فلومتر اختلاف فشاری
فلومتر اختلاف فشاری چیست؟
فلومتر اختلاف فشاری (Differential Pressure Flow Meter) یا به اختصار فلومتر DP یکی از پرکاربردترین تجهیزات اندازه گیری جریان حجمی سیالات به شمار می رود. این فلومترها بر اساس اختلاف فشار ایجاد شده در خط لوله و یک ترانسمیتر اختلاف فشار مطابق با Q=K*√ ΔPجریان سیالات مختلف (مایع، گاز و بخار) را اندازه گیری می کنند.
فلومترهای اختلاف فشاری در انواع مختلفی نظیر اوریفیس پلیت (Orifice Plate)، ونچوری (Venturi tube)، پیتوت تیوب (Pitot Tube) و فلو نازل (Flow Nozzle) تولید می شوند. این فلومترها دارای ساختاری ساده بوده و نصب آنها به آسانی انجام می شود. همچنین به دلیل نبود قطعات متحرک، میزان فرسایش در این تجهیزات اندک است و در نتیجه نگهداری و تعمیر آنها به سهولت انجام می شود.
از دیگر مزایای فلومتر اختلاف فشاری میتوان به قیمت اقتصادی آن اشاره کرد به همین دلیل این فلومتر یکی از بهترین گزینه های اندازه گیری فلوی سیالات (مایع، گاز و بخار) محسوب می شود. فلومترهای اختلاف فشار در مقایسه با فلومترهای جرمی (کوریولیس و ترمال مس) و فلومترهای مبنی بر سرعت (ورتکس، مغناطیسی، توربینی، التراسونیک و …) دقت کمتری را ارائه می دهند.
فلومترهای اختلاف فشاری تقریبا 30% از تمام تجهیزات اندازه گیری جریان را تشکیل می دهند که این موضوع گواهی بر محبوبیت آنها در کاربردهای مختلف می باشد. در ادامه این مقاله جهت راهنمایی خرید به معرفی انواع، عملکرد، مزایا، کاربردها و نکات مهم خرید فلومتر اختلاف فشاری می پردازیم.
عملکرد فلومتر اختلاف فشاری
عملکرد فلومتر اختلاف فشاری بر پایه ایجاد افت فشار در مسیر جریان سیال است. همان طور که از نام آن پیداست، این نوع فلومتر با سنجش اختلاف فشار بین دو نقطه از خط لوله، میزان جریان حجمی یا فلوی سیال عبوری را محاسبه می کند.
مبنای عملکرد این فلومتر قانون برنولی در مکانیک سیالات است. طبق این قانون، میان انرژی استاتیکی (فشار) و انرژی جنبشی (سرعت جریان) رابطه ای پایدار وجود دارد. هنگامی که سیال از یک مانع فیزیکی یا المان محدود‌کننده جریان عبور می کند، سرعت آن افزایش یافته و برای تأمین این شتاب، بخشی از فشار استاتیکی آن کاهش می یابد.
نتیجه این فرآیند ایجاد اختلاف فشار در دو سمت المان است که مبنای اندازه‌گیری جریان در فلومترهای DP به شمار می رود. بر اساس روابط فیزیکی استخراج شده از معادله برنولی، مقدار دبی سیال با ریشه دوم اختلاف فشار نسبت مستقیم دارد و با رابطه زیر بیان می شود:
Q = K * A * √(ΔP)
- Q دبی سیال
- K ضریب جریان (بستگی به شکل و ابعاد المان اندازه‌گیری دارد)
- A سطح مقطع المان اندازه‌گیری
- ΔP اختلاف فشار بین دو نقطه در خط لوله
علاوه بر شکل ظاهری و قطر مانع فیزیکی برای ایجاد اختلاف فشار در خط لوله فرآیندی، موارد و پارامترهای دیگری نظیر عدد رینولدز (Reynolds) ، نوع پروفایل جریان، چگالی و بسیاری از موارد دیگر در اندازه گیری سرعت جریان سیال توسط روش های اختلاف فشاری تاثیر گذار بوده که به دلیل پیچیدگی برخی از این روابط، توصیه می کنیم برای محاسبات دقیق از نرم افزارهای مهندسی سایزینگ مربوط به فلومترهای اختلاف فشاری استفاده کنید.
در روش اندازه‌گیری جریان به‌صورت اختلاف فشاری، تجهیزاتی که با ایجاد محدودیت در مسیر عبور سیال باعث ایجاد افت فشار می شوند، مانند اوریفیس پلیت یا فلو نازل، المان اولیه (Primary Element) نام دارند. در مقابل، دستگاهی که وظیفه اندازه گیری و تبدیل این اختلاف فشار به سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر را بر عهده دارد، المان ثانویه (Secondary Element) یا همان ترانسمیتر اختلاف فشار است.
انواع فلومتر اختلاف فشاری
فلومترهای اختلاف فشاری در مدل های گوناگونی ساخته می شوند که هر یک ویژگی ها و مشخصات فنی خاص خود را داشته و متناسب با نوع فرآیند و شرایط عملیاتی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. در ادامه تمامی مدل های فلومتر اختلاف فشاری معرفی می شوند:
- اوریفیس پلیت (Orifice Plate)
- لوله ونتوری (Venturi Tube)
- فلو نازل (Flow Nozzle)
- لوله پیتوت (Pitot Tube)
فلومتر اوریفیس (Orifice Flow meter)
فلومتر اوریفیس یا اوریفیس پلیت (Orifice Plate) یکی از متداول ترین و پرکاربردترین انواع فلومترهای اختلاف فشاری است. این نوع فلومتر از یک صفحه دایره‌ای تشکیل شده که بین دو فلنج در مسیر لوله نصب می شود.
هنگام عبور سیال از سوراخ مرکزی صفحه، به دلیل کاهش سطح مقطع جریان، سرعت سیال افزایش یافته و در نتیجه فشار آن کاهش پیدا می کند. پس از عبور از اوریفیس، سرعت مجدداً کاهش یافته و فشار بازیابی می شود.
برای اندازه گیری دبی سیال، در دو نقطه یکی قبل از اوریفیس (نقطه با فشار بالا) و دیگری بعد از آن (نقطه با فشار پایین) انشعاب هایی به نام تپینگ (Tapping) تعبیه شده و به ترانسمیتر اختلاف فشار متصل می گردند تا اختلاف فشاری که متناسب با جریان است، اندازه‌گیری شود.
اوریفیس ها با توجه به نوع سیال، شرایط فرآیندی و نحوه نصب در انواع مختلفی تولید می شوند که عبارتند از:
- اوریفیس هم مرکز (Concentric Orifice Plate)
- اوریفیس غیرهم مرکز (Eccentric Orifice Plate)
- اوریفیس قطعه‌ای (Segmental Orifice Plate)
- اوریفیس چهارگوش (Quadrant Edge Orifice Plate)
فلومتر لوله ونچوری (Venturi Flow meter)
فلومتر لوله ونتوری یا ونچوری تیوب یکی از دیگر انواع فلومترهای اختلاف فشاری است که بر اساس ایجاد تنگی در مسیر عبور سیال عمل می کند. عملکرد این فلومتر از نظر اصول فیزیکی مشابه فلومتر اوریفیس پلیت است، اما طراحی آیرودینامیکی آن موجب کاهش افت فشار دائمی و افزایش دقت اندازه گیری می شود.
در ساختار فلومتر ونتوری، جریان سیال ابتدا وارد بخش ورودی (Inlet Cone) با قطر بزرگ تر می شود و با سرعت نسبتاً کم حرکت می کند. سپس با رسیدن به گلوگاه (Throat) قطر لوله کاهش یافته و بر اساس معادله برنولی، سرعت سیال افزایش و فشار استاتیک کاهش می یابد. این افت فشار در قسمت گلوگاه نسبت به بخش ورودی، مبنای محاسبه دبی جریان است. از مزایای لوله ونتوری نسبت به دیگر فلومترهای اختلاف فشاری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- بازیابی فشار بالا و در نتیجه کاهش تلفات انرژی
- رسوب پذیری و گرفتگی کمتر در سیالات با ویسکوزیته زیاد یا حاوی ذرات جامد
- مناسب برای فشارهای بالا و جریان‌های دارای ذرات معلق
- نیاز کمتر به طول لوله مستقیم در بخش های ورودی و خروجی
فلو نازل (Flow Nozzle)
فلومتر نازل یا فلو نازل از انواع فلومترهای اختلاف فشاری است که از نظر عملکرد با فلومتر ونتوری شباهت دارد، اما در طراحی خروجی تیزتر و همگن تر و در بخش ورودی دارای انحنای نرم تر است. افت فشار در فلو نازل ها بیشتر از لوله ونتوری و کمتر از اوریفیس پلیت است.
این نوع فلومتر به ویژه برای اندازه گیری جریان در سیالات دوغابی و غیر ویسکوز (Non-Viscous) بسیار مناسب است. به دلیل استحکام مکانیکی بالا، فلو نازل ها قادر به عملکرد مطمئن در دماها و سرعت های زیاد بوده و برای کاربردهای دارای فشار بالا گزینه‌ای ایده‌آل محسوب می شوند.
سطح ورودی این فلومتر کاملاً صاف و صیقلی است که سبب افزایش ضریب تخلیه (Discharge Coefficient) در مقایسه با سایر فلومترهای اختلاف فشاری می شود. این ویژگی باعث می گردد فلو نازل ها در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، به ویژه در اندازه گیری جریان گاز و بخار، مورد استفاده فراوان قرار گیرند.
از نظر ساختار، فلو نازل شامل بخشی ورودی با انحنای بیضوی و گلوگاهی استوانه‌ای است که در آن حداقل سطح مقطع جریان وجود دارد. این المان معمولاً بین دو فلنج در مسیر لوله نصب شده و با عبور سیال از گلوگاه، سرعت افزایش و فشار کاهش می یابد؛ اختلاف فشار ایجادشده، مبنای اندازه گیری دبی سیال خواهد بود.
فلومتر پیتوت تیوب (Pitot Tube Flow meter)
فلومتر پیتوت تیوب یا لوله پیتوت یکی دیگر از انواع فلومترهای اختلاف فشاری است که بر پایه اندازه گیری اختلاف بین فشار استاتیک و فشار کل (شامل فشار استاتیک و دینامیک) عمل می کند. در این روش، با استفاده از اصل برنولی، سرعت و در نهایت جریان حجمی سیال عبوری محاسبه می شود.
ساختار پیتوت تیوب شامل لوله ای باریک با چندین سوراخ ریز در امتداد بدنه است. این سوراخ ها فشارهای متفاوتی را از نواحی جریان دریافت کرده و اختلاف آنها مبنای محاسبه دبی قرار می گیرد. به دلیل طراحی ظریف و وجود منافذ کوچک، این فلومتر برای سیالات گازی و بخار مناسب تر است؛ زیرا در مایعات آلوده یا دارای ذرات معلق احتمال گرفتگی سوراخ‌ها وجود دارد.
نوع پیشرفته تر این تجهیز، فلومتر آنوبار (Annubar Flow Meter) است که از مجموعه‌ای از سوراخ ها در نقاط مختلف لوله تشکیل شده است. این طراحی امکان نمونه گیری هم زمان از چند نقطه جریان را فراهم کرده و میانگین گیری از مقادیر فشار موجب افزایش دقت اندازه گیری می‌شود. به همین دلیل، فلومتر آنوبار عملکرد دقیق تر و پایدارتری نسبت به پیتوت تیوب در شرایط متغیر جریان دارد.
مزایای فلومترهای اختلاف فشاری
- قابلیت اندازه گیری جریان حجمی سیالات مختلف (مایع، گاز و بخار)
- ساختار ساده و مستحکم
- قیمت مقرون به صرفه
- نصب و راه اندازی آسان
- عدم وجود قطعات متحرک و دوام بالا
- حداقل نیاز به تعمیر و نگهداری
- عملکرد قابل اعتماد در شرایط سخت فرآیندی برای فشارها و دماهای بالا
کاربردهای فلومتر اختلاف فشاری
فلومترهای اختلاف فشاری با توجه به مزایایی که ارائه می دهند جایگاهی ویژه در صنایع فرآیندی مختلف پیداکرده اند. کاربردهای رایج فلومتر اختلاف فشاری عبارتنداز:
- صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
- صنایع شیمیایی و دارویی
- آب و فاضلاب
- نیروگاه ها
- صنایع HVAC و تهویه
- صنایع دریایی و پالایشگاهی
- صنایع غذایی و نوشیدنی
- کاربردهای عمومی صنعتی
برندهای مطرح تولیدکننده فلومتر اختلاف فشاری
- فلومتر اختلاف فشاری اندرس هاوزر Endress+Hauser
- فلومتر اختلاف فشاری روزمونت Rosemount
- فلومتر اختلاف فشاری ABB
- فلومتر اختلاف فشاری زیمنس Siemens
- فلومتر اختلاف فشاری یوکوگاوا Yokogawa
خرید انواع فلومتر اختلاف فشاری
تجهیز صنعت با بیش از دو دهه تجربه درخشان در تأمین تجهیزات ابزار دقیق، یکی از معتبرترین مراکز فروش فلومتر اختلاف فشاری (DP Flow Meter) در کشور محسوب می شود. این مجموعه با هدف ارائه ی بهترین راه‌حل ها در حوزه ی اندازه گیری جریان، مجموعه ای کامل از فلومترهای صنعتی را متناسب با نیازهای مختلف صنایع عرضه می کند.
در فروشگاه تجهیز صنعت، انواع فلومتر اختلاف فشاری شامل اوریفیس پلیت، پیتوت تیوب، فلو نازل و لوله ونتوری از برندهای معتبر بین المللی و داخلی موجود بوده و با کیفیت تضمین شده و قیمت رقابتی ارائه می شود. جهت دریافت مشاوره تخصصی، استعلام قیمت و خرید انواع فلومتر اختلاف فشاری، کارشناسان فنی و فروش تجهیز صنعت آماده پاسخ گویی و ارائه خدمات تخصصی به شما هستند.