لوح الفوهة أم العدّاد بالموجات فوق الصوتية لقياس الغاز الطبيعي؟ الاختيار لمحطة جديدة ولتحديث محطة قائمة

الإجابة المختصرة: لا تتفوق إحدى التقنيتين على الأخرى بصورة عامة؛ فالاختيار الصحيح يتوقف على ما إذا كانت المحطة جديدة قيد التصميم أم محطة قائمة بلوح فوهة (Orifice) يجري تحديثها، ولكل حالة أسئلتها الخاصة. في المحطة الجديدة، حيث يمكن تصميم الأنابيب وموقع المنظّم والترشيح معًا، يكون العدّاد بالموجات فوق الصوتية مرشحًا قويًا للنقاط ذات ملف تدفق واسع أو متغير موسميًا، أو ذات حدّ ضيق لفقد الضغط المسموح، أو التدفق ثنائي الاتجاه، أو الحاجة إلى مراقبة الحالة المستمرة. ويبقى لوح الفوهة خيارًا متوازنًا حيث يكون مدى التدفق ضيقًا، وحيث يفضّل المشغّل عنصرًا أوليًا يمكن نزعه وفحصه بُعديًا، وحيث اعتاد فريق الصيانة على تقنية فرق الضغط.

أما في محطة قائمة بلوح فوهة فالسؤال الأول ليس «أي تقنية؟» بل «هل سبب المشكلة هو التقنية أم التركيب؟». كثيرًا ما تنشأ مشكلات القياس من نقص الأنابيب المستقيمة أو غياب مكيّف التدفق أو من مدى فرق ضغط لم يعد يناسب ملف التدفق، ويمكن حلها ضمن منظومة لوح الفوهة نفسها. تنطبق هذه الإرشادات على غاز طبيعي أحادي الطور، نظيف أو مرشَّح، وغير نابض؛ وفي نقاط قياس نقل الملكية تكون الكلمة الأخيرة للعقد والتشريعات السارية.

لماذا يقود السيناريوهان إلى قرارين مختلفين؟

في المحطة الجديدة يمكن توفير الشروط التي تحتاجها كل تقنية من خلال التصميم: يوضع العدّاد قبل المنظّم في اتجاه التدفق أو بعيدًا عنه، وتُدرج الأنابيب المستقيمة عند المدخل ومكيّف التدفق في المخطط منذ البداية، ويُحدَّد الترشيح وفق جودة الغاز. لذلك يُتخذ القرار أساسًا بناءً على ملف التدفق وميزانية الضغط وسياسة المشغّل في التحقق.

أما في المحطة القائمة فكثير من المتغيرات ثابت: طول خط القياس والمسافات بين الشفاه، وموقع المنظّم، ونوع حامل لوح الفوهة المركّب، ومخزون قطع الغيار، وكفاءة العاملين، وإعدادات حاسوب التدفق، وسجلات القياس السابقة. وتغيير التقنية ليس مجرد استبدال للعدّاد؛ إذ يتغير معه نظام التحقق وبرنامج المعايرة، وفي أغلب الحالات يلزم قبول الطرف المقابل في العقد. ويشمل المعيار EN 1776 التغييرات الكبيرة في أنظمة قياس الغاز القائمة إلى جانب الأنظمة الجديدة، ولذلك يُعامل التحويل عادةً كأنه نظام قياس جديد.

المعايير التي تغيّر القرار

·         مدى التدفق والملف السنوي: في لوح الفوهة يتناسب التدفق مع الجذر التربيعي لفرق الضغط. فمع اللوح نفسه، إذا انخفض التدفق إلى 1/10 انخفض DP المقاس إلى 1/100، وعند 1/5 من التدفق يصبح نحو 4% من قيمته العظمى؛ ويزداد الخطأ النسبي عند الطرف الأدنى من مدى المُرسِل. لذلك يهم عدد الساعات التي تعمل فيها المحطة عند كل تدفق خلال السنة. أما في العدّاد بالموجات فوق الصوتية فالقيود هي الدقة التمييزية عند سرعات الغاز المنخفضة جدًا، والضوضاء وفقد الضغط عند السرعات العالية جدًا؛ ويُؤكَّد المدى الرقمي ببيانات الصانع.

·         فقد الضغط المسموح: فرق الضغط المقاس وفقد الضغط الدائم ليسا الشيء نفسه. يُستعاد جزء من فرق الضغط عبر اللوح في اتجاه المصب؛ ويعتمد الفقد الدائم على نسبة بيتا، وتتضمن طبعة 2022 من ISO 5167-1 ملحقًا مخصصًا لهذا الموضوع. ولا يحتوي جسم العدّاد بالموجات فوق الصوتية كامل المقطع على عنصر يضيّق التدفق، لكن إذا استُخدم مكيّف تدفق فيجب إضافة فقده إلى ميزانية الضغط.

·         الأنابيب المستقيمة ومكيّف التدفق والطول المتاح: تحتاج التقنيتان إلى ملف سرعة متطور خالٍ من الدوامات. ويذكر ملخص AGA 3 / API 14.3.2 أن تركيبات لوح الفوهة غير المحدَّثة وفق المعيار قد تعاني من خطأ منهجي بسبب قصور تكييف التدفق والأنابيب المستقيمة. ويعتمد الطول المطلوب في لوح الفوهة على نسبة بيتا، وفي العدّاد بالموجات فوق الصوتية على عدد المسارات واستخدام المكيّف؛ وفي المحطة القائمة يكون الطول المتاح هو العامل الحاسم.

·         ضوضاء المنظّم: تولّد منظّمات الضغط وصمامات التحكم ضوضاء فوق النطاق المسموع أيضًا. وقد تخفض هذه الضوضاء نسبة الإشارة إلى الضوضاء في العدّاد بالموجات فوق الصوتية؛ ويعتمد طيفها على نوع المنظّم وتجهيزاته الداخلية (Trim) وفرق الضغط والتدفق، ويكون وجود المنظّم قبل العدّاد في اتجاه التدفق هو الترتيب الأكثر حساسية. وهذا المعيار سؤال استبعاد بالنسبة للقياس بالموجات فوق الصوتية.

·         التلوث وانجراف السوائل: يفترض كل من ISO 5167 والمعايير الخاصة بعدّادات الغاز بالموجات فوق الصوتية تدفقًا أحادي الطور. في لوح الفوهة يؤدي تلف الحافة أو الترسبات على اللوح إلى انحراف حساب التدفق، ولا يظهر هذا الانحراف تلقائيًا في حاسوب التدفق. وفي العدّاد بالموجات فوق الصوتية تؤثر الترسبات والسوائل في المسارات الصوتية وفي الملف؛ ويمكن للتشخيص أن يكشف ذلك لكنه لا يصححه. وينبغي تحديد نطاق الترشيح وفصل السوائل قبل اختيار التقنية.

·         التشخيص: تنتج العدّادات بالموجات فوق الصوتية لكل مسار سرعة الصوت والكسب ونسبة الإشارة إلى الضوضاء ومؤشرات الملف؛ ويرد في ISO 17089-1 ذكر مقارنة سرعة الصوت المقاسة بالقيمة المحسوبة من تركيب الغاز بوصفها فحصًا للاتساق. كما تتناول طبعة 2022 من ISO 5167-1 أساليب التشخيص ومراقبة الحالة لعدّادات فرق الضغط، غير أن وجود هذه البنية في محطة لوح فوهة قائمة يجب التحقق منه على حدة.

·         نهج التحقق والمعايرة: ضمن الهندسة القياسية وحدود التطبيق يمكن حساب التدفق عبر لوح الفوهة بالمعادلات القياسية دون معايرة تدفق؛ وتستند الثقة إلى الفحص البُعدي للوح وأنبوب القياس. كما تعرّف طبعة 2022 من ISO 5167-2 المعايرة طريقًا بديلًا للمعادلات القياسية. أما في عدّادات نقل الملكية بالموجات فوق الصوتية فتُحدَّد الدقة بمعايرة التدفق؛ ويغطي ISO 17089-1 المعايرة والتشخيص لأغراض التحقق من العدّاد. ويحدد العقد والتشريعات وسياسة القياس لدى المشغّل الفاصل الزمني لإعادة المعايرة.

·         قطع الغيار وكفاءة الصيانة الميدانية: تتمحور صيانة لوح الفوهة حول فحص اللوح، ومخزون الألواح والحشوات، وفحص مُرسِلات DP، وصيانة خطوط النبض. أما في العدّاد بالموجات فوق الصوتية فالعوامل الحاسمة هي قطع غيار المحوّلات والإلكترونيات، ووجود عاملين قادرين على تفسير بيانات التشخيص، وإمكانية الوصول إلى دعم الصانع.

·         العقد والمعايير: يحدد ISO 5167-1 و-2 نطاق أجهزة فرق الضغط وألواح الفوهة، ويحدد AGA 3 / API 14.3 نطاق قياس الغاز الطبيعي بلوح الفوهة، بينما يحدد كل من AGA 9 و ISO 17089-1 نطاق عدّادات الغاز متعددة المسارات بالموجات فوق الصوتية. وإذا اشترط العقد طريقة بعينها فإن تغيير التقنية يتطلب قبول الطرف المقابل.

مصفوفة قرار غير مرجّحة لسيناريوهين

لا تحتوي المصفوفة أدناه على درجات أو أوزان. ضع لكل صف ملاحظة لمحطتك: «لصالح لوح الفوهة» أو «لصالح الموجات فوق الصوتية» أو «محايد» أو «غير معروف». وقد تجنبنا التنقيط لأن سؤال استبعاد واحد قد يُلغي بقية الصفوف، مثل انجراف سوائل لا يمكن حله أو طريقة يشترطها العقد.

أسئلة كل معيار للمحطة الجديدة وللمحطة القائمة بلوح فوهة

أسئلة الاستبعاد أولًا

1.       هل يشترط العقد أو التشريع طريقة قياس أو معيارًا بعينه؟

2.       هل يمكن ضمان تدفق أحادي الطور غير نابض بالترشيح وفصل السوائل؟

3.       بالنسبة للوح الفوهة: هل حدود التطبيق في ISO 5167-2 مستوفاة (قطر أنبوب 50 mm–1000 mm، ورقم رينولدز أعلى من 5000)؟

4.       بالنسبة للموجات فوق الصوتية: هل ترتيب العدّاد والمنظّم وطول الخط المتاح مقبولان؟

المحطة القائمة بلوح فوهة: التشخيص أولًا ثم التحويل

سيناريو توضيحي: في محطة استلام عند مدخل مدينة اتسع الفرق بين تدفقات الشتاء والصيف على مر السنين، ويعمل مُرسِل DP صيفًا عند الطرف الأدنى من مداه، وتدرس جهة التشغيل التحويل إلى العدّاد بالموجات فوق الصوتية. هذا السيناريو تعليمي ولا يمثل مشروعًا حقيقيًا.

الخطوة الأولى هي تحديد المشكلة ضمن منظومة لوح الفوهة: تُراجع معًا سجلات فحص اللوح ونسبة بيتا ومديات مُرسِلات DP والأنابيب المستقيمة وحالة مكيّف التدفق. ويمكن حل مشكلة ملف التدفق بمُرسِل DP ثانٍ يعمل بالتدرج، أو بألواح موسمية بنسبة بيتا مختلفة، أو بخط قياس موازٍ. وإذا كان المطلوب تغيير اللوح دون إيقاف الخط فيُراجع نوع الحامل أيضًا؛ فعلى سبيل المثال تذكر وثيقة الصانع الخاصة بـ EPS Leading meter2 أنه يمكن ترقية حامل meter1 أحادي الحجرة المركّب إلى حامل ثنائي الحجرة وهو على الخط. ولأن دقة النظام تنتج عن الدقة البُعدية للوح وأنبوب القياس معًا، فلا ينبغي أن يقتصر التحديث على اللوح وحده.

يصبح التحويل منطقيًا عندما لا تفي هذه التحسينات بملف التدفق أو ميزانية الضغط أو الحاجة إلى مراقبة الحالة. وعندئذ ينبغي أن يشمل نطاق التحويل: هل يكفي طول الخط القائم للعدّاد والمكيّف الجديدين، وتأثير موقع المنظّم في جودة الإشارة، وإعداد حاسوب التدفق والاتصالات، والاتفاق مع الطرف المقابل على الفترة الانتقالية، وتشغيل القياسين القديم والجديد مقارنةً لفترة، واستمرارية السجلات السابقة.

بنود تكلفة دورة الحياة

لا يحتوي الجدول على مبالغ؛ والغرض منه أن تُملأ البنود نفسها للخيارين عند مقارنة العروض.

بنود التكلفة الواجب مقارنتها بين خيار لوح الفوهة وخيار الموجات فوق الصوتية

الظروف غير المناسبة والحدود

·         في التدفق النابض أو ثنائي الطور أو المحمّل بالسوائل باستمرار لا تنطبق الأسس القياسية لأي من التقنيتين؛ ويجب إزالة المصدر أولًا.

·         لا يمكن اعتبار تطبيق للوح الفوهة خارج حدود ISO 5167-2 قياسًا محسوبًا بالمعادلة القياسية.

·         وجود منظّم قريب من العدّاد يعمل بفرق ضغط مرتفع ولا يمكن نقله يجعل حل الموجات فوق الصوتية محفوفًا بالمخاطر ما لم تُقيَّم التدابير لزوج العدّاد والمنظّم المحدد.

·         لا يحل هذا المقال محل برمجيات التحجيم أو ميزانية عدم اليقين أو اختيار المورّد؛ وتُؤكَّد قيم الدقة والمدى والأنابيب المستقيمة ببيانات الصانع وظروف المشروع.

·         تختلف متطلبات المترولوجيا القانونية وإجراءات القبول في قياس نقل الملكية باختلاف الدولة والعقد.

البيانات المطلوب تجهيزها للتقييم الفني

·         التدفق الأدنى والعادي والأقصى مع تعريف الظروف المرجعية؛ وإن أمكن التوزيع السنوي للتدفق بالساعة

·         مدى ضغط التشغيل ودرجة حرارته، وقطر الخط وفئة الضغط

·         تركيب الغاز، وتاريخ انجراف السوائل أو الغبار، وترتيب الترشيح القائم

·         فقد الضغط الدائم المسموح ومتطلب الضغط في المصب

·         هندسة الخط القائم: الرسم الأيزومتري، الأكواع والصمامات، الطول المستقيم المتاح، المسافات بين الشفاه

·         مواقع المنظّمات وصمامات التحكم وفروق الضغط عليها

·         للمحطة القائمة بلوح فوهة: نوع الحامل، قطر الفتحة، نسبة بيتا، مديات مُرسِلات DP، وسجلات فحص اللوح

·         غرض القياس (نقل ملكية أو عملية)، والمعيار المشار إليه في العقد، وواجهة حاسوب التدفق ونظام التحكم

صفحات ذات صلة

·         وحدات قياس الغاز الطبيعي بألواح الفوهة: مكونات وحدة لوح الفوهة ومقارنة التقنيتين على مستوى الخصائص.

·         وحدات قياس الغاز الطبيعي بالموجات فوق الصوتية: تفاصيل المسارات وتأثيرات التركيب ومعاملات التشخيص.

·         محطات قياس الغاز الطبيعي لأغراض نقل الملكية: بنية المحطة والتزامات حفظ السجلات في القياس المعتمد للفوترة.

·         اختيار حامل لوح الفوهة أحادي أو ثنائي الحجرة أو مزدوج العزل: مفيد عند تحسين محطة لوح فوهة قائمة بدل تحويلها.

·         نسبة بيتا ومدى فرق الضغط في لوح الفوهة: للتحقق مما إذا كان يمكن حل مشكلة التدفق المنخفض ضمن منظومة لوح الفوهة.

أسئلة شائعة

كم ينخفض فقد الضغط عند الانتقال من لوح الفوهة إلى الموجات فوق الصوتية؟

تقدير ذلك من DP المقاس مضلِّل، لأن جزءًا من فرق الضغط المقاس يُستعاد بعد اللوح. ينبغي مقارنة الفقد الدائم للوح القائم، الذي يعتمد على نسبة بيتا، بالفقد الكلي لترتيب الموجات فوق الصوتية بما فيه مكيّف التدفق والمرشّح.

هل يمكن الانتقال إلى الموجات فوق الصوتية إذا كان العقد يحيل إلى AGA 3 أو ISO 5167؟

قد يكون ذلك ممكنًا فنيًا، لكن لأن طريقة القياس التعاقدية ستتغير، يجب أن يُحدَّد مسبقًا القبول الكتابي للطرف المقابل والفترة الانتقالية ونهج التحقق الجديد. وفي النقاط الخاضعة للمترولوجيا القانونية تُراجع التشريعات الوطنية أيضًا.

هل يلزم تشغيل القياسين القديم والجديد معًا لفترة بعد التحويل؟

يحدد العقد وسياسة التشغيل ما إذا كان ذلك إلزاميًا. لكن متابعة القياسين جنبًا إلى جنب لفترة، حيثما أمكن، تساعد على ربط الاستمرارية بالسجلات السابقة وعلى اكتشاف تأثيرات التركيب مبكرًا.