه براین گازهایی مانند CO₂، نیتروژن و اکسیژن در فرآیندهای تولید نوشیدنی، بسته بندی مواد غذایی، و نگهداری محصولات به کار می روند. فلومترهای گازی در این صنعت کمک می کنند تا مصرف این گازها کنترل شده، بهینه و بدون هدررفت باشد.
پارامترهای مهم در انتخاب فلومتر گازی
انتخاب یک فلومتر گازی دقیق با عملکرد پایدار، نیازمند بررسی چندین فاکتور کلیدی فنی است. این پارامترها تعیین می کنند که تجهیزات نه تنها در شرایط فرآیندی شما به درستی کار کنند، بلکه طول عمر و دقت بالایی هم داشته باشند. مهمترین پارامترهای انتخاب فلومتر گازی عبارتنداز:
- برند سازنده (Emerson، Endress+Hauser، Siemens، Yokogawa، Rosemount و …)
- نوع فلومتر بر اساس ماهیت سیال و دقت موردنیاز (اختلاف فشاری ارزان ترین و جرمی گران ترین)
- سایز فلومتر
- دقت اندازه گیری بر اساس نوع کاربرد (فلومتر التراسونیک پرکاربردترین و فلومتر کوریولیس گران ترین و دقیق ترین در اندازه گیری جریان جرمی)
- دما و فشار فرآیندی
- متریال بدنه و سنسور (بر اساس نوع سیال و دما و فشار فرآیندی)
- نمایشگر محلی دارد یا ندارد
- ولتاژ تغذیه
- پروتکل ارتباطی (HART، FOUNDATION Fieldbus، PROFIBUS، Modbus و …)
- نوع اتصال (فلنجی، کلمپی، ویفری و دنده ای و …) و سایز آن
- درجه حفاظتی بدنه (IP)
- تأییدیه‌های ضدانفجار برای کاربرد در مناطق خظرناک (ATEX، IECEx یا CSA)
خرید انواع فلومتر گازی
تجهیز صنعت به عنوان یکی از بزرگ ترین و معتبرترین تأمین کنندگان تجهیزات برق و ابزار دقیق در ایران، سال هاست که در زمینه واردات و عرضه تجهیزات صنعتی، اتوماسیون، شیرآلات و ملزومات پایپینگ، تجهیزات آزمایشگاهی و آنالایزرهای شیمیایی، تجهیزات کالیبراسیون و همچنین ابزارهای اندازه‌گیری پرتابل فعالیت می کند.
این شرکت با تکیه بر تجربه و همکاری با برندهای معتبر جهانی، طیف گسترده ای از انواع فلومتر گازی شامل مدل های کوریولیس (Coriolis)، ترمال مس (Thermal Mass)، التراسونیک (Ultrasonic)، ورتکس (Vortex)، اختلاف فشاری (DP) و دیگر تکنولوژی‌های پیشرفته را با بالاترین کیفیت و استانداردهای جهانی به مشتریان محترم عرضه می کند.
تجهیز صنعت، با در اختیار داشتن انبار بزرگ و متنوع، امکان تأمین سریع و به موقع سفارش ها را فراهم کرده و همواره قیمت های رقابتی و به روز را در اختیار خریداران قرار می دهد. مشتریان عزیز می توانند برای دریافت مشاوره تخصصی خرید فلومتر، بازدید از انبار کالا، استعلام قیمت فلومتر گازی و انتخاب مناسب ترین مدل متناسب با نیاز صنعتی خود، با کارشناسان فروش ما تماس حاصل نمایند.
