ما هو نظام قياس الخزانات؟
قياس الخزانات هو تحديد كمية المنتج في خزانات التخزين الكبيرة بدقة تصلح أساسًا للقرارات التجارية والتشغيلية. ولا تكفي معلومات المستوى وحدها لهذه المهمة: فالهيدروكربونات تتمدد بالحرارة، ولذلك يقابل المستوى نفسه كميات مختلفة من المنتج عند درجات حرارة مختلفة. ومن ثم تستند المعاملات التجارية إلى الحجم الصافي والكتلة المصححين إلى درجة حرارة مرجعية. ويجمع نظام قياس الخزانات بين القياس الدقيق للمستوى ومتوسط درجة الحرارة متعدد النقاط ومستوى الماء الحر في قاع الخزان، وقياسات ضغط البخار والسائل عند الحاجة.
وما يميّز النظام عن جهاز إرسال مستوى العمليات هو دمج القياسات وحسابها لكل خزان على حدة. فجهاز إرسال العمليات يقدّم عادةً إشارة واحدة لحلقة تحكم، أما نظام قياس الخزانات فيحوّل المستوى إلى حجم باستخدام جدول سعة الخزان، ويطبّق تصحيح الحرارة، ويولّد بيانات المخزون والحركة، ويوفّر طبقة لمنع الفيضان مستقلة عن نظام التحكم الأساسي في العملية. وفي التهيئات المخصصة للقياس لأغراض نقل الملكية، يمكن استخدام جهاز الرادار ومجمّعات البيانات المتصلة به مع اعتمادات نوع صادرة عن هيئات المترولوجيا القانونية.
ويمكن تكييف الحل لمجموعة واسعة من التطبيقات — المنشآت البرية ذات الخزانات بسقف ثابت أو سقف عائم أو سقف عائم داخلي والخزانات المضغوطة، وكذلك قياس الصابورة والوقود والغاطس على متن السفن.
بنية نظام قياس الخزانات ومبدأ عمله
يعمل نظام قياس الخزانات الحديث ببنية متعددة الطبقات من الموقع إلى غرفة التحكم، وتنقل كل طبقة القياسات الأولية والقيم المحسوبة معًا إلى الطبقة التي تعلوها:
1. قياس المستوى بالرادار: يعتمد جهاز قياس المستوى بالرادار طريقة FMCW (الموجة المستمرة معدّلة التردد): تنعكس عن سطح السائل إشارة يُمسح ترددها خطيًا حول نحو 10 GHz، وعند عودتها يظهر فرق تردد صغير مقارنة بالإشارة المرسلة في تلك اللحظة. ويتناسب هذا الفرق مباشرة مع المسافة بين الهوائي والسطح. ولا يحتوي الجهاز غير التلامسي على أجزاء متحركة، ويعطي قياسًا جديدًا كل 0.3 ثانية؛ ويُختار نوع الهوائي وفق تصميم سقف الخزان وقطر الفتحة والمنتج.
2. قياس الحرارة والماء الحر والضغط: تتيح حساسات حرارة متعددة النقاط معلّقة في الخزان حساب متوسط حرارة السائل والبخار، ويتابع حساس مدمج لمستوى الماء الماءَ الحر في قاع الخزان. ويمكن توصيل أجهزة إرسال الضغط لقياس ضغط البخار والضغط الهيدروستاتيكي، وأجهزة إرسال الحرارة ذات الاتصال عبر الناقل للقياسات أحادية النقطة، بالبنية نفسها؛ وتُعرض هذه الأجهزة في صفحات منتجاتها الخاصة.
3. التجميع والتغذية والحساب في مجمّع الخزان: يغذّي مجمّع البيانات عند الخزان (مجمّع الخزان) الأجهزة الميدانية بالطاقة ويتواصل معها عبر ناقل خزان آمن جوهريًا ثنائي الأسلاك. وتسمح هذه البنية، القائمة على FOUNDATION Fieldbus والمتوافقة مع FISCO، بتوصيل عدد أكبر من الأجهزة على المقطع نفسه دون حسابات معاملات الكيان (Entity). ويتعرّف مجمّع الخزان على الأجهزة ويعنونها تلقائيًا، ويجري محليًا حسابات متوسط الحرارة والكثافة المرصودة والحجم المستند إلى جدول الخزان.
4. تركيز البيانات في مجمّع النظام: يستطلع مجمّع بيانات النظام (مجمّع النظام) باستمرار مجمّعًا واحدًا أو أكثر من مجمّعات الخزانات، وعند الحاجة أجهزة ميدانية من مصنعين آخرين، ويحتفظ بالبيانات في ذاكرته المؤقتة. وعند وصول طلب تُرسل بيانات مجموعة الخزانات دون تأخير. ويمكن توزيع ثمانية منافذ قابلة للتهيئة بمرونة بين الاتصال الميداني والاتصال بالنظام المضيف.
5. برنامج إدارة المخزون وDCS/SCADA: يتولى برنامج إدارة المخزون في غرفة التحكم حساب الحجم الإجمالي والصافي والكتلة والإنذارات وإعداد التقارير. ويمكن إرسال البيانات نفسها في الوقت ذاته إلى نظام DCS أو SCADA أو شاشات المشغلين القائمة عبر Modbus TCP أو OPC UA أو Modbus التسلسلي.
سلسلة حساب المخزون: من المستوى إلى الحجم القياسي الصافي
يُحوَّل المستوى المقاس إلى الحجم الكلي المرصود (TOV) باستخدام جدول سعة الخزان (Strapping Table) المعدّ بالمعايرة. وبخصم حجم الماء الحر (FWV) في قاع الخزان يُحصل على الحجم الإجمالي المرصود (GOV). ويُضرب GOV في معامل تصحيح الحجم (VCF)، الذي يتوقف على متوسط حرارة المنتج وكثافته، فيتحوّل إلى الحجم القياسي الإجمالي (GSV) عند درجة الحرارة المرجعية؛ ثم يُطرح بدل الرواسب والماء (S&W) للوصول إلى الحجم القياسي الصافي (NSV) الذي تستند إليه المعاملات التجارية.
يستطيع مجمّع الخزان حساب TOV بجدول سعة من 100 نقطة وحساب NSV المصحح وفق API على مستوى الخزان. أما مجمّع النظام فيدعم جداول سعة تصل إلى 5,000 نقطة لكل خزان للخزانات الأسطوانية والكروية، ويجري حسابات فورية للحجم الإجمالي/الصافي والكتلة وفق ASTM D4311 وجداول API 6 و54 و24 و60 وA–D، ويمكنه حساب NSV عند درجة حرارة مرجعية يحددها المستخدم. وعندما يُقاس المستوى والحرارة والضغط معًا، يعطي الحساب الهجين الكثافة والكتلة باستمرار أيضًا.
منع الفيضان وبنية SIL
يحمل جهاز قياس المستوى بالرادار شهادة IEC 61508 بقدرته على تحقيق SIL 2 وSIL 3. وعند مستوى سائل محدد مسبقًا تفعّل وظيفة السلامة حلقة إنذار منفصلة وتشغّل مرحّل السلامة أو خرج 4–20 mA في مجمّع الخزان؛ وتُوصل هذه الإشارة بنظام الإيقاف الطارئ (ESD) أو بنظام آلي لمنع الفيضان. ويتحقق SIL 2 بالخرج التماثلي أو بمرحّل السلامة، في حين يتطلب SIL 3 الإصدار ثنائي في واحد (2-in-1).
يضم الجهاز ثنائي في واحد وحدتي إلكترونيات رادار مستقلتين ومعزولتين كهربائيًا (Galvanically) في الغلاف نفسه، ويستخدم فتحة واحدة في الخزان. يمكن أن تتولى إحدى الوحدتين مستوى المخزون والأخرى إنذار المستوى المرتفع جدًا المستقل، فيخدم جهاز واحد طبقتي حماية مستقلتين مثل نظام التحكم الأساسي في العملية (BPCS) ونظام السلامة الآلي (SIS). وتتيح مقارنة إشارتي الوحدتين في الزمن الحقيقي اكتشاف انحرافات القياس مبكرًا. ويكون مرحّل SIL 3 في مجمّع الخزان مغلقًا (مُنشَّطًا) في التشغيل العادي، ويفتح الدائرة عند بلوغ مستوى الإنذار أو عند حدوث عطل في الجهاز. ويتيح هذا النهج بناء حلول لمنع الفيضان تتماشى مع API 2350.
التكرار ونقل البيانات لاسلكيًا
في المحطات الحرجة يمكن تشغيل مجمّع النظام بتكرار (Redundancy) باستخدام وحدتين متطابقتين: الوحدة الرئيسية نشطة والثانوية خاملة، وإذا تعطلت الرئيسية تتولى الثانوية المهمة وترسل رسالة عطل إلى برنامج إدارة المخزون أو إلى DCS. ويمكن تطبيق التكرار على النظام كله أو على جزء منه، من غرفة التحكم حتى الأجهزة الميدانية؛ ومع وجود جهازي مستوى على الخزان نفسه (جهاز ثنائي في واحد، أو جهازي رادار منفصلين، أو جهازين من نوعين مختلفين) يمكن إبقاء القيم الميدانية في وضع الاستعداد الساخن، كما يمكن للمنافذ الميدانية أن تدعم بعضها في بنية حلقية.
وللخزانات البعيدة التي يكون مدّ الكابلات إليها مكلفًا، ينقل محوِّل لاسلكي متصل بمجمّع الخزان بيانات الخزان مثل المستوى والحرارة عبر شبكة WirelessHART (IEC 62591) إلى بوابة. ويستخدم الراديو المستند إلى IEEE 802.15.4 القفز بين القنوات في نطاق 2.4 GHz، ويمكن للمستخدم اختيار فترة تحديث بين 8 ثوانٍ و60 دقيقة.
تحديث الأنظمة القائمة بالمحاكاة
لا تزال مزارع خزانات كثيرة تشغّل أجهزة قياس ميكانيكية أو بالعوامة أو بالمحرك المؤازر (Servo) من مصنعين مختلفين مع وحدات جمع البيانات المرتبطة بها. ويحل مجمّع الخزان محل جهاز القياس القديم المستبدَل عبر محاكاة بروتوكولات أنظمة قياس الخزانات من مصنعين آخرين: فيستمر النظام المضيف القائم في رؤية جهاز الرادار الجديد كما لو كان الجهاز القديم. وبذلك يمكن تحديث الموقع خطوة بخطوة مع بقاء الخزانات في الخدمة وإعادة استخدام الأسلاك القائمة.
ويستطيع مجمّع النظام أيضًا التواصل مباشرة مع الأجهزة الميدانية القائمة، ما يسمح باستبدال برنامج المخزون القديم ببرنامج جديد. ومن خلال تخطيط Modbus يحدده المستخدم، يحاكي المجمّع بنية السجلات التي يتوقعها نظام DCS أو شاشة المشغل القائمة، فلا حاجة إلى إعادة برمجة على جانب النظام المضيف. ويمكن تعريف ما يصل إلى ثلاثة أنواع من الأجهزة الميدانية التي تتواصل عبر RS-485 Modbus RTU ودمجها في النظام.
مراقبة السقف العائم
تقلّل الأسقف العائمة الحاجة إلى استرجاع الأبخرة؛ لكن السقف الذي يغوص أو يميل أو يتسرب أو ينهار قد يؤدي إلى أضرار ميكانيكية وفيضان وانطلاق أبخرة هيدروكربونية قابلة للانفجار وتلوث المنتج. كما أن مانعات التسرب الطرفية التالفة أو المركّبة بشكل خاطئ، والعوامات المثقوبة، والرياح القوية، وقصور التصريف أثناء الأمطار الغزيرة أو الثلوج، قد تؤثر بصورة خطيرة في موضع السقف وطفوه.
تراقب أجهزة رادار غير تلامسي موزعة على مسافات متساوية أعلى الخزان ميلَ السقف بمقارنة مسافاتها إلى صفائح عاكسة مثبتة على السقف؛ ويمكن إضافة هذا الحل إلى الأنظمة القائمة والخزان في الخدمة، كما يُحسب الطفو عند استخدام مستوى السائل مرجعًا. وبديلًا عن ذلك، تُركّب مباشرة على السقف أجهزة رادار موجه تمتد مسابيرها الصلبة من السقف إلى السائل؛ وتعتمد هذه التهيئة على التغذية بالبطارية والاتصال اللاسلكي والفوهات الموجودة أصلًا على السقف. وتوفر وظيفة مدمجة في مجمّع النظام رصد ميل السقف وحساب الطفو وتحذيرات الحالة باستخدام ما يصل إلى ثلاثة أجهزة لقياس الميل مركّبة على الخزان؛ ويمكن توليد إنذارات تلقائية للميل والطفو والسقف العالق وانسداد حوض التصريف ورصد الهيدروكربونات. وفي الخزانات ذات السقف العائم الداخلي يمكن أيضًا مراقبة موضع السقف بالرادار غير التلامسي.
القياس الكهروهوائي لمستوى الخزانات في السفن
على متن السفن يُستخدم نظام كهروهوائي لقياس خزانات الصابورة والوقود والسوائل المتنوعة والفراغات، وكذلك الغاطس. يُنفخ هواء مضبوط عبر أنبوب هواء يمتد من خزانة القياس إلى الخزان؛ ويساوي الضغط اللازم لدفع الهواء خارج الأنبوب الضغطَ الهيدروستاتيكي عند طرف الأنبوب. ويُحسب مستوى السائل من فرق الضغط هذا بعد تعويض مقاومة خط الأنبوب وتغيّرات الحرارة وإزاحة نقطة القياس. ويوفر أنبوب تنفيس المرجع الجوي؛ أما في الخزانات المضغوطة فيُقاس ضغط أعلى الخزان عبر خط منفصل، أو يُستخدم مكرر ضغط بنسبة 1:1 بدل نفخ الهواء.
وتُقدَّم الخزائن بترتيبين للتشغيل: في ترتيب المسح تتقاسم أجهزة إرسال الضغط ست قنوات قياس، وتُمسح جميع القنوات في دورة تقل عن 8 ثوانٍ؛ وفي الترتيب المستمر يكون لكل قناة جهاز إرسال خاص بها وتُحدَّث بيانات الخزان دون انقطاع. ويُقاس الغاطس بأنابيب مأخوذة من عدة نقاط في قاع البدن؛ ويمكن دمج مقياس ميل للتريم والميلان الجانبي، وكذلك أجهزة مستوى بالرادار أو بالرادار الموجه، في النظام عبر قنوات تماثلية. ولأن الإلكترونيات تقع بعيدًا عن بيئة الخزان القاسية، تصبح الصيانة أسهل.
الميزات الرئيسية
تلخّص الميزات أدناه القدرات الرئيسية لبنية قياس الخزانات البرية — جهاز الرادار ومجمّع الخزان ومجمّع النظام — وللنظام الكهروهوائي المخصص للاستخدام البحري.
· دقة على مستوى المليمتر: يوفر جهاز قياس المستوى بالرادار في الظروف المرجعية دقة جهاز ±0.5 mm وقابلية تكرار 0.2 mm؛ ويكون الاستقرار الحراري على مدى الحرارة المحيطة من −40 إلى +70 °C عادةً ضمن ±0.5 mm.
· خيارات هوائي لكل نوع من الخزانات: هوائيات القطع المكافئ والهوائيات البوقية للخزانات ذات السقف الثابت، وهوائي مصفوفة لأنبوب التهدئة للخزانات ذات السقف العائم، وهوائي أنبوبي مخصص مع صمام كروي للغازات المسالة المضغوطة أو فائقة البرودة. ولأن رأس القياس نفسه يُستخدم مع جميع أنواع الهوائيات، تقل الحاجة إلى قطع الغيار.
· قياس مستقر في أنابيب التهدئة الصدئة: يستخدم هوائي أنبوب التهدئة نمط إرسال منخفض الفقد يركّز طاقة الميكروويف في مركز الأنبوب، فتبقى دقة القياس لأغراض نقل الملكية محفوظة حتى في الأنابيب القديمة أو الصدئة أو المغطاة بالمنتج.
· قياس مكرر ثنائي في واحد: تجتمع وحدتا إلكترونيات رادار معزولتان كهربائيًا في غلاف واحد على فتحة واحدة في الخزان؛ تتولى إحداهما مستوى المخزون والأخرى إنذار المستوى المرتفع جدًا المستقل أو قياسًا احتياطيًا.
· شبكة ميدانية ذاتية التهيئة تتغذى من الناقل: تستمد الأجهزة الميدانية طاقتها من الناقل الآمن جوهريًا ثنائي الأسلاك ويمكن توصيلها على التوالي. ويعنون مجمّع الخزان الأجهزة تلقائيًا ويراقب حالتها ويوفر إنهاء الشبكة داخليًا.
· حساب وعرض محلي عند الخزان: يحسب مجمّع الخزان متوسط الحرارة والكثافة المرصودة والحجم؛ ويمكن عرض قيم مثل المستوى والفراغ فوق السائل ومعدل تغيّر المستوى وما يصل إلى 16 نقطة حرارة ومستوى الماء الحر وضغط البخار والسائل على الشاشة المدمجة.
· مرحّلات إنذار قابلة للتهيئة: يُشغَّل مرحّلان من الحالة الصلبة، مهيّآن للمستوى والحرارة ومستوى الماء، عبر عشر وظائف مرحّل افتراضية مستقلة؛ ويمكن أيضًا إضافة مرحّل SIL 3 منفصل مخصص لمنع الفيضان.
· اتصال آمن ومرن بالنظام المضيف: يزوّد مجمّع النظام أنظمة مضيفة مختلفة بالبيانات في الوقت نفسه عبر Modbus TCP وModbus RTU التسلسلي وخادم OPC UA يوفر التشفير والمصادقة والتفويض. ويعيد تخطيط Modbus الذي يحدده المستخدم إنتاج بنية سجلات الأنظمة القديمة كما هي.
· سعة نظام قابلة للتوسع: يخدم مجمّع النظام حسب التهيئة ما يصل إلى 16 أو 48 أو 64 خزانًا؛ ويوفر ثلاثة منافذ Ethernet وواجهة تهيئة عبر الويب ودعم USB/بطاقة SD لتسجيل بيانات التشخيص.
· الختم المترولوجي والحماية من الكتابة: يمكن ختم جهاز الرادار والمجمّعات ختمًا مترولوجيًا؛ وتمنع الحماية من الكتابة على مستوى البرنامج والعتاد أي تغييرات غير مصرح بها على تهيئات القياس لأغراض نقل الملكية.
· مصمم لظروف المواقع القاسية: توفر أغلفة الألومنيوم المصبوب المطلية بالبولي يوريثان لجهاز الرادار ومجمّع الخزان حماية IP 66/67 وNEMA 4X؛ ورأس قياس الرادار محمي من الصواعق والرطوبة والأجواء الكبريتية أو المالحة، ويمكن استبداله والخزان مغلق.
· التركيب والتحقق أثناء الخدمة: يمكن تركيب معظم أنواع الهوائيات والخزان في الخدمة. وفي تطبيقات الغاز المسال تولّد مسامير مرجعية داخل أنبوب التهدئة أصداءً على مسافات ثابتة، فيمكن التحقق من القياس أثناء تشغيل الخزان.
المواصفات الفنية
لأن نظام قياس الخزانات يتكون من عدة أنظمة فرعية، تُذكر كل قيمة مع النظام الفرعي الذي تنتمي إليه. وينطبق كل صف على ذلك النظام الفرعي فقط؛ ويجب تأكيد القيم النهائية في مرحلة المشروع وفق الهوائي والتهيئة وخيارات الاعتماد المختارة.
المعامل | البيانات الفنية |
جهاز الرادار – مبدأ القياس | رادار FMCW، نحو 10 GHz؛ غير تلامسي ودون أجزاء متحركة؛ قدرة خرج الميكروويف < 1 mW |
جهاز الرادار – دقة الجهاز | ±0.5 mm (في الظروف المرجعية؛ الإصدار القياسي وثنائي في واحد) · قابلية التكرار 0.2 mm |
جهاز الرادار – التحديث ومعدل تغيّر المستوى | قياس جديد كل 0.3 s · معدل تغيّر المستوى حتى 200 mm/s |
جهاز الرادار – نطاق القياس (أسفل الشفة) | هوائي القطع المكافئ وأنبوب التهدئة: 0.8–40 m · الهوائي البوقي: 0.8–20 m · هوائي LPG/LNG: 1.2–40 m · إصدار SIL 3: 1.2–30 m (يمكن تمديده بدقة أقل لبعض الهوائيات) |
جهاز الرادار – حرارة الخزان وضغطه | القطع المكافئ: حتى 180 °C (حلقة دائرية FEP) أو 230 °C (حلقة دائرية FFKM)، −0.2…10 bar مع التركيب الملحوم · البوقي: حتى 180 °C، −0.2…2 bar · أنبوب التهدئة: −40…120 °C (حسب الحلقة الدائرية)، −0.2…2 bar (الإصدار الثابت) · LPG/LNG: −170…90 °C، −1…25 bar |
جهاز الرادار – السلامة الوظيفية | قدرة SIL 2 وSIL 3 وفق IEC 61508؛ ويتطلب SIL 3 الإصدار ثنائي في واحد ومجمّع خزان مزودًا بمرحّل SIL 3 |
ناقل الخزان | FOUNDATION Fieldbus (IEC 61158) آمن جوهريًا ثنائي الأسلاك يتغذى من الناقل، FISCO · كابل زوج مجدول محمي 0.5–1.5 mm² · استهلاك تيار جهاز الرادار 50 mA (ثنائي في واحد: 100 mA) |
ناقل الخزان – أطوال الكابلات | FISCO: حتى 60 m لكل فرع · الخط الرئيسي والفروع معًا 1,000 m في مجموعة الغاز IIC و1,900 m في مجموعة الغاز IIB |
مجمّع الخزان – السعة | إصدار لخزان واحد أو لعدة خزانات (دعم برمجي حتى 10 خزانات و16 جهازًا ميدانيًا لكل مجمّع خزان) · إصدار SIL 2 منفصل لتطبيقات SIS |
مجمّع الخزان – الحسابات | متوسط الحرارة، الكثافة المرصودة، TOV بجدول سعة من 100 نقطة وNSV مصحح وفق API، حساب هجين (الكتلة/الكثافة) |
مجمّع الخزان – المخارج | 2 مرحّل حالة صلبة (SIL 2 أو دون SIL؛ حتى 350 V AC/DC، 80 mA) · مرحّل SIL 3 منفصل (حتى 260 V AC/DC، 80 mA) · 1 × دخل تماثلي 4–20 mA/HART و1 × خرج تماثلي (مع خيار SIL 2) |
مجمّع الخزان – الاتصال بغرفة التحكم | لوحتا اتصال مستقلتان، رئيسية وثانوية: RS-485 Modbus، 4–20 mA/HART، WirelessHART، محاكاة بروتوكولات أنظمة قياس الخزانات من مصنعين آخرين · عادةً حتى 4 km إلى غرفة التحكم حسب البروتوكول |
مجمّع النظام – السعة والمنافذ | حتى 16 أو 48 أو 64 خزانًا حسب التهيئة · 8 منافذ تسلسلية قابلة للتهيئة (توزيع ميداني/مضيف 6+2 أو 5+3 أو 4+4) · 3 منافذ Ethernet وUSB وبطاقة SD |
مجمّع النظام – الاتصال بالمضيف والحسابات | Modbus TCP، Modbus RTU تسلسلي (RS-232/RS-485)، OPC UA (حتى 48 خزانًا مع OPC UA) · الحجم/الكتلة وفق جداول API وASTM D4311 · جدول سعة من 5,000 نقطة لكل خزان |
التغذية الكهربائية | مجمّع الخزان: 24–48 V DC أو 48–240 V AC، 50/60 Hz · مجمّع النظام: 24–48 V DC أو 100–250 V AC، 50/60 Hz · لكل منهما حتى 20 W |
درجة الحماية والحرارة المحيطة | جهاز الرادار ومجمّع الخزان: IP 66/67، NEMA 4X، −40…+70 °C (مجمّع الخزان مع شاشة: −25…+70 °C) · مجمّع النظام: IP 65، −40…+70 °C |
النظام الكهروهوائي البحري | نطاق قياس 0–32 m · مطابقة الحساس حتى ±0.15% F.S. (شاملة الخطية والتخلّف وقابلية التكرار) · 24 قناة لكل خزانة · هواء أجهزة جاف ونظيف 5–8 bar · 2 × RS-485 Modbus RTU · IP 54 |
قيم أداء أجهزة إرسال المستوى بالرادار الموجه وأجهزة إرسال الضغط والحرارة العامة ليست هي قيم جهاز الرادار الواردة في هذا الجدول؛ وتُعرض بيانات هذه الأجهزة بشكل منفصل في صفحات المنتجات ذات الصلة. ويتوقف اعتماد القياس لأغراض نقل الملكية وشهادات المناطق الخطرة ومستوى SIL على التهيئة المطلوبة.
المزايا الرئيسية
· مراقبة موثوقة للمخزون والفاقد: توفر الدقة على مستوى المليمتر وحساب الحجم الصافي المصحح حراريًا أساسًا موثوقًا من البيانات لمطابقة المخزون لكل خزان على حدة وتحليل فاقد المنتج.
· ثقة مترولوجية في نقل الملكية: تدعم التهيئات الحاصلة على اعتماد نوع من المترولوجيا القانونية والأجهزة القابلة للختم مطابقة الكميات بين البائع والمشتري وعمليات التدقيق.
· أمان من الفيضان بطبقات حماية مستقلة: تشغيل قياس المخزون وإنذار المستوى المرتفع جدًا على إلكترونيات منفصلة يوفر طبقة حماية إضافية معتمدة لـ SIL في مواجهة خطر الفيضان.
· تكلفة تركيب منخفضة: تقلّل الأسلاك الثنائية المتغذية من الناقل، وإعادة استخدام الكابلات القائمة، والقياس المكرر عبر فتحة واحدة، والنقل اللاسلكي للخزانات البعيدة، الحاجة إلى العمالة والمواد في الموقع.
· تشغيل دون انقطاع: لأن تركيب الهوائي وإضافة مراقبة السقف العائم والتحديث بالمحاكاة يمكن تنفيذها جميعًا والخزانات في الخدمة، تنخفض الحاجة إلى التوقفات المخططة إلى أدنى حد.
· تكامل سهل عبر بروتوكولات مفتوحة: يسهّل دعم Modbus وOPC UA وHART وWirelessHART، مع تخطيط السجلات الذي يحدده المستخدم، إدخال بيانات الخزانات في بنية DCS وSCADA القائمة دون تغيير.
· إتاحية عالية للنظام: يحافظ التكرار الممكن على مستوى مجمّع النظام والمنفذ الميداني والجهاز الميداني على تدفق بيانات المخزون إذا تعطل مكوّن واحد.
· عبء صيانة أقل: يقلّل القياس غير التلامسي دون أجزاء متحركة، وهندسة الهوائي التي تسمح بتقاطر التكثف، ورأس القياس الذي لا يحتاج إلى إعادة معايرة، تدخلات الصيانة طوال عمر التشغيل.
مجالات التطبيق
تُستخدم أنظمة قياس الخزانات في المنشآت التي تُخزَّن فيها السوائل السائبة وتكون الكمية حاسمة لأسباب تجارية أو تتعلق بالسلامة. وفي المنشآت البرية تسود البنية القائمة على الرادار، أما على السفن فالقياس الكهروهوائي هو الخيار المعتاد.
المصافي ومحطات الخزانات
تُستخدم لقياس المخزون وتتبع الحركة والقياس لأغراض نقل الملكية في خزانات اللقيم والمنتجات الوسيطة والنهائية. وتُنقل بيانات أعداد كبيرة من الخزانات إلى برنامج إدارة المخزون ونظام DCS عبر مجمّع نظام واحد.
تخزين النفط الخام والوقود
يُفضَّل القياس داخل أنبوب التهدئة في خزانات النفط الخام ذات السقف العائم وفي خزانات البنزين/المنتجات مع سقف عائم داخلي أو دونه. وتتوفر خيارات هوائي ملائمة لكل شيء من المنتجات الخفيفة مرورًا بزيت الوقود الثقيل وحتى البيتومين والأسفلت.
تخزين الغاز المسال (LPG/LNG)
في الخزانات المضغوطة أو فائقة البرودة تُوجَّه إشارة الرادار داخل أنبوب تهدئة، فيُحصل على صدى كافٍ حتى من سطح يغلي. ويوفر حساس ضغط اختياري تعويض البخار؛ ويعزل مانع تسرب ضغط مزدوج — مكوّن من عنصر إحكام من PTFE وصمام كروي مقاوم للحريق — جانب الخزان.
الخزانات ذات السقف العائم
يُراقَب ميل السقف وطفوه والسقف العالق وحالة حوض التصريف باستمرار، فيُعطى إنذار مبكر في مواجهة خطر الفيضان وانطلاق الأبخرة؛ ويمكن إضافة المراقبة لاحقًا.
القطاع البحري: قياس الصابورة والوقود والغاطس
على جميع أنواع السفن تُقاس خزانات الصابورة والوقود والسوائل المتنوعة والفراغات كهروهوائيًا؛ ويمكن تضمين قياس الغاطس ومراقبة التريم والميلان الجانبي بمقياس ميل في النظام نفسه.
تحديث مزارع الخزانات القائمة
في المواقع التي تشغّل أجهزة قياس بالمحرك المؤازر أو بالعوامة من مصنعين مختلفين، تتيح المحاكاة نقل الخزانات إلى القياس بالرادار واحدًا تلو الآخر مع الإبقاء على النظام المضيف والأسلاك القائمة.
معايير تصميم نظام قياس الخزانات
نظام قياس الخزانات ليس اختيار جهاز منفرد، بل قرار بنية يخص الموقع بأكمله. ولتصميم سليم نوصي بتوضيح ما يلي في بداية المشروع:
خصائص الخزان والمنتج
· نوع الخزان: سقف ثابت، سقف عائم، سقف عائم داخلي، كروي/مضغوط أو فائق البرودة
· الفتحات القائمة وأقطار الفوهات وفتحات الدخول؛ وهل يوجد أنبوب تهدئة، وما قطره وحالة سطحه الداخلي
· نوع المنتج (منتج خفيف، نفط خام، زيت وقود ثقيل، بيتومين، LPG/LNG) ومدى الحرارة والضغط داخل الخزان
· ارتفاع الخزان ونطاق القياس المطلوب؛ والظروف الصعبة مثل التكثف أو الترسبات أو السطح المغلي
متطلبات القياس والمخزون
· هل القياس لأغراض نقل الملكية أم للمخزون التشغيلي؛ واعتماد المترولوجيا القانونية المطلوب
· عدد نقاط متوسط الحرارة، وقياس الماء الحر، والحاجة إلى قياس الضغط للقياس الهجين (الكثافة/الكتلة)
· مدى حداثة جداول سعة الخزانات، وهندسة الخزان، وجداول تصحيح الحجم المعتمدة، ودرجة الحرارة المرجعية
· الوظائف المتوقعة من برنامج إدارة المخزون في التقارير وتتبع الحركة ومراقبة الفاقد
السلامة ومنع الفيضان
· مستوى SIL المطلوب لوظيفة منع الفيضان وفق نتائج تحليل المخاطر
· الاستقلالية المطلوبة بين قياس المخزون وطبقة منع الفيضان (جهاز ثنائي في واحد أو جهاز منفصل)
· نوع الربط مع نظام الإيقاف الطارئ: مرحّل سلامة أو خرج 4–20 mA
· متطلبات الاعتماد الوطنية لمنع الفيضان، وتصنيف المنطقة الخطرة، وطريقة الحماية Ex المطلوبة
الاتصال والتكامل مع الأنظمة
· عدد الخزانات وتوزيعها في الموقع ومسافات الكابلات بين الخزانات وغرفة التحكم
· أجهزة القياس والبروتوكولات القائمة التي سيُحتفظ بها في الموقع؛ والحاجة إلى المحاكاة
· جانب النظام المضيف: DCS أو SCADA أو برنامج إدارة المخزون؛ وتفضيل Modbus TCP أو OPC UA أو الاتصال التسلسلي، ومتطلبات أمن الشبكة
· التكرار المتوقع على مستوى مجمّع النظام والمنفذ الميداني والجهاز الميداني؛ والخزانات البعيدة التي تتطلب نقلًا لاسلكيًا
التطبيقات البحرية
· عدد الخزانات والقنوات المطلوب قياسها؛ وتفضيل ترتيب القياس بالمسح أو المستمر
· الحاجة إلى قياس الخزانات المضغوطة ونقاط الغاطس والتريم والميلان الجانبي
· الواجهات مع نظام الأتمتة المتكامل للسفينة (IAS) والشاشات المستقلة؛ واعتماد هيئة التصنيف المطلوب
· ترتيب الخزائن، وارتفاع الخزانة بالنسبة لمدخل الخزان، وجودة هواء الأجهزة
عند تحديث مزرعة خزانات قائمة، يسهّل المسح الميداني وحصر البروتوكولات التي تستخدمها أجهزة القياس القديمة والنظام المضيف تصميم البنية الجديدة مع خطة انتقال مرحلية.
اعتمادات نقل الملكية والسلامة الوظيفية والمعايير
نلخّص أدناه أهم الاعتمادات والشهادات والمعايير المرجعية المتاحة لمكونات نظام قياس الخزانات. ويتوقف كل اعتماد على التهيئة المطلوبة.
المعيار / الاعتماد | النطاق والوصف |
IEC 61508 – SIL 2 / SIL 3 | جهاز الرادار معتمد بقدرة SIL 2 وSIL 3، ومجمّع الخزان بخيارات مرحّل/خرج تماثلي SIL 2 ومرحّل SIL 3. ويمكن توريد شهادة IEC 61508 وبيانات FMEDA اختياريًا. |
OIML R85:2008 واعتمادات النوع الوطنية | للقياس لأغراض نقل الملكية، يمكن اختيار اعتمادات نوع من هيئات المترولوجيا الوطنية مثل PTB (ألمانيا) وNMi (هولندا) وLNE (فرنسا) وMETAS (سويسرا)، إضافة إلى شهادة الأداء OIML R85:2008. ويجب اختيار الاعتماد بشكل متسق لجهاز الرادار ومجمّع الخزان ومجمّع النظام. |
API 2350 وجداول تصحيح الحجم API | يتيح النظام بناء حلول لمنع الفيضان تتماشى مع API 2350. وتستند حسابات المخزون إلى ASTM D4311 وجداول API 6 و54 و24 و60 وA–D. |
FOUNDATION Fieldbus (IEC 61158) وFISCO | يُبنى ناقل الخزان على بنية FOUNDATION Fieldbus تتبع مفهوم FISCO الآمن جوهريًا؛ وتُحدَّد معاملات الكابل وفق متطلبات IEC 61158-2. |
WirelessHART (IEC 62591) | يجري نقل البيانات لاسلكيًا من الخزانات البعيدة في نطاق 2.4 GHz وفق IEC 62591. |
اعتمادات منع الفيضان | للتهيئات ذات خرج المرحّل، يتوفر اختياريًا اعتماد منع الفيضان TÜV/DIBt وفق قانون WHG في ألمانيا واعتماد SVTI في سويسرا. |
شهادات المناطق الخطرة | اعتمادات أمان جوهري متعددة لجهاز الرادار، منها ATEX وIECEx وFM (الولايات المتحدة/كندا) وINMETRO وEAC؛ واعتمادات غلاف مقاوم للانفجار لمجمّع الخزان، منها ATEX وIECEx. |
اعتمادات التصنيف البحري | يحمل النظام الكهروهوائي البحري لقياس المستوى اعتمادات هيئات التصنيف DNV-GL وABS وLR وBV وNK وCCS. |
التوافق الكهرومغناطيسي والتيارات العابرة والاهتزاز | اختُبر جهاز الرادار وفق EN 61326-1 للتوافق الكهرومغناطيسي، وIEC 61000-4-5 للحماية من التيارات العابرة، وIEC 60770-1 وIACS UR E10 لمقاومة الاهتزاز؛ ويمكن الحصول على شهادة تتبّع EN 10204 3.1 لمادة الهوائي. |
يجب تقييم الاعتمادات والشهادات المنطبقة على كل مشروع حالةً بحالة مع الفريق الهندسي في TLY Enerji، استنادًا إلى اللوائح الوطنية وتصنيف المنطقة الخطرة ونتائج
حلول TLY Enerji لقياس الخزانات وإدارة المخزون
تتناول TLY Enerji مشاريع قياس الخزانات انطلاقًا من أهداف المخزون والسلامة على مستوى الموقع كله لا من قائمة أجهزة. يقيّم فريقنا الهندسي أنواع الخزانات والمنتجات والفتحات وأنابيب التهدئة القائمة ومتطلبات القياس لأغراض نقل الملكية ومنع الفيضان معًا، ويصمم بنية تضم أجهزة الرادار وقياس الحرارة والضغط ومجمّعات الخزانات ومجمّعات النظام. ومن الموضوعات التي نعالجها قبل اختيار الأجهزة: مدى حداثة جداول السعة، وحالة أنابيب التهدئة، واستقلالية طبقة منع الفيضان.
ونقدّم الدعم في خطط التحديث المرحلية المبنية على تحليل بروتوكولات أجهزة القياس القائمة والنظام المضيف، وتخطيط البيانات للتكامل مع DCS وSCADA، ومفاهيم التكرار والنقل اللاسلكي، وإعداد وثائق المشروع. ومع التشغيل التجريبي والدعم الميداني اللاحق، نهدف إلى أن تنتج مزرعة الخزانات لديكم بيانات مخزون موثوقة وقابلة للتتبع منذ اليوم الأول.
· المسح الميداني وتحليل البنية القائمة لقياس الخزانات
· بنية النظام واختيار الأجهزة والهوائيات
· تصميم مفهوم منع الفيضان مع متطلبات SIL
· المحاكاة وتخطيط التحديث المرحلي
· التكامل مع DCS/SCADA وبرنامج إدارة المخزون
وثائق المشروع والتشغيل التجريبي والدعم الميداني
الأسئلة الشائعة
ما هو نظام قياس الخزانات وبماذا يختلف عن جهاز إرسال مستوى العمليات؟
نظام قياس الخزانات بنية متكاملة تجمع قياسات المستوى ومتوسط الحرارة والماء الحر والضغط لكل خزان على حدة لإنتاج مخزون بالحجم والكتلة. فجهاز إرسال مستوى العمليات يرسل عادةً إشارة قياس واحدة إلى حلقة تحكم، أما نظام قياس الخزانات فيجمع وظائف مثل حساب الحجم من جدول السعة، وتصحيح الحرارة، والقياس المعتمد مترولوجيًا لأغراض نقل الملكية، وطبقة مستقلة لمنع الفيضان.
ما دقة نظام قياس الخزانات بالرادار؟
يتمتع جهاز قياس المستوى بالرادار المستخدم في النظام بدقة جهاز ±0.5 mm وقابلية تكرار 0.2 mm في الظروف المرجعية. أما عدم اليقين الكلي المحقق في الموقع فيتوقف أيضًا على بنية الخزان ونقطة التركيب وحالة أنبوب التهدئة وجودة قياس الحرارة. وفي تطبيقات نقل الملكية تُختار الأجهزة مع اعتمادات OIML R85:2008 أو اعتمادات النوع المترولوجية الوطنية، ويمكن توريدها مع شهادة معايرة.
كيف يُحسب الحجم القياسي الصافي (NSV)؟
أولًا يُحوَّل المستوى المقاس إلى الحجم الكلي المرصود (TOV) باستخدام جدول سعة الخزان. وبخصم حجم الماء الحر يُحصل على الحجم الإجمالي المرصود، الذي يُحوَّل إلى الحجم القياسي الإجمالي عند درجة الحرارة المرجعية بمعامل تصحيح الحجم المرتبط بمتوسط الحرارة والكثافة. وأخيرًا يُطرح بدل الرواسب والماء للحصول على الحجم القياسي الصافي. وتستند الحسابات إلى جداول تصحيح الحجم API وASTM D4311.
كيف يُحقَّق مستوى SIL 2 وSIL 3 في منع الفيضان؟
يتحقق SIL 2 بتوصيل جهاز رادار معتمد لـ SIL بنظام الإيقاف الطارئ عبر خرج 4–20 mA أو مرحّل السلامة في مجمّع الخزان. أما SIL 3 فيستخدم جهازًا ثنائيًا في واحد يضم وحدتي إلكترونيات رادار مستقلتين في غلاف واحد، مع مرحّل SIL 3 المنفصل في مجمّع الخزان. ويكون هذا المرحّل منشَّطًا في الوضع العادي، ويفتح عند مستوى الإنذار أو عند عطل في الجهاز منتقلًا إلى الحالة الآمنة.
هل يمكن تحديث أجهزة القياس ذات المحرك المؤازر أو العوامة دون استبدال النظام بالكامل؟
نعم. يحل مجمّع الخزان محل جهاز القياس القديم عبر محاكاة بروتوكولات أنظمة قياس الخزانات من مصنعين آخرين؛ فيستمر النظام المضيف القائم في رؤية جهاز الرادار الجديد على أنه الجهاز القديم. وبذلك يمكن تحديث الموقع تدريجيًا مع بقاء الخزانات في الخدمة والإبقاء على الأسلاك القائمة. كما يتواصل مجمّع النظام مع الأجهزة الميدانية القائمة، فيمكن استبدال برنامج المخزون القديم والحفاظ على توافق النظام المضيف عبر تخطيط Modbus يحدده المستخدم.
كيف تُنقل بيانات قياس الخزانات إلى نظام DCS أو SCADA؟
يستطيع مجمّع النظام إرسال بيانات الخزانات في الوقت نفسه إلى DCS وSCADA وبرنامج إدارة المخزون عبر Modbus TCP على Ethernet، أو OPC UA مع دعم التشفير والمصادقة، أو Modbus RTU التسلسلي على RS-232/RS-485. ويحافظ تخطيط Modbus الذي يحدده المستخدم على بنية السجلات القائمة. ويمكن عند الحاجة إجراء توصيل مباشر بالنظام المضيف أيضًا عبر الخرج التماثلي 4–20 mA/HART لمجمّع الخزان.
كيف يُراقَب ميل السقف في الخزانات ذات السقف العائم؟
تحسب أجهزة رادار غير تلامسي موزعة على مسافات متساوية أعلى الخزان ميلَ السقف بمقارنة مسافاتها إلى صفائح عاكسة مثبتة على السقف؛ ومع اتخاذ مستوى السائل مرجعًا يُراقَب الطفو أيضًا. وبديلًا عن ذلك يمكن تركيب أجهزة رادار موجه مباشرة على السقف وتشغيلها لاسلكيًا بالبطارية. وتُولَّد إنذارات تلقائية للميل والطفو والسقف العالق وانسداد حوض التصريف، ويمكن إضافة الحل لاحقًا والخزان في الخدمة.
هل يمكن استخدام الاتصال اللاسلكي في قياس الخزانات؟
نعم. ينقل محوِّل لاسلكي متصل بمجمّع الخزان بيانات الخزان مثل المستوى والحرارة عبر شبكة WirelessHART (IEC 62591) إلى بوابة. ويستخدم الراديو القفز بين القنوات في نطاق 2.4 GHz، ويمكن ضبط فترة التحديث بين 8 ثوانٍ و60 دقيقة. ويخفض ذلك تكلفة التركيب للخزانات البعيدة التي يكون مدّ الكابلات إليها مكلفًا، وللقياسات على الأسقف العائمة.
كيف تُقاس مستويات خزانات الصابورة والوقود في السفن؟
الطريقة الشائعة على السفن هي القياس الكهروهوائي: يُنفخ الهواء عبر أنبوب يمتد من خزانة القياس إلى الخزان، ويُحسب الضغط الهيدروستاتيكي — ومنه مستوى السائل — من الضغط اللازم لخروج الهواء. ويقيس النظام ضمن نطاق 0–32 m، ويدعم 24 قناة لكل خزانة، ويتصل بنظام أتمتة السفينة عبر RS-485 Modbus RTU. وتُستخدم مكررات الضغط للخزانات المضغوطة، وأنابيب مأخوذة من قاع البدن لقياس الغاطس.
هل يمكن استخدام الرادار الموجه في نظام قياس الخزانات؟
نعم. تدعم تهيئات مجمّع الخزان متعدد الخزانات أيضًا أجهزة إرسال المستوى بالرادار الموجه؛ ويمكن استخدام هذه الأجهزة مثلًا في الخزانات التي تحتاج إلى قياس السطح البيني سائل–سائل، وفي حلول مراقبة الميل المركّبة على الأسقف العائمة. كما يمكن دمجها في النظام على السفن عبر القنوات التماثلية. ويُعرض اختيار المنتج وأنواع المسابير وقيم الأداء بالتفصيل في صفحة الرادار الموجه.
