فلومتر جابجایی مثبت PD چیست؟ انواع وکاربردها

اندازه‌گیری دقیق دبی سیالات برای صنایع مختلف بسیار مهم هست و نیز کنترل دقیق فرآیندها با هزینه پایین و قابل اعتماد بعنوان یک ضرورت محسوب می‌شود. یکی از قدیمی‌ترین و معتبرترین روش‌های اندازه‌گیری مقدار سیالات استفاده از دبی سنج جابجایی مثبت است. این دستگاه بر اساس اصول فیزیکی جابجایی حجم سیالات کار می‌کند و تنهاترین روشی هست که بشکل مستقیم مقدار دقیق عبور سیالات را اندازه‌گیری می‌کند.

PD یا فلومتر جابجایی مثبت چیست؟

فلومتر جابجایی مثبت (Positive displacement flow meter) از تجهیزات اندازه گیری فلوی حجمی می‌باشد. دبی سنج PD با عبور دادن حجم دقیق سیال از بین چرخ دنده‌هایش در هر چرخش مقدار فلو را اندازه گیری می‌کند. بعبارتی دبی سنج‌‍‌های جابجایی مثبت ابزار‌هایی هستند که اجزای متحرک داخلی آنها بصورت هیدرولیکی با حجم سیال در حال حرکت در ارتباط است.

فناوری این دستگاه، تنها روش اندازه گیری فلو است که بطور مستقیم، حجم سیال عبوری از فلومتر را اندازه گیری می کند. فلومترهای جابجایی مثبت با به دام انداختن مکرر سیال بمنظور اندازه گیری دبی کار می‌کنند. گیر افتادن سیال معمولاً با استفاده از چرخ دنده ها یا روتورهای دقیق انجام می شود. در اکثر مدل‌های فلومتر جابجایی مثبت PD، قطعات چرخشی، دارای ساختار محکم و آب‌بندی شده هستند، بهمین دلیل تقریبا بدون خطا فلو را اندازه می‌گیرند.

این پروسه مانند پر کردن پی‌در‌پی یک ظرف با مایع است. دقیقا، تعداد دفعاتی که ظرف پر یا خالی می‌گردد بیانگر مقدار دقیق سیال عبوری از فلومتر است.

اساس و نحوه کار دبی سنج PD

فلومترهای جابجایی مثبت از دسته فلومترهای مکانیکی هستند که برای اندازه‌گیری دبی نیاز به قطعات متحرکی برای جابجایی سیال دارند. این قطعات متحرک باید کاملا آب‌بندی شده تا از نشتی سیالات جلوگیری شود. در واقع، مشخصه تعیین کننده هر جابجایی سنج مثبت این است که سیال یا گاز نمی تواند بدون تأثیر بر قطعات متحرک از داخل فلومتر عبور کند و بالعکس.

هر مقدار مایعی که وارد تجهیز می‌شود، دقیقا بیرون می‌آید و اندازه‌گیری می‌شود. مایعات با ویسکوزیته بسیار کم دارای دبی کم نیز مشکلاتی را برای PD متر ایجاد می کند. به همین علت است که باید توجه دقیقی به گازهای حباب‌شده و حذف قبلی آنها انجام شود تا از عدم دقت اندازه‌گیری در اندازه‌گیری مایع جلوگیری شود.

لیست و انواع فلومتر جابجایی مثبت PD

• پیستونی رفت و برگشتی یا چرخشی
• دنده بیضی و لوب روتاری
• پره چرخشی دوار
• فلومتر حلزونی یا هلیکس
• فلومتر دیسک متحرک ناتینگ

در ادامه هر کدام از این تجهیزات را بررسی کرده و شرح می‌دهیم

1. فلومتر پیستونی رفت و برگشتی یا چرخشی Oscillating piston flow meters

بازار فناوری مایعات همیشه در حال توسعه و تغییر است. یکی از تکنولوژی‌هایی که بطور گسترده در این صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد، فلومترهای پیستونی نوسانی هستند. این ابزارها بطور معمول برای اندازه‌گیری حجم مایعات استفاده می‌شوند و برای مایعات با ویسکوزیته بالا مانند: رنگ، رزین، روغن و جوهر بسیار مناسب هستند.

دبی‌سنج‌های پیستونی نوسانی از یک محفظه ماشینکاری شده برای اندازه‌گیری دقیق حجم مایعات استفاده می‌کنند. این محفظه دارای یک پیستون استوانه‌ای است که مایعات وارد شده دقیقاً بمقدار معینی پر شده و خالی می‌شود. وظیفه پیستون نوسانی، تقسیم محفظه به بخش‌هایی با حجم دقیق است تا اندازه‌گیری حجم بصورت صحیح انجام گیرد.

با اعمال فشار سیال، پیستون شروع به نوسان کردن و هر بار که محفظه پر و خالی می‌شود، پیستون حرکت می‌کند. محفظه دارای یک سیلندر شکافدار است که ورودی و خروجی را جدا می‌کند و این باعث می‌شود پیستون بشکل متوالی حرکت کند و اندازه‌گیری دقیق حجم مایع امکان‌پذیر شود.

فلومترهای پیستونی نوسانی به طور گسترده در صنایع شیمیایی و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها برای پر کردن مخزن و کاربردهای بچینگ، اندازه گیری میعانات بخار در دیگهای بخار و اندازه گیری مصرف سوخت و بسیاری موارد دیگر استفاده می شوند. از دیگر کاربردهای این دبی سنج می‌توان به صنعت نفت و گاز اشاره کرد. این فلومترها به شرکت‌های حفاری کمک می‌کنند تا با دقت حجم مایعات را اندازه‌گیری کرده و از تغییرات عبور مایعات آگاه شوند.

از مزایای استفاده از فلومترهای پیستونی نوسانی، دقت بالا و قابلیت اعتماد آنهاست. این دستگاه‌ها بشکل دقیق‌تر و قابل اعتمادتری نسبت به دیگر فلومترها عمل می‌کنند. همچنین این دستگاه‌ها می‌توانند در هر دو موقعیت افقی و عمودی نصب شوند. با این حال، برای استفاده موثر از آنها، باید به محدودیت‌ها و چالش‌های آنها نیز توجه کرد.

2. دنده بیضی Oval gear and lobe meters

فلومتر دنده بیضی از دو چرخ دنده دندانه دار بهره می‌برد که یکی بصورت افقی و دیگری عمودی نصب شده است، که در نوک چرخ دنده عمودی و مرکز دنده افقی سوارخی وجود دارد. دو روتور مخالف یکدیگر می چرخند و در شکاف هلالی شکل بین محفظه و چرخ دنده ایجاد می کنند. اگر لغزش بین محفظه و چرخ دنده ها کم باشد، این فلومتر می تواند بسیار دقیق باشد.

چنانچه ویسکوزیته سیال فرآیند بیشتر از 10 سانتی‌ پویز باشد و نیز دبی آن بیش از 20 درصد ظرفیت نامی باشد، این تجهیز قادر است به دقت 0.1 درصد دست یابد. در مقادیر فلو و ویسکوزیته کمتر، لغزش افزایش می یابد و دقت به 0.5٪ AR یا حتی کمتر کاهش می یابد. از عمده مشکلات این نوع از فلومترها میتوان به سایش بین دنده ها در مایعات غیر روغنی است، اشاره کرد.

در مایعاتی که بخوبی روغن کاری نمی شوند، حداکثر سرعت روتور باید کاهش یابد تا سایش محدود شود. راه دیگر برای محدود کردن سایش این است که افت فشار در سراسر دبی سنج را زیر 1bar نگه دارید. بنابراین، افت فشار در سراسر کنتور حداکثر دبی مجاز را در سرویس با ویسکوزیته بالا محدود می کند.

لوب مترها هم کارکردی مانند فلومتر دنده بیضی دارد با این تفاوت که دنده‌ای شکل نیستند. کناره این دستگاه‌ها صاف بوده و تماس فیزیکی بین دو لوب وجود ندارد. لوب متر ها برای لوله‌هایی با سایز 2 تا 24 اینچی طراحی می‌شوند. ظرفیت فلو در این مدل نیز از 8 تا 18000 گالن در دقیقه (gpm) متغیر است. این تجهیزات قابلیت تکرارپذیری خوبی را در سرعت‌های بالا ارائه می‌دهند و قادرند در فشارهای عملیاتی زیاد تا 82 بار (1200 psig) و دمای تا 200+ درجه سانتیگراد استفاده شوند.

دنده بیضی و لوب مترها در طیف وسیعی از جنس ها ساخته شده است مانند: ترموپلاستیک و فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی. از معایب این دسته می‌توان به، از دست دادن دقت در دبی‌های کم اشاره کرد. همچنین حداکثر دبی عبوری از این کنتور کمتر از پیستون نوسانی یا دیسکی است.

3. پره چرخشی دوار Rotary vane meters

فلومتر دوار از یک پروانه دوار حاوی دو یا چند پره تشکیل شده است. فضاهای بین پره ها به قسمت‌های تقسیم شده‌اند و در هر چرخش (یا عبور سیال) مقدار دبی اندازه‌گیری می‌شود. بعبارتی، شامل پروانه های دوار بطور یکنواخت با دو یا چند محفظه هستند. تعداد چرخش پروانه با واحد حجمی شمارش و ثبت می شود. این نوع دبی سنج‌ها اغلب در صنعت نفت استفاده می شوند.

4. فلومتر حلزونی یا هلیکس Helix meters

نام فلومترهای حلزونی را از شکل چرخ دنده‌ها یا روتورهای آنها گرفته‌اند. این روتورها شبیه بشکل یک مارپیچ است که از دو چرخ دنده مارپیچ شیبدار شعاعی برای به‌دام انداختن مداوم سیال استفاده می کند. هنگامی که سیال در دستگاه جاری می‌شود، وارد محفظه های روتور شده و باعث چرخش روتورها می شود. نرخ فلو نیز از سرعت چرخش محاسبه می شود.

در دبی سنج هلیکس از سنسورهای نوری یا مغناطیسی برای رمزگذاری یک قطار پالس متناسب با سرعت چرخش چرخ دنده های مارپیچ استفاده می شود. نیروهای مورد نیاز برای چرخش مارپیچ ها نسبتاً کم است و بنابراین در مقایسه با سایر فلومترهای جابجایی مثبت افت فشار نسبتاً کمی دارد. بهترین دقت قابل دستیابی حدود ± 0.2٪ یا نرخ است.

از معایب این فلومتر اینست که با کاهش دبی و یا ویسکوزیته سیال، خطای اندازه گیری افزایش می یابد. فلومتر حلزونی قادر است فلوی سیالات بسیار ویسکوز (از 3 تا 300000 cP) را اندازه‌گیری کند. این تجهیز برای سیالات بسیار غلیظ مانند چسب‌ها و پلیمرهای بسیار چسبناک ایده‌آل است.

با افزایش ویسکوزیته، سرعت سیالات کاهش می‌یابد و از آنجایی که افت فشار ایجاد شده نباید از 2 بار کمتر شود، متقابلا فلوی نامی نیز کاهش می‌یابد. اگر سیال دارای ویژگی روانکاری خوبی باشد، تعداد دور بر دقیقه تا 100:1 امکان افزایش را دارد.

5. فلومتر دیسک متحرک ناتینگ Nutating disk

فلومترهای دیسکی نوتینگ از رایجترین کنتورهای مایعات، مخصوصا آب هستند. آنها بعنوان کنتور آب مسکونی در سراسر جهان استفاده می شوند. همانطور که آب از طریق کنتور آب جریان می یابد، باعث می شود یک دیسک تکان بخورد و یک دوک، آهنربا را بچرخاند. این آهنربا به یک شمارنده مکانیکی متصل می‌شود. از آنجایی که کنتور هر بار که دوک می‌چرخد ​​مقدار ثابتی از سیال را تشخیص می‌دهد، پس سرعت جریان آب متناسب با سرعت چرخش دوک است.

مزایای اندازه‌گیری فلوی سیال بوسیله فلومتر جابجایی مثبت

• قابلیت تحمل فشار بالا
• اندازه گیری فلوی خطی
• تعمیر و نگهداری نسبتا پایین
• در دسترس بودن قطعات یدکی
• امکان نصب بصورت افقی و عمودی
• اندازه گیری بسیار دقیق و قابل تکرار
• سطح دقت بالا نسبت به قیمت فلومتر
• بدون نیاز به وصل برق در مدل‌های مکانیکی
• توانایی پردازش طیف وسیعی از ویسکوزیته سیال
• در کاربردهایی که دما و چگالی نوسان دارد نیز مناسب است

معایب دبی سنج DP

در حالی که دبی مترهای جابجایی مثبت بسیار کاربردی هستند، اما محدودیت‌ برای استفاده از آنها وجود دارد.

• نباید از آنها برای سیالاتی که حاوی ذرات بزرگ هستند استفاده شود، مگر اینکه بتوان آنها را قبل از ورود سیال به محفظه اندازه گیری بوسیله صافی فیلتر کرد
• برای کاربردهایی که حباب های بزرگی از هوا در سیال وجود دارد، مناسب نیستند
• در بعضی از انواع این فلومترها، هنگام کارکرد، لرزش و سر و صدا ایجاد می‌شود
• ساختار مکانیکی و در برخی مواقع پیچیده دارند

فلومتر جابجایی مثبت در چه صنایعی کاربرد دارد؟

صنایعی که در آنها از انواع فلومتر‌های جابجایی مثبت استفاده می‌شود عبارتند: نفت و گاز، آب و فاضلاب، شیمیایی، نیروگاه، داروسازی، مواد غذایی و آشامیدنی، خمیر و کاغذ، فلزات، معدن و حتی هوافضا.

• اندازه گیری انواع مایعات شیمیایی
• اندازه گیری فلوی حجمی سیالات در لوله‌ها
• اندازه گیری مصرف سوخت در دیگهای بخار دیزلی
• تعیین دبی حجمی رنگ‌ها در کارخانه تولید رنگ و رزین
• اندازه گیری دقیق مایعات در صنایع غذایی، نوشیدنی و تنباکو
• مانیتورینگ تاسیسات، مانیتورینگ پمپ آب شیرین و اندازه گیری حجمی آب رودخانه
• در صنایع شیمیایی برای تخمین دقیق مایعات چسبناک و سیالات برودتی مانند آمونیاک و گازهای خنک کننده

نحوه نصب فلومتر جابجایی مثبت چگونه است؟

در هنگام نصب فلومترهای جابجایی مثبت حتما از مراحل زیر پیروی کنید:

1. خطوط لوله را در بالادست کنتور کاملاً بشویید تا کثیفی ها و ذرات آلوده از داخل لوله پاک شوند
2. فلومتر را در خط تنظیم کنید (فلش‌ها ورودی و خروجی جهت عبور جریان را نشان می دهد)
3. در حین بستن تجهیز به خط لوله اتصالات را کاملا آب‌بندی کنید
4. از درزگیر لوله یا نوار تفلون روی رزوه‌های دبی سنج استفاده نکنید
5. اتصالات را بیش از حد سفت نکنید
6. یادتان باشد قبل و بعد تجهیز از شیر پروانه‌ای برای قطع و وصل عبور سیال استفاده کنید
7. برای آزمایش نصب برای نشتی شیر قطع کننده خروجی (پایین دست) را ببندید. دریچه ورودی (بالا دست) را به آرامی باز کنید تا کنتور پر از آب شود.
8. شیر خروجی (پایین دست) را به آرامی باز کنید تا هوا از کنتور و خط لوله خارج شود.
9. هنگام نصب دبی سنج‌های مجهز به مدار الکترونیکی، به دستورالعمل‌های نصب، کارخانه را مطالعه نمایید

تجهیزات جانبی دبی سنج PD

لوازم جانبی برای این فلومتر‌ها عبارتند از: صافی‌ها، فیلترها، تجهیزات حذف حباب‌های هوا و بخار از سیال، دمپرهای حذف جریانات ضربه‌ای، سیستم‌های جبران دما و انواع دریچه‌ها برای امکان قطع دریبل را شامل می‌شود.

کالیبراسیون فلومتر جابجایی مثبت

کالیبراسیون فرآیندی است که در آن اندازه‌گیری‌های انجام‌شده توسط فلومتر جابجایی مثبت با اندازه‌گیری‌های انجام‌شده توسط یک دستگاه دقیق‌تر، مقایسه می‌شود. یک فلومتر کالیبره شده می تواند نتایج دقیقی را ارائه دهد و عملکرد کارآمد سیستم را تضمین کند.

فلومترها در چند مرحله کالیبره می‌شوند. اولین مرحله در کارخانه هنگام تولید تجهیز کالیبره می‌گردد. دومین مرحله در هنگام نصب توسط مصرف کننده است. بعد از نصب نیز در زمان‌های مشخصی (PM) اقدام به کالیبراسیون فلومتر توسط افراد مجرب انجام می‌پذیرد، تا اطمینان حاصل شود که اندازه گیری ها دقیق هستند. مثلا، یک ترازوی 100 کیلوگرمی زمانی که چیزی روی آن نیست، باید دوباره کالیبره و تنظیم شود تا مقدار صفر اولیه را نشان دهد.

سوالات متداول