انواع فلوالمنت و کاربرد آن

فلوالمنت چیست؟

فلوالمنت (Flow Element) تجهیزی است که در مسیر جریان سیال قرار می‌گیرد و با ایجاد افت فشار یا تغییر در الگوی جریان، امکان محاسبه دبی حجمی یا جرمی را فراهم می‌سازد. اساس کار بیشتر فلوالمنت‌ها بر مبنای قانون برنولی و اختلاف فشار ایجاد شده در ناحیه مانع است. این اختلاف فشار توسط ترانسمیتر یا گیج اختلاف فشار خوانده شده و به جریان تبدیل می‌شود.

به دلیل سادگی، دقت قابل قبول، پوشش استانداردهای بین‌المللی و تنوع در طراحی، فلوالمنت‌ها یکی از پرکاربردترین روش‌ها برای اندازه‌گیری جریان در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه، صنایع آب و فاضلاب و حتی خطوط بخار محسوب می‌شوند.

اریفیس پلیت (Orifice Plate)

اریفیس پلیت یک صفحه فلزی دایره‌ای است که در مرکز آن یک سوراخ دقیق ماشین‌کاری شده وجود دارد. این تجهیز با ایجاد گلوگاه ناگهانی در خط، اختلاف فشار معینی بین ناحیه بالادست و پایین‌دست ایجاد می‌کند. از آنجایی که طراحی و ابعاد آن در استاندارد ISO 5167 تعریف شده، به عنوان پرکاربردترین فلوالمنت در صنایع شناخته می‌شود. اریفیس پلیت برای گاز، مایع و بخار به کار می‌رود، اما در جریان‌های حاوی ذرات جامد یا سیالات خورنده عمر مفید کمتری دارد.

مزایا:

• قیمت پایین و ساخت ساده

• پوشش گسترده در استانداردهای بین‌المللی

• مناسب برای انواع سیالات

• در دسترس بودن قطعات یدکی

معایب:

• افت فشار دائمی زیاد

• دقت متوسط (حدود ±1% تا ±2%)

• حساسیت به سایش و خوردگی

• نیاز به طول مستقیم زیاد لوله

اریفیس فلنج (Orifice Flange Assembly)

اریفیس فلنج همان اریفیس پلیت است که بین دو فلنج مخصوص نصب می‌شود. این فلنج‌ها دارای نقاط برداشت فشار (Pressure Tapping) هستند که به‌طور مستقیم به ترانسمیتر یا مانومتر متصل می‌شوند. این طراحی علاوه بر استانداردسازی فرآیند نصب، باعث سهولت در کالیبراسیون و تعویض می‌شود. اریفیس فلنج به‌ویژه در خطوط فرآیندی پالایشگاه‌ها و پتروشیمی‌ها کاربرد فراوان دارد، جایی که اندازه‌گیری پیوسته جریان اهمیت دارد.

مزایا:

• دسترسی آسان برای کالیبراسیون و نگهداری

• سهولت تعویض پلیت

• طراحی استاندارد و پرکاربرد

معایب:

• افت فشار زیاد

• دقت متوسط

• همان محدودیت‌های اریفیس پلیت

مولتی‌استیج اریفیس (Multi-stage Orifice)

مولتی‌استیج اریفیس از چندین سوراخ کوچک یا مراحل افت فشار متوالی تشکیل شده است. این طراحی افت فشار کل جریان را در چند گام تقسیم می‌کند و مانع از ایجاد کاویتاسیون و نویز در سیستم‌های پرسرعت می‌شود. این نوع فلوالمنت بیشتر برای گازهای فشرده، خطوط فشار بالا و شرایطی که ارتعاش زیاد می‌تواند به تجهیزات آسیب بزند، به کار می‌رود. علاوه بر این، طراحی آن کمک می‌کند جریان یکنواخت‌تر شده و ضربه‌های هیدرولیکی (Water Hammer) کاهش پیدا کند.

مزایا:

• کاهش نویز و ارتعاش

• افزایش طول عمر تجهیز

• مناسب برای فشارهای بالا و گازهای فشرده

معایب:

• هزینه بالاتر

• ساخت پیچیده‌تر

• احتمال گرفتگی سوراخ‌ها در سیالات آلوده

اریفیس پلیت با کریر رینگ (Orifice Plate with Carrier Ring)

در این نوع طراحی، اریفیس پلیت داخل یک رینگ فلزی (Carrier Ring) نصب شده که علاوه بر نگهداری مکانیکی، محل برداشت فشار را نیز فراهم می‌کند. این فلوالمنت در خطوطی به کار می‌رود که امکان نصب فلنج استاندارد وجود ندارد یا فضای نصب محدود است. کریر رینگ به‌ویژه در صنایع انتقال گاز و لوله‌های غیر فلنجی کاربرد دارد و باعث تسهیل در مونتاژ و دمونتاژ تجهیز می‌شود.

مزایا:

• نصب آسان در خطوط بدون فلنج

• طراحی جمع‌وجور

• امکان برداشت فشار از رینگ

معایب:

• محدودیت در فشارهای بالا

• هزینه بیشتر نسبت به پلیت ساده

• کاربرد محدودتر نسبت به اریفیس معمولی

آنوبار (پیتوت تیوب – Annubar / Pitot Tube)

آنوبار یا پیتوت تیوب یکی از فلوالمنت‌های پرکاربرد برای اندازه‌گیری دبی سیالات تمیز به‌ویژه گازها و هوا در صنایع مختلف است. این تجهیز بر اساس اختلاف فشار استاتیک و دینامیک سیال کار می‌کند و با قرار گرفتن در مسیر جریان، سرعت خطی سیال را به‌طور مستقیم اندازه‌گیری کرده و سپس دبی حجمی یا جرمی محاسبه می‌شود. طراحی آن ساده بوده و در دو نوع تکی (Pitot Tube ساده) و چند نقطه‌ای (Annubar) ساخته می‌شود که نوع دوم برای دقت بالاتر و جریان‌های بزرگ‌تر به کار می‌رود.

مزایا:

• نصب و راه‌اندازی آسان بدون نیاز به توقف طولانی فرآیند

• افت فشار بسیار کم در مقایسه با سایر فلوالمنت‌ها

• مناسب برای لوله‌های با قطر بزرگ

• هزینه پایین‌تر نسبت به تجهیزات پیچیده‌تر مانند ونتوری

معایب:

• دقت پایین‌تر نسبت به ونتوری و فلونازل

• حساسیت زیاد به نصب صحیح و وضعیت جریان

• مناسب نبودن برای سیالات آلوده، دو فازی یا دارای ذرات معلق

• نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای برای دقت بهتر

میتر ران (Meter Run)

میتر ران یک مجموعه کامل و آماده شامل اریفیس یا فلوالمنت اختلاف فشار به همراه طول مشخصی از لوله مستقیم است که در کارخانه تحت استاندارد دقیق ساخته و کالیبره می‌شود. این تجهیز معمولاً در خطوط با قطر کم (Small Bore) استفاده می‌شود، زیرا در این قطرها ایجاد شرایط جریان پایدار در محل نصب دشوار است. استفاده از میتر ران دقت اندازه‌گیری را به‌شدت افزایش می‌دهد و برای کاربردهای حساس در صنایع نفت و گاز یا خطوط انتقال فشار بالا انتخاب می‌شود.

مزایا:

• دقت بالا به دلیل آماده‌سازی کارخانه‌ای

• تضمین شرایط هیدرولیکی پایدار

• کاهش نیاز به لوله مستقیم طولانی

معایب:

• هزینه زیاد

• ابعاد و وزن بیشتر

• نصب و حمل دشوارتر

فلو نازل (Flow Nozzle)

فلو نازل یک فلوالمنت مخروطی با سطح ورودی انحنادار است که جریان سیال را به شکل روان‌تری نسبت به اریفیس شتاب می‌دهد. این طراحی مقاومت بیشتری در برابر سایش و فشار دارد و به‌ویژه برای اندازه‌گیری بخار پرسرعت و سیالات تمیز مناسب است. فلو نازل در مقایسه با اریفیس، افت فشار کمتری ایجاد می‌کند و به دلیل دوام بالا، در کاربردهای طولانی‌مدت و محیط‌های خشن صنعتی بسیار ارزشمند است.

مزایا:

• دوام بالا در برابر سایش و فشار

• افت فشار کمتر از اریفیس پلیت

• مناسب برای بخار و گازهای پرسرعت

• دقت بهتر نسبت به اریفیس

معایب:

• قیمت بالاتر

• نصب و ماشین‌کاری پیچیده‌تر

• نیاز به طراحی دقیق و استانداردسازی بیشتر

ونتوری تیوب (Venturi Tube)

ونتوری تیوب یکی از پیشرفته‌ترین فلوالمنت‌هاست که دارای بخش همگرا، گلوگاه و بخش واگرا است. این طراحی باعث ایجاد اختلاف فشار بسیار دقیق و پایدار می‌شود، در حالی که افت فشار دائمی جریان حداقل است. ونتوری به دلیل مقاومت در برابر گرفتگی و توانایی کار با سیالات کثیف یا دو فازی، در نیروگاه‌ها، صنایع آب و فاضلاب و خطوط انتقال گاز طبیعی بسیار پرکاربرد است. اگرچه قیمت بالاتر و نیاز به فضای نصب بزرگ‌تر دارد، اما طول عمر بالا و عملکرد پایدار آن باعث شده انتخابی ممتاز برای کاربردهای حیاتی باشد.

مزایا:

• دقت بالا (تا ±0.5%)

• افت فشار دائمی بسیار کم

• مناسب برای سیالات کثیف و دو فازی

• طول عمر زیاد و مقاومت در برابر سایش

• عملکرد پایدار در طولانی‌مدت

معایب:

• هزینه بسیار بالا

• حجم و وزن زیاد

• نیاز به فضای نصب بیشتر

جمع‌بندی

فلوالمنت‌ها از اریفیس پلیت ساده تا ونتوری تیوب‌های پیشرفته، هرکدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. انتخاب نوع مناسب به عوامل متعددی مانند نوع سیال، فشار و دما، دقت مورد نیاز، شرایط نصب و بودجه پروژه بستگی دارد. اریفیس پلیت همچنان متداول‌ترین و اقتصادی‌ترین انتخاب است، در حالی که ونتوری بالاترین دقت و پایداری را ارائه می‌دهد. فلو نازل و مولتی‌استیج اریفیس نیز برای شرایط ویژه مثل فشار بالا یا جریان‌های پرسرعت به کار می‌روند.

استفاده درست و اصولی از فلوالمنت علاوه بر بهبود فرآیندهای صنعتی، موجب کاهش هزینه‌های نگهداری، افزایش بهره‌وری و ارتقای ایمنی سیستم‌های فرآیندی خواهد شد.