اندازه گیری جریان لوله - نازل های فلو

چرا جریان یا Flow را اندازه گیری کنیم؟
در بسیاری از فرآیندهای صنعتی امروزی، اندازه گیری دقیق سرعت جریان سیال در یک سیستم به عنوان یک کل یا جزئی ضروری است. این امر به طور یکسان در مورد گازها و مایعات (مانند دی اکسید کربن، نیتروژن و غیره) که بخشی جدایی ناپذیر از فرآیند هستند، یا در مورد هوا، آب یا بخار فشرده که برای عملکرد کارخانه اساسی هستند، صدق می کند. نصب هر فلومتر را می توان به یکی از دو روش توجیه کرد.

 

1. کنترل فرآیند
در اینجا از فلومتر برای اندازه گیری میزان جریان سیال یا انرژی استفاده می شود تا فرآیند کنترل شود و بنابراین اطمینان حاصل شود که محصول نهایی از کیفیت لازم برخوردار است. یک مثال رایج از این امر در سیستم های تزریق بخار برای صنعت خوراک دام است. به طوری که با بخار زیاد، محصول گلوله نمی شود و با بخار کم و مواد خام پردازش نمی شود و ممکن است به ماشین آلات تولید آسیب برساند.

 

2. تخصیص هزینه
در جایی که انرژی برای تامین گرمایش فرآیند یا فضا استفاده می شود، دانستن اینکه هزینه های مرتبط با انرژی واقعاً کجا متحمل می شوند، اساسی است. فلومترینگ اجازه می دهد تا هزینه های انرژی به یک محصول، بخش یا کاربر خاص تخصیص داده شود که معمولاً منجر به کاهش قابل توجه هزینه های انرژی می شود.

 

دانستن میزان جریان لوله
اصطلاح نرخ جریان لوله اغلب برای اشاره به نرخ جریان برای هر جریان مجرای بسته تحت فشار استفاده می شود. مجرای بسته اغلب دایره ای است، اما ممکن است مربع یا مستطیل مانند مجرای گرمایش نیز باشد. دسته اصلی دیگر جریان، جریان کانال باز است، که زمانی رخ می دهد که یک سطح مایع آزاد در برابر فشار اتمسفر باز باشد. اندازه‌گیری نرخ جریان سیال تحت فشار برای اهداف مختلفی مانند صدور صورت‌حساب برای آبرسانی به خانه‌ها یا مشاغل، یا برای نظارت یا کنترل فرآیند طیف گسترده‌ای از فرآیندهای صنعتی که شامل جریان سیال هستند، انجام می‌شود. اندازه گیری جریان لوله اغلب با یک دبی سنج فشار تفاضلی مانند دهانه، نازل جریان و ونترو متر انجام می شود. برای هر نوع، انقباض در مسیر جریان باعث افت فشار در سراسر کنتور می شود.

نازل های جریان
نازل های جریان اغلب در اندازه گیری جریان به دلیل عملکرد قابل اعتماد و تحمل آنها در شرایط سخت فرآیند و محیط استفاده می شود. آنها نسبت به صفحات اوریفیس مزایایی دارند زیرا به لوله های بالادست کمتری نیاز دارند و افت فشار دائمی کمتری را متحمل می شوند. دقت را می توان به طور نامحدود حفظ کرد زیرا لبه های تیز برای پوشیدن وجود ندارد. نازل های جریان در صنایع مختلف به ویژه برای جریان بخار در بخش برق استفاده می شوند. به دلیل سابقه طولانی و مستند سازمان های استاندارد، طراحی نازل جریان و الزامات نصب توسط سازمان های استاندارد شناخته شده است.

 

کاربرد نازل های جریان
نازل‌های جریان در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند که در آن فشار زیاد، دما یا ماهیت تهاجمی سیال اندازه‌گیری شده، سایر فناوری‌های اندازه‌گیری را غیرممکن می‌کند. به دلیل قابلیت اطمینان طولانی مدت و سهولت نصب، معمولاً به عنوان دستگاه فشار تفاضلی برای اندازه گیری جریان سیالات، به ویژه برای آب، بخار، هوا و گازها استفاده می شود. تاسیسات متداول عبارتند از: نیروگاه ها، پالایشگاه ها، نیروگاه های پتروشیمی، تاسیسات فرآوری شیمیایی، جریان بخار و میعانات و غیره.

 

نازل های جریان فلنج دار
نازل های جریان فلنج دار با یک فلنج نصب شده در راستای سطح بالادست ساخته می شوند. فلنج نصب بین فلنج‌های لوله مصرف‌کننده نهایی قرار می‌گیرد تا نازل جریان را در داخل لوله‌های فرآیند نگه دارد و مهر و موم کند. فلنج نصب را می توان در صورت لزوم با صفحه واشر برجسته یا شیار RTJ ارائه کرد. هر نازل فلنج دار دارای یک شانه ماشینکاری شده دقیق است که به اطمینان از هم مرکز بودن آن با لوله مجاور کمک می کند. هنگامی که مشتری/کاربر نهایی شیرهایی را برای احساس فشار بالادست و پایین دست فراهم می کند، یک نازل جریان فلنجی بین فلنج های لوله نصب می شود. کانتور جریان مطابق با مشخصات ASME یا ISO ماشینکاری شده است و یک شانه در سمت پایین دست فلنج نصب شده است تا نازل را در تلورانس های مورد نیاز متمرکز کند.

نازل جریان فلنجی با شیرهای فشار کم یکپارچه

نازل جریان فلنج دار با شیرهای یکپارچه فشار کم همراه با شیر پایین دستی یکپارچه فلنج نصب نازل ارائه می شود. این طرح همان کانتور جریان ASME یا ISO را ارائه می‌کند، اما می‌تواند در اندازه‌های کوچک‌تر لوله استفاده شود، جایی که شیر فشار پایین ممکن است با جوش لوله، فلنج و/یا پیچ و مهره فلنج تداخل داشته باشد. اتصال فشار کم معمولاً 1/4 اینچ NPT (6 میلی‌متر) است مگر اینکه طور دیگری مشخص شده باشد.

جوش در جریان نازل

نازل جریان جوشی در جاهایی استفاده می شود که از فلنج های لوله استفاده نمی شود یا نمی توان از آنها استفاده کرد، مانند کاربردهای فشار بالا و/یا دمای بالا در تاسیسات نیروگاهی. این طراحی نازل جریان دارای یک فلنج نصب کوچک است که برای قرار گرفتن بین انتهای اریب بخش لوله ورودی و خروجی طراحی شده است. سپس بخش‌های لوله با نازل در جای خود به یکدیگر جوش داده می‌شوند.

طراحی نازل جریان جوشی را می توان به عنوان یک نازل جریان حلقه نصب ویژه ارائه کرد که نیاز به جوشکاری فلزات غیرمشابه در میدان را بی نیاز می کند. توجه داشته باشید که از شیرهای فشار دیوار لوله با این طرح نازل استفاده می شود و در قسمت فلومترینگ کامل موجود می باشد. برای کاربردهای خاص و در اندازه‌های خط کوچک‌تر، نازل‌های جریان جوشی با شیرهای اندازه‌گیری یکپارچه در دسترس هستند. این طرح ممکن است شامل بخش کوتاهی از لوله بالادست و پایین دست با انتهای جوش لبه دار، اریب یا سوکت باشد.

 

ویژگی ها و مزایای بارز نازل های جریان

به طور گسترده برای جریان بخار با فشار بالا و دمای بالا استفاده می شود
برای اندازه گیری جریان در سرعت های بالا مفید است
ورودی گرد که در معرض سایش یا آسیب قرار نمی گیرد، عمر محصول را افزایش می دهد
اثر جاروبرقی بهتر برای زباله ها و مایعات، از بین بردن اثر سدسازی
حساسیت کمتر به فرسایش
عمر طولانی محصول بدون قطعات متحرک

 

استانداردهای نازل های جریان، مخاطرات و روزنه ها

ISO 5167-3:2003 هندسه و روش استفاده (نصب و شرایط عملیاتی) نازل ها و نازل های Venturi را هنگامی که در مجرای پر کار قرار می گیرند برای تعیین نرخ جریان سیال در مجرای لوله مشخص می کند.

ISO 5167-3:2003 همچنین اطلاعات زمینه ای را برای محاسبه نرخ جریان ارائه می دهد و در ارتباط با الزامات ارائه شده در ISO 5167-1 قابل اجرا است.

ISO 5167-3:2003 برای نازل‌ها و نازل‌های Venturi که در آن‌ها جریان مادون صوت در سراسر بخش اندازه‌گیری باقی می‌ماند و سیال را می‌توان به عنوان تک فاز در نظر گرفت، کاربرد دارد. علاوه بر این، هر یک از دستگاه ها فقط در محدوده های مشخص شده اندازه لوله و تعداد رینولدز قابل استفاده هستند. برای اندازه گیری جریان ضربانی کاربرد ندارد. استفاده از نازل ها و نازل های Venturi در اندازه لوله های کمتر از 50 میلی متر یا بیشتر از 630 میلی متر یا برای لوله های رینولدز زیر 10000 را پوشش نمی دهد.

ISO 5167-3:2003 با دو نوع نازل استاندارد سروکار دارد، نازل ISA 1932 و نازل شعاع بلند و همچنین نازل Venturi.

دو نوع نازل استاندارد اساساً متفاوت هستند و به طور جداگانه در ISO 5167-3:2003 شرح داده شده اند. نازل Venturi دارای همان سطح بالادست نازل ISA 1932 است، اما دارای یک بخش واگرا و بنابراین، مکان متفاوتی برای فشارهای پایین دست است و به طور جداگانه توضیح داده شده است. این طرح نسبت به یک نازل مشابه افت فشار کمتری دارد. برای هر دوی این نازل‌ها و برای نازل ونتوری آزمایش‌های کالیبراسیون مستقیم، از نظر تعداد، گسترش و کیفیت کافی انجام شده است تا سیستم‌های کاربردی منسجم را بر اساس نتایج و ضرایب آن‌ها با محدودیت‌های قابل پیش‌بینی مشخصی از عدم قطعیت ارائه کنند.

استاندارد BS 1042-1-1.2 اندازه گیری جریان سیال در مجرای بسته را مشخص می کند. دستگاه های دیفرانسیل فشار مشخصات صفحات و نازل های دهانه مربعی (دارای سوراخ های تخلیه، در لوله های با قطر کمتر از 50 میلی متر، به عنوان دستگاه های ورودی و خروجی) و سایر صفحات روزنه ای. هندسه و روش استفاده برای صفحات دهانه ورودی مخروطی، صفحات روزنه ربع دایره و صفحات دهانه خارج از مرکز. همچنین صفحات و نازل های دهانه مربعی خارج از محدوده BS 1042: بخش 1.1.

 

استاندارد ASME MFC-3M هندسه و روش استفاده (نصب و شرایط جریان) را برای صفحات روزنه‌ای، نازل‌ها و لوله‌های Venturi زمانی که در مجرای پر کار قرار می‌گیرند، مشخص می‌کند تا سرعت جریان سیال را تعیین کند. همچنین اطلاعات لازم برای محاسبه نرخ جریان و عدم قطعیت مربوط به آن را می دهد. این فقط برای دستگاه‌های اختلاف فشار اعمال می‌شود که در آن‌ها جریان آشفته باقی می‌ماند و زیر صوت در سراسر بخش اندازه‌گیری ثابت است یا به آرامی با زمان تغییر می‌کند و سیال تک فاز در نظر گرفته می‌شود. علاوه بر این، عدم قطعیت‌ها در بخش‌های مناسب این استاندارد برای هر یک از این دستگاه‌ها، در محدوده اندازه لوله و تعداد رینولدز مشخص شده‌اند. این به دستگاه هایی می پردازد که برای آن ها کالیبراسیون های کافی برای فعال کردن مشخصات سیستم های کاربردی منسجم و امکان انجام محاسبات با محدودیت های قابل پیش بینی مشخصی از عدم قطعیت انجام شده است. دستگاه های وارد شده به لوله را دستگاه های اولیه می نامند. اصطلاح دستگاه اولیه همچنین شامل شیرهای فشار و لوله های بالادست و پایین دست مربوطه می شود.

سایر ابزارها یا وسایل مورد نیاز برای اندازه گیری یا انتقال فشارهای تفاضلی به عنوان عناصر ثانویه شناخته می شوند و در ترکیب آنها به عنوان دستگاه های ثانویه شناخته می شوند. این استاندارد دستگاه های اولیه را پوشش می دهد. دستگاه های ثانویه فقط گاهی ذکر خواهند شد. دستگاه های اولیه زیر در این استاندارد پوشش داده شده است. (الف) صفحات روزنه ای، که می توانند با ترتیبات زیر شیرهای فشار استفاده شوند.

(1) شیرهای فشار فلنجی،

(2) شیرهای فشار D و D/2 (3)  شیرهای فشار گوشه.

(ب) نازل ها (1) نازل های شعاع بلند ASME.

(ج) لوله های ونتوری (1) لوله های ونتوری کلاسیک.

این استاندارد اندازه لوله یا مجرای کمتر از 50 میلی متر (2 اینچ) اسمی را ندارد.
این استاندارد برای اندازه گیری کد آزمون عملکرد ASME اعمال نمی شود.
این استاندارد برای اندازه گیری جریان هر سیال (مایع، بخار یا گاز) قابل اجرا است.

 

 

نویسنده: محسن لطفی صومعه/ Spirax-Sarco Limited / Spirax-Sarco Limited