وحدات القياس المبرّدة (Cryogenic)

وحدة القياس المبرّدة حزمة تضم العدّاد وقياسات الحرارة والضغط والصمامات وحاسوب التدفق، وتُصمَّم لقياس سوائل تُحفظ عند درجات حرارة منخفضة جدًا مثل الغاز الطبيعي المسال (LNG). وما يميّزها عن وحدة قياس السوائل العادية أن السائل المقيس قريب دائمًا من نقطة غليانه، فأي دخول بسيط للحرارة أو انخفاض طفيف في الضغط قد يحوّل جزءًا منه إلى بخار، ولا يوجد عدّاد يقيس التدفق ثنائي الطور بموثوقية. ولذلك يبدأ تصميم الوحدة المبرّدة بمسألة إبقاء السائل سائلًا قبل الوصول إلى اختيار العدّاد.

يُعرض المحتوى العام لوحدة قياس السوائل لأغراض نقل الملكية في صفحة وحدات تعبئة الصهاريج لأغراض نقل الملكية. أما هذه الصفحة فتشرح لماذا تُعالَج الوظائف نفسها بشكل مختلف في الخدمة المبرّدة.

القاعدة الأولى: سائل أحادي الطور داخل العدّاد

تشترط التوصية الدولية للمترولوجيا القانونية OIML R 117-1:2019 أن يُصمَّم نظام قياس LNG ويُشغَّل بحيث يبقى المنتج داخل العدّاد سائلًا طوال القياس. ويؤكد دليل GIIGNL لنقل ملكية LNG الأمر نفسه: لا تبلغ عدّادات LNG أداءها المترولوجي الكامل إلا في تدفق أحادي الطور خالٍ من فقاعات البخار، ويجب تجنّب التشغيل بعد نقطة الفقاعة، وأن تكون الخطوط ممتلئة وباردة تمامًا قبل بدء القياس.

في الغازات المسالة تحت الضغط مثل LPG يتحقق ذلك غالبًا بالحفاظ على ضغط خلفي بعد العدّاد. أما في LNG فالأداتان الأساسيتان هما التبريد المسبق والعزل الحراري الموثوق، لأن كل مقطع أنبوب وجسم صمام ووصلة جهاز على الوحدة جسرٌ حراري. كما أن فقد الضغط عبر العدّاد والصمامات يقرّب السائل من التبخر الوميضي، لذا يُوازَن فقد الضغط مع مدى القياس عند اختيار حجم العدّاد.

دائرة التبريد وامتلاء الخط

يجب خفض حرارة الوحدة إلى درجة التشغيل قبل بدء القياس. وتسمح OIML R 117-1:2019 لهذا الغرض بدائرة إعادة تدوير بعد العدّاد، بشرط وجود وسيلة تبيّن مرور التدفق فيها، وألا يبدأ التسليم أو أن يتوقف ما دام المنتج يتدفق عبرها. وبذلك لا يدخل المنتج المدوَّر للتبريد في الكمية المسلّمة.

وإذا لم يبقَ الأنبوب أو الخرطوم بعد العدّاد ممتلئًا بين عمليتي تسليم، فإن التوصية نفسها تشترط احتساب الكمية اللازمة لملئه تلقائيًا. فيمكن أن تبدأ الحاسبة العملية بقيمة سالبة، أو أن تُصفَّر بعد امتلاء الخرطوم، أو أن تُوقف تقدّم المؤشر حتى يمتلئ. ويجب تحديد الطريقة المختارة في منطق التحكم منذ البداية.

كوريوليس أم موجات فوق صوتية؟

تبلغ الكثافة النسبية لـ LNG نحو 0.5 ولزوجته نحو 0.1 cP، ووفق دليل GIIGNL لا يطرح تحديات كبيرة في القياس ما دام العدّاد يتحمّل الحرارة المنخفضة جدًا ولا يحدث تبخر وميضي. وقد ثبت أن عدّادات كوريوليس والعدّادات فوق الصوتية تستطيع قياس LNG بتكرارية بمستوى نقل الملكية، ويُبنى الاختيار على فقد الضغط المتاح ومعدل التدفق المطلوب.

تقنيتا القياس الديناميكي في الخدمة المبرّدة

كثيرًا ما تذكر نشرات المصنّعين للخدمة المبرّدة قيم دقة تختلف عن قيم المعايرة عند حرارة الغرفة، وقد لا تعدّ مواصفة الكثافة سارية تحت حرارة معيّنة، وقد توصي بنسخ حساسات خاصة بالتطبيقات المبرّدة. لذا ينبغي طلب قيم الخدمة المبرّدة صراحةً عند مقارنة العروض. فقيمة النشرة تصف العدّاد وحده ولا تمثّل عدم يقين النظام الذي يشمل أيضًا العزل وقياس الحرارة وامتلاء الخط.

قياس الحرارة والعزل

تُقاس حرارة LNG عمومًا بحساسات مقاومة بلاتينية بثلاثة أسلاك أو أربعة، ولا تُستخدم المزدوجات الحرارية لأنها أقل حساسية عند الحرارة المنخفضة جدًا. وفي القياس الحجمي تكون الكثافة شديدة الحساسية للحرارة، فيؤثر موضع الحساس وتركيبه مباشرة في حساب الكمية. وتشيع الأنابيب ذات الغلاف المفرّغ، لكن دراسة نمذجة وجدت أن العزل بالرغوة الصلبة قد يكون بديلًا اقتصاديًا في محطات LNG. ويتوقف الاختيار على طول الخط ونمط التشغيل ومقدار الحرارة الداخلة الذي يحتمله نظام القياس.

صمامات التنفيس وقياس خط البخار

تشترط OIML R 117-1:2019 في أنظمة LNG أن تُصرِّف صمامات التنفيس الواقعة بعد العدّاد إلى الجو أو إلى الخزان المستقبل، وتحظر وصل صمام تنفيس قبل العدّاد بالجانب الذي بعده بالأنابيب لأن ذلك يتجاوز العدّاد. ولأن LNG المحصور بين صمامين مغلقين يولّد ضغطًا كلما سخن، يجب أن يكون لكل مقطع قابل للعزل في الوحدة مسار تنفيس محدد.

وإذا اتصل فراغا البخار في الصهريج وخزان التخزين وجب قياس البخار المرتجع وطرحه من الكمية المسلّمة. وتطلب التوصية دقة أفضل من 20 في المئة لهذا القياس، ويشير دليل GIIGNL إلى أن خطأ قياس البخار المرتجع قليل الأثر في الكمية الصافية، ولذلك يمكن استخدام أجهزة فرق الضغط مثل ألواح الفوهة. فقياس خط البخار جزء اختياري لكنه مهم تجاريًا في الوحدة.

التحقق والمعايرة والمطابقة

لم يبلغ التحقق الميداني بجهاز المعايرة (Prover)، الشائع في الهيدروكربونات السائلة، النضجَ نفسه في LNG بعد. فالطبعة السادسة من دليل GIIGNL تذكر أنه لم تكن هناك عند صدورها ممارسة مقبولة لمعايرة العدّادات في خدمة LNG مقابل مرجع قابل للتتبع، وأن منشأة لمعايرة تدفق LNG بتتبع وزني قد أُنشئت، وقد تكون الطبعة السابعة الصادرة في 2026 قد حدّثت هذه الصورة. وتتوقف فترات إعادة المعايرة على متطلبات المترولوجيا الإقليمية والوطنية.

تضع OIML R 117-1:2019 أنظمة قياس LNG في فئة الدقة 1.5، وتحدد للعدّاد حدّ خطأ أضيق من حدّ النظام الكامل. ولا تغطي موافقة طراز العدّاد أو شهادته للمناطق الخطرة الوحدةَ كلها بمفردها؛ إذ يُقيَّم العدّاد وقياس الحرارة والحاسبة ودائرة التبريد وتصحيح البخار بوصفها نظام قياس واحدًا، ويتحمّل من يجمع المكونات مسؤولية تقييم مخاطر الاشتعال الإضافية الناتجة عن هذا الجمع.

دور TLY Enerji في مشاريع القياس المبرّد

تقدّم TLY Enerji لمنشآت تعبئة صهاريج LNG وتفريغها أنظمة قياس LNG قابلة للتخصيص، وتوريد الأجهزة والصمامات، وتصميم الأنظمة، والدعم الهندسي. وبحسب نطاق المشروع قد يشمل ذلك اختيار عدّادات كوريوليس وأجهزة الحرارة والضغط وحاسوب التدفق، وتركيب مقاييس التدفق وتشغيلها، والتكامل مع PLC وSCADA. ويُتفق على طريقة تقييم النظام من منظور المترولوجيا القانونية وعلى حدود نطاق التوريد عبر مواصفات المشروع والتشريعات السارية.

بيانات التصميم اللازمة للوحدة المبرّدة

·         الغرض: نقل الملكية أو القياس الرقابي أو مراقبة العملية

·         التدفق الأدنى والمعتاد والأقصى وحجم الدفعة

·         مدى الضغط والحرارة عند نقطة التغذية ومدى تركيب LNG

·         فقد الضغط الكلي المسموح عبر الوحدة

·         وجود خط لإرجاع الأبخرة والحاجة إلى قياسه

·         هل يبقى الخرطوم أو الأنبوب بعد العدّاد ممتلئًا بين التسليمات

·         تشريعات المترولوجيا السارية وواجهات نظام التحكم

صفحات ذات صلة

·         أنظمة قياس نقل ملكية LNG: تحويل الكتلة المقيسة إلى طاقة تُبنى عليها الفاتورة.

·         أنظمة تعبئة صهاريج LNG: عملية التعبئة ومراحلها التي تخدمها الوحدة.

·         وحدات تعبئة وتفريغ LNG المجمّعة: نطاق الحزمة المجمّعة بما فيها الصمامات وواجهات النيتروجين ووصلات الموقع.

·         وحدات قياس LPG: مقارنة مع غاز مسال مضغوط يُحفظ طوره السائل بالضغط الخلفي.

·         وحدات تعبئة الصهاريج لأغراض نقل الملكية: محتوى وحدة نقل الملكية وأسلوب التحقق بصرف النظر عن نوع السائل.

أسئلة شائعة حول القياس المبرّد

ألا يكفي صمام الضغط الخلفي كما في LPG؟

يساعد الضغط الخلفي على منع التبخر الوميضي بإبقاء السائل فوق ضغط بخاره، لكن المصدر الرئيسي للبخار في خدمة LNG هو الحرارة الداخلة من الخارج. ففي خط غير مبرّد أو وحدة ضعيفة العزل يتكوّن البخار أيًا كان الضغط. ولهذا تعالج وحدات LNG التبريد المسبق والعزل والحد من فقد الضغط معًا.

هل يستطيع عدّاد كوريوليس قياس كثافة LNG أيضًا؟

تقيس عدّادات كوريوليس الكتلة والكثافة والحرارة معًا، لكن بعض النشرات لا تعدّ مواصفة الكثافة سارية تحت حرارة معيّنة. وفي التسليم على أساس الكتلة لا حاجة إلى الكثافة فلا تتأثر الكمية. وإذا لزمت الكثافة لأغراض أخرى فيجب أن يحدد تصميم الوحدة طريقة الحصول عليها على حدة.

هل يُحتسب LNG المدوَّر أثناء التبريد ضمن الكمية المسلّمة؟

لا ينبغي ذلك. فالتوصية OIML R 117-1:2019 تشترط ألا يبدأ التسليم أو أن يتوقف عند رصد تدفق في دائرة إعادة التدوير بعد العدّاد. وبذلك لا يُحتسب المنتج المستخدم لتبريد الخط تسليمًا للعميل، ويبدأ القياس بعد التأكد من امتلاء الخط وبرودته.

كيف يُتحقق من العدّاد المبرّد في الموقع؟

لم تنتشر طريقة المعايرة بجهاز Prover، الشائعة في الهيدروكربونات السائلة، بالقدر نفسه في LNG بعد. ومن الناحية العملية يُنظر في معايرة العدّاد في منشأة معايرة، ومقارنته ميدانيًا بطريقة مستقلة مثل بطاقات الميزان، ومتابعة بيانات التشخيص. أما الطريقة المقبولة فتحددها تشريعات المترولوجيا الوطنية والاتفاق بين الطرفين.

كيف تُحمى إلكترونيات العدّاد من البرودة؟

في التطبيقات المبرّدة يُركَّب المرسل غالبًا بعيدًا عن الحساس ليبقى ضمن حدود حرارة المحيط المسموح بها. ولهذا الاختيار أهمية أيضًا للمطابقة في المناطق الخطرة، إذ يمنح بعض المصنّعين شهاداتهم لتهيئة التركيب المنفصل، وقد تختلف الحدود في النسخة المدمجة.