وحدة قياس الغاز بلوح الفوهة نظام يحسب معدل التدفق من فرق الضغط الذي يولّده لوح مثقوب بدقة ومثبت داخل الأنبوب. وتضم الوحدة لوح الفوهة وحامله، وأنبوب قياس مضبوط الأبعاد، ومكيّف التدفق، ومرسلات فرق الضغط والضغط الساكن ودرجة الحرارة، وحاسوب التدفق الذي يجري الحسابات. ولا تحدد الدقةَ أداةٌ واحدة، بل تتضافر فيها هندسة اللوح وحالته، ونسبة بيتا، والأنابيب في جهة المنبع، والمدى الذي يُقاس فيه فرق الضغط، ومدى دقة معرفة كثافة الغاز.
مبدأ القياس بفرق الضغط
يتسارع الغاز عند مروره عبر التضييق فينخفض ضغطه. يُقاس الفرق بين نقطتي أخذ الضغط على جانبي اللوح، ثم يُحسب التدفق بمعادلات قياسية من فرق الضغط وقطري الأنبوب والثقب ومعامل التصريف ومعامل التمدد وكثافة الغاز عند ظروف الجريان. والتدفق يتناسب مع الجذر التربيعي لفرق الضغط؛ فإذا انخفض التدفق إلى النصف هبط فرق الضغط إلى نحو الربع.
تحدد سلسلة ISO 5167 وتقرير AGA Report No. 3 / API MPMS الفصل 14.3 قواعد الهندسة والتركيب والحساب، وهي تنطبق على جريان دون سرعة الصوت، أحادي الطور، غير نابض، في أنبوب ممتلئ. كما يضع الجزء ISO 5167-2 حدودًا لقطر الأنبوب وعدد رينولدز، ولا يُعامل أي تركيب خارج هذه الحدود على أنه قياس محسوب بالمعادلات القياسية.
مكونات الوحدة
· لوح الفوهة: لوح متحد المركز حاد الحافة، ويمكن أن تكون نقاط أخذ الضغط على الشفة أو في الزاوية أو بترتيب D وD/2، ويعتمد AGA 3 / API 14.3 ترتيب الأخذ من الشفة.
· حامل اللوح: زوج شفاه للفوهة أو تجهيزة أحادية الحجرة أو ثنائية الحجرة، والأخيرة تتيح سحب اللوح وفحصه دون عزل الخط أو تفريغ ضغطه.
· أنبوب القياس ومكيّف التدفق: أنبوب مستقيم مضبوط الأبعاد قبل اللوح وبعده، مع مكيّف تدفق عند الحاجة لإزالة الدوّامات وتصحيح الملف.
· المرسلات: فرق الضغط والضغط الساكن ودرجة الحرارة، وقد يُستخدم أكثر من مرسل لفرق الضغط لتغطية مدى تدفق واسع.
· حاسوب التدفق: يطبق المعادلات القياسية وحساب الانضغاطية والتحويل إلى الظروف المرجعية، ويحفظ بيانات اللوح وسجلات التغيير.
وكما تؤكد وثائق مصنّعي خطوط القياس، فإن دقة النظام حصيلة دقة تصنيع اللوح والدقة البعدية لأنبوب القياس معًا، ولذلك يُصمَّم أنبوب القياس وحامل اللوح ويوثَّقان كوحدة واحدة.
العوامل التي تحدد دقة القياس
العامل | سبب أهميته | طريقة إدارته |
هندسة اللوح وحالته | حدة الحافة واستواء اللوح وقطر الثقب تؤثر مباشرة في معامل التصريف | فحص دوري للّوح، واتجاه تركيب صحيح، وسجلات للألواح |
نسبة بيتا | نسبة قطر الثقب إلى قطر الأنبوب تؤثر في عدم يقين الحساب وفقد الضغط | اختيار مقاس اللوح ضمن المدى الذي يوصي به المعيار |
ترتيب جهة المنبع | الأكواع والصمامات والدوّامات تشوّه ملف الضغط وتسبب انحيازًا | أنبوب مستقيم كافٍ ومكيّف تدفق مناسب |
مدى قياس فرق الضغط | عند التدفق المنخفض يصغر فرق الضغط كثيرًا ويكبر خطأ المرسل نسبيًا | مرسلات متدرجة أو خطوط متوازية أو تغيير اللوح |
كثافة الغاز وتركيبه | يعتمد حساب التدفق على الكثافة عند ظروف الجريان | قياس دقيق للضغط والحرارة وبيانات تركيب محدّثة |
النبضات ووجود السوائل | لا تصح المعادلات القياسية في هذه الظروف | إزالة المصدر والترشيح وفصل السوائل |
نسبة بيتا وحدود مدى القياس
يغطي AGA 3 / API 14.3 الجزء 2 نسب بيتا من نحو 0.10 إلى 0.75، ويذكر أن أدنى عدم يقين لمعامل التصريف يقع تقريبًا بين 0.2 و0.6. فنسبة بيتا الكبيرة تعطي عند التدفق نفسه فرق ضغط أقل وفقد ضغط أقل، أما الصغيرة فترفع فرق الضغط وتزيد فقد الضغط الدائم.
بسبب علاقة الجذر التربيعي يبقى مدى التدفق المفيد محدودًا؛ فتغير التدفق عشرة أضعاف يعني تغير فرق الضغط مئة ضعف. وعندما يتقلب التدفق كثيرًا بين المواسم أو خلال اليوم، تكون الحلول المعتادة مرسلَين لفرق الضغط بمديين مختلفين، أو خطوط قياس متوازية تُشغَّل تبعًا للتدفق، أو تغيير اللوح في كل موسم تشغيل. وتتضمن طبعة 2022 من ISO 5167-1 ملاحق عن مدى القياس وفقد الضغط الدائم.
فحص اللوح وصيانته
تكمن قوة القياس بلوح الفوهة في إمكانية فك العنصر الذي يحدد الدقة وفحصه ماديًا، ويكمن ضعفه في أن الخطأ الناتج عن إهمال الفحص لا يظهر تلقائيًا في حاسوب التدفق. ويشير API 14.3 الجزء 2 إلى أن أدنى عدم يقين يتطلب تطبيقًا صحيحًا للنظام وصيانة له، لا التصميم وحده. ويشمل الفحص تلف الحافة والانحناء والترسبات واتجاه التركيب، مع مطابقة رقم اللوح وقطر ثقبه مع إعدادات حاسوب التدفق.
في التجهيزة ثنائية الحجرة يُنقل اللوح إلى حجرة منفصلة ويُستبدل والخط تحت الضغط، أما الحوامل ذات الشفاه فتتطلب عزل الخط، فيلزم التخطيط لخط احتياطي أو تجاوز مقيس. ويُسجَّل كل تغيير للوح وكل تحديث للمعاملات حفاظًا على قابلية التدقيق المطلوبة في القياس الإلكتروني للغاز. كما تتناول الطبعة الأخيرة من ISO 5167-1 أساليب التشخيص والمراقبة المبنية على الحالة لعدّادات فرق الضغط.
مقارنة بين لوح الفوهة والقياس فوق الصوتي
المعيار | وحدة لوح الفوهة | الوحدة فوق الصوتية |
مبدأ القياس | فرق الضغط والمعادلات القياسية | فرق زمن عبور النبضات الصوتية |
مدى التدفق المفيد | ضيق بسبب علاقة الجذر التربيعي، وقد يلزم مرسلات متدرجة أو خطوط متوازية | واسع عمومًا |
فقد الضغط الدائم | ملحوظ ويعتمد على نسبة بيتا | منخفض في الجسم كامل الفتحة |
الحساسية للتركيب | يحتاج إلى أنبوب مستقيم وتكييف تدفق | يحتاج إلى أنبوب مستقيم وتكييف تدفق، ويتأثر أيضًا بمصادر الضوضاء |
أسلوب التحقق | يمكن فحص أبعاد اللوح والأنبوب في الموقع | معايرة التدفق وبيانات تشخيص مستمرة |
اتجاه التدفق | يُصمَّم عادة لاتجاه واحد | يمكن القياس في الاتجاهين |
تظل وحدة لوح الفوهة خيارًا قويًا لدى المشغّلين الذين يملكون بنية قائمة من ألواح الفوهة وفرق صيانة معتادة عليها، وفي النقاط ذات مدى التدفق الضيق، وفي التطبيقات التي تُقدَّر فيها إمكانية التحقق الهندسي من عنصر القياس.
نطاق عمل TLY Enerji
تضم محفظة منتجات TLY Enerji أنظمة القياس بلوح الفوهة وخطوط القياس (Meter Run) ومرسلات الضغط وفرق الضغط. وبحسب نطاق المشروع، يمكن أن يشمل الدعم الهندسة اللازمة لاختيار نسبة بيتا ومديات المرسلات، وتوريد المعدات، وتكامل حاسوب التدفق ونظام التحكم، والتركيب في الموقع والتشغيل، والدعم الفني خلال الصيانة. ويُحدَّد نطاق التوريد بالاشتراك مع مواصفات المشروع.
معلومات مطلوبة لاستفسار القياس بلوح الفوهة
· أدنى وأعلى تدفق على مدار السنة ومدة استمرار كل منهما
· قطر الخط وفئة الضغط وضغط التشغيل ودرجة الحرارة
· في المنشآت القائمة: نوع التجهيزة ومقاس اللوح ومديات المرسلات
· هل يلزم تغيير اللوح والخط تحت الضغط
· فقد الضغط الدائم المقبول
· تركيب الغاز وأي مصادر للسوائل أو النبضات
· معيار الحساب والظروف المرجعية المستخدمة في حاسوب التدفق
صفحات ذات صلة
· وحدات قياس الغاز بالموجات فوق الصوتية: البديل عند الحاجة إلى مدى واسع وبيانات تشخيص.
· محطات قياس الغاز الطبيعي: عدد خطوط القياس والاحتياطية وتخطيط المحطة.
· قياس نقل ملكية الغاز: عدم اليقين والسجلات في قياس الفوترة بلوح الفوهة.
· وحدات ترشيح الغاز وقياسه: الترشيح الذي يحمي اللوح من الترسبات والسوائل.
أسئلة متكررة حول القياس بلوح الفوهة
ما الذي توفره تجهيزة الفوهة ثنائية الحجرة؟
تتيح نقل اللوح من الحجرة الرئيسية إلى حجرة منفصلة ثم سحبه والخط ما يزال تحت الضغط، فلا يحتاج فحص اللوح أو استبداله بآخر مختلف القطر إلى عزل الخط وتفريغه. وهي مناسبة للنقاط التي لا تحتمل الانقطاع ويتكرر فيها تغيير اللوح، أما الحوامل ذات الشفاه الأبسط فتستلزم خطًا احتياطيًا.
هل يحتاج خط القياس بلوح الفوهة إلى معايرة تدفق؟
عند الالتزام بمتطلبات الهندسة والتركيب في المعايير يمكن حساب التدفق بمعادلات معامل التصريف دون معايرة، وهذا سبب رئيسي لانتشار هذه التقنية. وقد عرّفت طبعة 2022 من ISO 5167-2 المعايرة أيضًا بديلًا عن المعادلات القياسية. ويتحدد المسار المتبع بحدود المعيار وعدم اليقين المستهدف وشروط العقد.
لماذا يُستخدم مرسلان لفرق الضغط؟
لأن التدفق يتناسب مع الجذر التربيعي لفرق الضغط، يصغر فرق الضغط كثيرًا عند التدفقات المنخفضة ويكبر الخطأ النسبي لمرسل واحد. ومع مرسل بمدى منخفض وآخر بمدى مرتفع يختار حاسوب التدفق الإشارة المناسبة فيتسع مدى القياس المفيد. والبديلان هما الخطوط المتوازية أو تغيير اللوح.
كم مرة ينبغي فحص لوح الفوهة؟
لا توجد فترة واحدة، فهي تعتمد على نظافة الغاز واحتمال السوائل أو الترسبات والأهمية التجارية للقياس وشروط العقد والتشريعات الوطنية. وتحتاج الخطوط التي تنقل غازًا متسخًا إلى فحص أكثر تكرارًا من خطوط الغاز النظيف المرشّح. وتسجيل حالة اللوح وأبعاده في كل فحص يسمح بضبط الفترة التالية وفق هذا السجل.