مقدمه‌ای بر فناوری فلومتر جرمی کوریولیس

فلومترهای جرمی کوریولیس نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در فناوری اندازه‌گیری جریان هستند که از اثر کوریولیس برای اندازه‌گیری مستقیم نرخ جریان جرمی، چگالی و دما برای مایعات، گازها و دوغاب‌ها استفاده می‌کنند. این ابزارها با عبور سیال از یک یا چند لوله نوسانی کار می‌کنند، جایی که نیروهای کوریولیس حاصل، یک تغییر فاز قابل اندازه‌گیری را ایجاد می‌کنند که متناسب با جریان جرمی است. فلومترهای کوریولیس که اولین بار در دهه 1970 به بازار عرضه شدند، به سیستم‌های پیچیده‌ای تبدیل شده‌اند که قادر به دقت تا ±0.1٪ و نسبت کاهش جریان بیش از 100:1 هستند. توانایی آن‌ها در ارائه اندازه‌گیری جرمی مستقیم مستقل از خواص سیال، آن‌ها را در کاربردهای انتقال امانی، دسته‌ای و کنترل فرآیند در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، فرآوری شیمیایی، داروسازی و مواد غذایی و آشامیدنی ارزشمند می‌کند. پیش‌بینی می‌شود بازار جهانی فلومتر جرمی کوریولیس از 2.35 میلیارد دلار در سال 2023 به 3.46 میلیارد دلار تا سال 2032 رشد کند که نشان‌دهنده افزایش پذیرش ناشی از تقاضا برای اندازه‌گیری دقیق و انطباق با مقررات است.

اصول عملکرد و مکانیسم اندازه‌گیری

اصل اساسی عملکرد فلومترهای جرمی کوریولیس بر اثر کوریولیس متمرکز است، جایی که سیال در حال عبور از یک لوله ارتعاشی، نیروهای اینرسی را تجربه می‌کند که ساختار لوله را پیچ و تاب می‌دهد. این پیچش، یک تغییر فاز قابل اندازه‌گیری بین حسگرهای ارتعاشی ورودی و خروجی ایجاد می‌کند که مستقیماً متناسب با نرخ جریان جرمی است. علاوه بر این، فرکانس تشدید لوله ارتعاشی با چگالی سیال همبستگی دارد و اندازه‌گیری همزمان چگالی را امکان‌پذیر می‌کند. فلومترهای کوریولیس مدرن از الگوریتم‌های پردازش سیگنال پیچیده برای استخراج این پارامترها در حالی که اثرات ارتعاشات خارجی و دما را جبران می‌کنند، استفاده می‌کنند. پیکربندی‌های لوله شامل طرح‌های U شکل، مستقیم و امگا شکل است که هر کدام مزایای متمایزی را برای کاربردهای خاص ارائه می‌دهند—لوله‌های مستقیم افت فشار را به حداقل می‌رسانند و دوغاب‌ها را به طور موثر مدیریت می‌کنند، در حالی که لوله‌های خمیده حساسیت را برای کاربردهای با جریان کم افزایش می‌دهند. مدل‌های پیشرفته حالت‌های ارتعاشی متعدد و پردازش سیگنال دیجیتال را برای حفظ دقت در شرایط مختلف فرآیند ادغام می‌کنند، و برخی از تولیدکنندگان سیستم‌های مدیریت گاز محبوس را برای حفظ عملکرد در جریان‌های چند فازی پیاده‌سازی می‌کنند.

سناریوهای کلیدی کاربرد در صنایع مختلف

فلومترهای جرمی کوریولیس عملکردهای حیاتی را در بخش‌های صنعتی مختلف انجام می‌دهند. در کاربردهای نفت و گاز، آن‌ها اندازه‌گیری انتقال امانی را برای نفت خام و محصولات پالایش‌شده ارائه می‌دهند، با دقت بالا که انطباق مالیاتی را تضمین می‌کند و عدم قطعیت اندازه‌گیری را کاهش می‌دهد. توانایی آن‌ها در اندازه‌گیری مستقیم جریان جرمی، نیاز به جبران دما و فشار مورد نیاز توسط کنتورهای حجمی را از بین می‌برد، که به ویژه در کاربردهای LNG و گاز طبیعی ارزشمند است. صنعت فرآوری شیمیاییاز فلومترهای کوریولیس برای عملیات دسته‌ای و اختلاط استفاده می‌کند، جایی که توانایی آن‌ها در مدیریت سیالات خورنده و ساینده با مواد ساختمانی مناسب، طول عمر و قابلیت اطمینان را تضمین می‌کند. در کاربردهای دارویی و بیوتکنولوژی، طرح‌های بهداشتی با سازگاری CIP/SIP، افزودن دقیق مواد تشکیل‌دهنده و ثبات دسته را در حالی که الزامات بهداشتی سخت‌گیرانه را برآورده می‌کنند، امکان‌پذیر می‌سازند. تولیدکنندگان مواد غذایی و آشامیدنیاز فلومترهای کوریولیس برای مدیریت دستورالعمل‌ها و کنترل کیفیت استفاده می‌کنند، با قابلیت اندازه‌گیری چگالی آن‌ها که امکان نظارت بر غلظت برای شربت‌ها، محصولات لبنی و نوشیدنی‌ها را فراهم می‌کند. علاوه بر این، تصفیه آب و فاضلابتسهیلات از این کنتورها برای دوز شیمیایی و اندازه‌گیری غلظت لجن استفاده می‌کنند، جایی که مصونیت آن‌ها در برابر اثرات پروفایل جریان، نصب را در مقایسه با فناوری‌های جایگزین ساده می‌کند.

مزایای نسبت به فناوری‌های اندازه‌گیری جریان جایگزین

فلومترهای جرمی کوریولیس مزایای متمایز متعددی را ارائه می‌دهند که پذیرش رو به رشد آن‌ها را در صنایع مختلف توضیح می‌دهد. مهم‌تر از همه، آن‌ها اندازه‌گیری مستقیم جریان جرمیرا بدون نیاز به اندازه‌گیری‌های اضافی یا جبران تغییرات دما، فشار یا ویسکوزیته ارائه می‌دهند. این امر منابع خطای احتمالی را از بین می‌برد و طراحی سیستم را در مقایسه با فناوری‌های حجمی ساده می‌کند. قابلیت چند متغیرهآن‌ها امکان اندازه‌گیری همزمان جریان جرمی، چگالی و دما را فراهم می‌کند و به طور موثر جایگزین چندین ابزار می‌شود و هزینه کلی سیستم را کاهش می‌دهد. این فناوری دقت و تکرارپذیری استثناییرا نشان می‌دهد، معمولاً در محدوده ±0.1-0.5٪ از نرخ، با نسبت‌های کاهش جریان بالا که اندازه‌گیری دقیق را در محدوده‌های جریان وسیع امکان‌پذیر می‌کند. برخلاف کنتورهای فشار تفاضلی یا توربینی، دستگاه‌های کوریولیس هیچ قسمت متحرکی در تماس با سیال ندارند، که نیازهای نگهداری را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان طولانی‌مدت را افزایش می‌دهد. آن‌ها تا حد زیادی نسبت به اختلالات پروفایل جریان حساس نیستند، که نیاز به مسیرهای لوله مستقیم طولانی بالادست و پایین‌دست مورد نیاز توسط بسیاری از فناوری‌های دیگر کنتور را از بین می‌برد. علاوه بر این، کالیبراسیون آن‌ها در طول زمان پایدار می‌ماند، با حداقل رانش که یکپارچگی اندازه‌گیری طولانی‌مدت را تضمین می‌کند.

ملاحظات پیاده‌سازی و معیارهای انتخاب

پیاده‌سازی موفقیت‌آمیز فلومترهای جرمی کوریولیس مستلزم در نظر گرفتن دقیق چندین عامل است. خواص سیالبه طور قابل توجهی بر انتخاب کنتور تأثیر می‌گذارد—سیالات ویسکوز ممکن است به قطرهای لوله بزرگتر یا طرح‌های لوله مستقیم برای به حداقل رساندن افت فشار نیاز داشته باشند، در حالی که محیط‌های خورنده مواد ساختمانی مناسب مانند Hastelloy یا تیتانیوم را دیکته می‌کنند. شرایط فرآینداز جمله دمای شدید (معمولاً -40 درجه سانتی‌گراد تا 200 درجه سانتی‌گراد برای مدل‌های استاندارد) و رتبه‌بندی فشار (تا 2600 psi برای کاربردهای فشار بالا) باید با مشخصات کنتور همسو باشد. الزامات نصببسته به طراحی متفاوت است—برخی از کنتورها به ارتعاشات خارجی حساس هستند و ممکن است به نصب ایزوله نیاز داشته باشند، در حالی که برخی دیگر الگوریتم‌های رد ارتعاش را برای محیط‌های چالش‌برانگیز ادغام می‌کنند. خروجی و قابلیت‌های ارتباطیباید با الزامات سیستم کنترل مطابقت داشته باشد، با کنتورهای مدرن که پروتکل‌های آنالوگ (4-20 میلی‌آمپر)، پالس و دیجیتال (HART، PROFIBUS، FOUNDATION Fieldbus) را برای ادغام یکپارچه ارائه می‌دهند. برای کاربردهایی که شامل جریان دو فازی یا گاز محبوس هستند، کنتورهای تخصصی با فناوری مدیریت گاز محبوس، دقت اندازه‌گیری را در جایی که کنتورهای کوریولیس معمولی ممکن است دچار مشکل شوند، حفظ می‌کنند.

روندهای آینده و پیشرفت‌های تکنولوژیکی

فناوری فلومتر جرمی کوریولیس همچنان در چندین مسیر در حال تکامل است. مینیاتوری‌سازیتلاش‌ها در حال تولید کنتورهای جمع و جور برای آزمایشگاه و کاربردهای با جریان کم هستند، در حالی که اندازه‌های خط بزرگتر (تا 12 اینچ) نیازهای ظرفیت بالا را در کاربردهای خط لوله و انتقال برطرف می‌کنند. دیجیتالی‌سازی و ادغام IIoTتشخیص‌های پیشرفته، نظارت از راه دور و قابلیت‌های نگهداری پیش‌بینی‌کننده را فعال می‌کند، با برخی از تولیدکنندگان که برنامه‌های تلفن همراه را برای پیکربندی و نظارت بی‌سیم ارائه می‌دهند. مواد پیشرفتهاز جمله پوشش‌ها و آلیاژهای تخصصی، دوام را در سرویس‌های خورنده و ساینده افزایش می‌دهند و امکانات کاربردی را گسترش می‌دهند. اندازه‌گیری چند فازیقابلیت‌ها یک حوزه تحقیقاتی فعال را نشان می‌دهند، با سیستم‌های آزمایشی که عملکرد بهبود یافته را برای مخلوط‌های نفت-گاز-آب و دوغاب‌ها نشان می‌دهند. ادغام الگوریتم‌های یادگیری ماشینیبرای تشخیص الگو و خود تشخیصی، نوید افزایش بیشتر قابلیت اطمینان و کاهش نیازهای نگهداری را می‌دهد. از آنجایی که صنایع همچنان دقت، کارایی و پایداری را در اولویت قرار می‌دهند، فناوری فلومتر جرمی کوریولیس احتمالاً به سمت دقت، اتصال و انعطاف‌پذیری کاربردی بیشتر تکامل خواهد یافت.

-Endress+Hauser

-ALLEN BRADLEY -YOKOGAWA 

-MTL

-P+F

-محصولات بیشتر  

Achievers Automation