اوریفیس پلیت

اوریفیس پلیت (Orifice Plate)

اوریفیس پلیت یا صفحه روزنه دار، یکی از رایج ترین فلومترهای حجمی می باشد که جهت اندازه گیری و کنترل جریان سیالات مایع و گاز در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. این فلومترها از متریال های مختلفی مانند فولاد ضد زنگ s.s316 تولید می شوند و ضخامت پلیت در آنها رابطه مستقیمی با قطر لوله دارد.

ساده ترین مدل اوریفیس پلیت دارای یک دیسک صاف دایره ای شکل با سوراخ دایره ای هم مرکز در سطح آن که در مسیر عبور سیال قرار می گیرد. همچنین در بالای اوریفیس یک دسته (Handel) وجود دارد که مشخصات اوریفیس پلیت بر روی آن نوشته می شود. این فلومتر بر اساس اختلاف فشار سیال عبوری از روزنه آن و یک ترانسمیتر فشار میزان دبی سیال را اندازه گیری می نمایند.

فلومترهای اوریفیس علاوه بر اندازه گیری جریان سیالات، به منظور کاهش فشار جریان و محدود کردن نرخ جریان عبوری نیز مورد استفاده قرار می گیرند. اوریفیس پلیت ها به منظور اندازه گیری دبی سیالات اعم از سیالات بخار و گازی قابل استفاده می شوند و درجه حرارت بالا روی آنها تاثیر گذار نیست. این نوع دبی سنج ها برای سیالات متلاطم و تمیز مناسب هستند، اما در مورد سیالات خورنده و فرسایشی باید دقت لازم را در انتخاب آنها داشت.

عملکرد اوریفیس پلیت

اوریفیس پلیت جهت کنترل و اندازه گیری جریان به صورت عمود بر مسیر جریان سیالات در خط لوله قرار می گیرد. با عبور سیال از داخل سوراخ اوریفیس به دلیل کاهش سطح مقطع، سرعت سیال افزایش و در نهایت فشار آن کاهش می یابد. هنگامی که سیال از اوریفیس خارج می شود مجدد سرعت آن کاهش و فشار افزایش می یابد.

فلومتر اوریفیس با استفاده از همین اختلاف فشار به وجود آمده در خط عبوری سیال و یک ترانسمیتر فشاری که اختلاف فشار دو طرف اوریفیس پلیت را اندازه گیری می کند. میزان فلو یا جریان سیال عبوری از لوله را اندازه گیری می کنند.

Meter Run Orifice: برای خطوط لوله کمتر از “2 با فلو کم و سرعت پایین استفاده می شوند. این سری از اوریفیس ها علاوه بر پلیت و فلنج دارای لوله مستقیم قبل و بعد می باشند.

Restriction Orifice: این سری از اوریفیس پلیت ها که به اختصار RO نامیده می شوند. تنها جهت ایجاد افت فشار سیال در خط به کار می روند و اطراف آنها ترانسمیتر فشاری قرار ندارد. اوریفیس محدودیت شبیه اوریفیس پلیت اما با ضخامت بیشتر می باشند و بر خلاف اوریفیس ها برای اندازه گیری جریان به کار نمی روند فقط افت فشار ایجاد می کنند.به عنوان مثال اوریفیس محدودیت برای ایجاد افت فشار در فلر به کار می رود.

انواع اوریفیس پلیت

اوریفیس پلیت ها  با اشکال مختلفی بر اساس موقعیت روزنه داخل آنها در چهار مدل زیر طراحی و تولید می شوند.

1. اوریفیس هم مرکز (Concentric)

این حالت که ساده ترین و ارزان ترین مدل اوریفیس می باشد دقیقا سوراخ در مرکز اوریفیس پلیت قرار گرفته است. این مدل برای اندازه گیری جریان سیالاتی از قبیل مایع، گاز و بخار تمیز و سبک مانند هیدروکربن های سبک به کار می روند.

2. اوریفیس مختلف المركز (Eccentric)

در این حالت سوراخ اوریفیس پایین تر از مرکز آن قرار گرفته است و برای اندازه گیری جریان در سیالات با ویسکوز بالا از قبیل چسب، قیر و عسل که تمایل به حرکت در کف لوله را دارند مناسب می باشند.

3. اوریفیس قطعه ای (Segmental)

سوراخ به صورت یک نیم دایره در پایین اوریفیس پلیت قرار می گیرد و در این حالت سطح مقطع بزرگتر و مقدار سیال بیشتری را از خود عبور می دهد. این مدل اوریفیس ها برای سیالاتی که اجسام متخلخل، ذرات جامد و سنگین زیادی دارند به کار می روند.

4. اوریفیس چهارگوش (Quadrant)

جدیدترین مدل اوریفیس پلیت که دارای یک سوراخ جلو و یک سوراخ پشت با قطرهای مختلف می باشد. برای اندازه گیری جریان سیالات با ویسکوزیته بالا و سیالاتی که تلاطم زیادی ندارند (رینولدز پایین) استفاده می شوند.

مشخصات اوریفیس پلیت

مشخصات اوریفیس پلیترا می توان به بخش های ذیل تقسیم کرد که به بررسی آنها میپردازیم:

ضخامت اوریفیس

بر اساس قطر لوله، دما و فشار از “1/8 تا “3/8 متغیر می باشد. اما این ضخامت نباید بیشتر از 1/8 قطر سوراخ اوریفیس و یا بیشتر از 1/5 قطر لوله باشد.

سطح اوریفیس

سطح اوریفیس باید کاملا صاف و تخت باشد. لبه بالادستی اوریفیس باید دایره ای و تیز باشد و در مورد صفحات با ضخامت بالاتر لبه پایین دستی آن برای جلوگیری از چوک شدن یا گرفتگی لوله تحت زاویه ۴۵ درجه ساخته می شود.

متریال اوریفیس

اوریفیس پلیت ها از جنس های مختلفی مانند استنلس استیل، کرین استیل، اینکونل و مونل و غیره ساخته می شوند. اما معمولا از متریال فولاد ضدزنگ S.S316  تولید می شود.

مرکز اوریفیس

اوریفیس پلیت باید با حدود ۳% قطر داخلی لوله هم مرکز شود.

سوراخ Vent – Drain

بر روی صفحه اوریفیس علاوه بر روزنه مرکزی روزنه ی دیگری به سایز “1/8 وجود دارد. درمورد کیس بخار به منظور خروج مایعات احتمالی ایجاد شده روزنه Vent در پایین صفحه قرار می گیرد و در مورد کیس مایع به منظور خروج بخارات احتمالی ایجاد شده روزنه Drain در بالای صفحه قرار می گیرد.

در صورتی که روزنه اوریفیس مرکزی بیش از 2.5 میلی متر باشد وجود روزنه دیگر در این اوریفیس ضرورتی لازم نخواهد بود.

ضریب βدر انتخاب قطر d و سایزینگ اوریفیس پلیت

مهمترین پارامتر در انتخاب این صفحه نسبت قطر روزنه به قطر خط (β) می باشد که این عدد معمولا بین 0.2 تا 0.75 است.

در صورتی که β کمتر از 0.2 شود، افت فشار زیاد باعث ایجاد فلو چوک می گردد. در اثر چوک شدن سیال در لوله کاویتاسیون رخ می دهد.

با افزایش مقدار β به بیش از 0.75 به معنای نزدیکی قطر روزنه به قطر لوله و درنتیجه افت فشار مدنظر برای اندازه گیری جریان سیال ایجاد نمی شود.

برای محاسبه قطر اوریفیس d با استفاده از نرم افزار نیاز به قطر داخلی لوله D است. هنگامی که قطر خارجی لوله L در دسترس باشد برای محاسبه قطر داخلی کافی است که مقدار 2 برابر ضخامت لوله را از آن کم کنیم. سپس قطر داخلی لوله، با توجه به استاندارد ASME B1.20 به دست می آید.

استاندارد سایزینگ برای اریفیس ISO5167 می باشد و در این استاندارد مابهازای تابعی از فشار، دما، فلو، چگالی و تغییرات فشار،خروجی d و β را به ما می دهد. در نهایت مقدار ضریب بتا باید در محدوده 0.2 تا 0.75 بررسی شود.

طریقه نصب اورفیس پلیت

محل نصب اوریفیس بین دو فلنج و بین اتصال دو لوله به صورت عمود بر جهت جریان سیال می باشد. نصب اوریفیس پلیت در مسیر لوله موجب افزایش فشار استاتیک بالا دست می گردد. پس از عبور جریان از روزنه اوریفیس، فشار به شدت کاهش می یابد و در نتیجه سرعت جریان به حداکثر مقدار خود خواهد رسید.

همچنین با عبور جریان سیال از سوراخ اوریفیس و نزدیک شدن فشار به حالت تعادل، دبی جریان کاهش می یابد با این حال فشار استاتیک پایین دست همیشه به طور قابل ملاحظه ای کمتر از فشار بالا دست می باشد.

جریان سیال ورودی و خروجی به اوریفیس پلیت باید کاملا آرام و به صورت خطی باشد. بنابراین در نظر گرفتن فاصله بالادست (UP STREAM) و پایین دست (DOWN STREAM) در مسیر سیال ضروری است.

میزان فاصله بالادست و پایین دست جریان اوریفیس بسته به نوع اتصالات قبل و بعد از آن و ضریب β به ترتیب 6D-50D و 5D می باشد. با داشتن مقدار β و نوع تجهیز ایجادکننده تلاطم در استاندارد مقدار دقیق فاصله بالادست جریان به دست می آید.

درصورت عدم فضای کافی برای نصب اوریفیس میتوان از استرینر (Strainer) در دو حالت دیسکی و استوانه ای استفاده نمود.

نحوه کالیبراسیون اوریفیس پلیت

کالیبراسیون اوریفیس پلیت ها با استفاده از یک Hand Pump  انجام می شود. رنج فشار صفر تا حداکثر فشار مجاز (Max Allowable Pressure drop) را در نقاط صفر، 0درصد – 25درصد – 50درصد – 75درصد – 100درصد در دو سمت اریفیس اعمال می کنیم.

با استفاده از یک Handheld HART Communicator، رنج جریان خروجی را تنظیم و در نهایت مقدار را در سیستم مانیتورینگ اتاق کنترل تنظیم می کنیم.

به طور مثال اگر ΔP=1000 mbar و فلوی ماکزیمم 25000kg/h می باشد. در فشار 250mbar، در اتاق کنترل جریان 20mA (به ازای 4 تا 20 میلی آمپر) و فلوی  12500kg/h را خواهیم داشت.

دقت اندازه گیری اوریفیس پلیت

دقت اندازه گیری اوریفیس پلیت وابسته به کیفیت و نحوه نصب آن و دقت محاسبات و شرایط خود صفحه در نظر گرفته می شود.دقت اندازه گیری 2 تا 5 درصد می باشد و برای تمامی سایزها قابل استفاده می باشند اما برای سایزهای بزرگ به صرفه تر است. با این تفاوت که در پایپ های با قطر بیش از 24 اوریفیس به جای فلنج بر روی پایپ پیاده سازی می گردد.

تا قطر لوله 24 اینچ میتوان از اوریفیس پلیت استفاده نمود اما از 24 اینچ بزرگتر میزان خطای اندازه گیری افزایش می یابد ولی به کمک تجهیزات میتوان خطا را بهبود بخشید. Turn down ratio در فلومترهای اوریفیس از 1:3 تا 1:5 می باشد.

مزایا و معایب اوریفیس پلیت

برخی از مزایا و معایب اوریفیس پلیت ها به شرح زیر می باشد:

• دبی سنج های روزنه ای به راحتی نصب می شوند و امکان اندازه گیری جریان در هر دو جهت را دارا می باشند.
• این نوع فلومترها برای تمامی سایزها قابل استفاده می شوند و حتی برای سایزهای بزرگ به صرفه تر هستند.
• عدم وجود بخش های مکانیکی در این دبی سنج فرسایش مکانیکی را کاهش داده است.
• صفحات دبی سنج فرسایش مکانیکی در معرض سایش و خوردگی از طرف سیال قرار دارند.
• این صفحات به دلیل ایجاد مانع در مسیر جریان سیال، افت فشار و در نتیجه تلاطم نسبتا زیادی ایجاد می کنند.
• اوریفیس روش اندازه گیری بسیاری از سایت ها می باشد اما در صنعت آب و فاضلاب کاربرد ندارند.
• دقت اندازه گیری در اوریفیس ها با تغییر چگالی، چسبندگی و دمای سیال تحت تاثیر قرار می گیرد.
• فلومترهای اوریفیس باید به صورت دوره ای بررسی و کالیبره شوند.
• نداشتن قطعات متحرک و قیمت پایین یکی دیگر از مزایای آنها می باشد.
• در محدوده دمای محیط از 40- تا 85 درجه سانتیگراد عملکرد مناسبی دارند.
•  از مزایای این فلومترها نصب بسیار ساده آنها می باشد، اما ابعاد روزنه بسته به کاربرد آن بایستی به درستی تنظیم شود.

پارامترهای مهم در خرید اوریفیس پلیت

با توجه به اهمیت کنترل دبی سیال در صنایع فرآیندی انواع زیادی از فلومترها با مکانیزم و متریال مختلف در ابعاد متنوع طراحی و تولید می شوند. عوامل زیادی در خرید و انتخاب فلومترها از قبیل قیمت، سایز و متریال تاثیر گذار هستند. برخی از فاکتورهای مهم در انتخاب یک اوریفیس پلیت مناسب عبارتند از:

متریال اوریفیس

اوریفیس ها با متریال های مختلفی از قبیل استنلس استیل تولید می شوند و از طرفی متریال هایی که در دما و فشارهای بالا کاربرد دارند قیمت بالاتری نیز دارند.

سایز اوریفیس

سایز اوریفیس پلیت بر اساس ضریب بتا محاسبه می شود. اوریفیس پلیت ها با سایزهای مختلفی تولید می شوند در نظر داشته باشید اوریفیس پلیت با ابعاد بزرگتر از قیمت بالاتری برخوردار هستند.

نوع سیال

با توجه به نوع سیال فرایندی نوع اوریفیس پلیت انتخاب می شود. در نظر داشته باشید که ذرات جامد موجود درسيالات ویسکوز و سنگین به تدريج درمحل نصب اوریفيس ته نشين شده و با گذشت زمان باعث کاهش قطر لوله می شود. درچنين مواردی باید از اوریفيس های خارج از مرکز،نيم دايره ای و يا اوریفیس هایی که دارای يك سوراخ كوچكتر در زير سوراخ اصلي هستند استفاده نمود.

فروش اوریفیس پلیت

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد خرید، مشاوره رایگان و استعلام قیمت اوریفیس پلیت با کارشناسان فنی و فروش ما در ارتباط باشید.

تجهیز صنعت مشاوره طراحی ساخت انواع اوریفیس پلیت (orifice plate)

 

لینک های مرتبط:

• اریفیس فلنج
• فلومتر ورتکس
• مس فلومتر
• فلومتر اندرس هازر