اندازه‌گیری دبی در تمامی فرآیندهای صنعتی و ساختمانی و عبور هر نوع سیال الزامی است؛ اما برای این منظور به تکنیک‌های مختلفی از پایش سیال و محاسبه دبی نیاز داریم. فلومتر ورتکس یکی از دقیق‌ترین و کاربردی‌ترین روش‌های اندازه‌گیری دبی در فضاهای صنعتی و فرایندهای گوناگون محسوب می‌شود.
فلومتر ورتکس (Vortex Flowmeter) که آن را با عنوان فلومتر گردابی می‌شناسیم، نوع خاصی از تجهیزات اندازه‌گیری دبی است که متکی بر سرعت عبور سیال و با قابلیت ایجاد جریان‌های گردابی طبق اصل فیزیک کارمان (Karman) فعالیت می‌کند. این دستگاه با ایجاد مانع در مسیر عبور سیال و تولید جریان‌های گردابی مقدار دبی حجمی سیال را محاسبه خواهد کرد.
در عین حال برای برخی از انواع فلومتر ورتکس امکان استفاده از ترانسمیترهای دما و فشار پیش بینی شده است که در این صورت با توجه به داده‌های اولیه و بررسی تغییرات فیزیکی از قابلیت محاسبه دبی جرمی سیال نیز برخوردار است. این فلومترها حتی می‌توانند با به‌کارگیری تغییرات دمایی در افزایش حجم سیال و در نهایت محاسبه دقیق دبی با کمترین خطا استفاده شوند. در این مقاله از گروه اینرژی به بررسی روش طراحی تا اصول کاربرد فلومتر ورتکس می‌پردازیم.
روش طراحی و اصول کارکرد فلومتر ورتکس
انواع فلومتر ورتکس متکی بر ایجاد جریان‌های گردابی برای اندازه‌گیری دبی حجمی بسیاری از سیالات اعم از مایعات، گازها، بخارات و سیالات نسبتاً غلیظ کارایی دارند. اساس کار و روش طراحی این نوع فلومتر بر قرار دادن مانع در مسیر عبور جریان و ایجاد گرداب استوار است. اصول طراحی فلومترهای ورتکس (فلومتر گردابی) بر پایه اصل فیزیکی کارمان شکل گرفته است. فون کارمان (Von Karman) فیزیکدان هلندی بود که الگوهای تکرار شونده در دینامیک سیالات را مطالعه کرد و اصل فیزیکی کارمان برای ایجاد جریان‌های گردابی در سیالات را مطرح نمود.
طبق اصل کارمان در سیالات حین عبور از موانع، جریان‌های گردابی تولید می‌شود که رفته رفته و در طول خطوط این جریان‌ها میرا خواهند شد. اما الگوی ایجاد جریان‌های گردابی یکسان است و مقدار و شدت آن به نوع مانع و همچنین نوع سیال و مقدار سرعت سیال وابسته است. سنسورهای اندازه‌گیری دبی فلومتر گردابی نیز بر همین اصل ساده فیزیکی کار می‌کنند. در یک فلومتر گردابی بدون ایجاد قطعات متحرک تنها یک مانع که می‌تواند حفره‌ای کوچک باشد، نصب شده است. سیالات با عبور از این مانع حالت گردابی پیدا می‌کنند. هر اندازه شدت جریان و البته دبی سیال بالاتر باشد، جریان گردابی تولید شده نیز قوی‌تر است که معیار اندازه‌گیری در انواع فلومتر ورتکس است.
تکنیک اندازه‌گیری در فلومتر ورتکس
فلومترهای ورتکس در اصل فرکانس سنج‌هایی هستند که برای اندازه‌گیری فرکانس جریان‌های گردابی طراحی شده‌اند. در هر کدام از این دبی سنج‌ها بخش‌هایی مانند بدنه، محل عبور سیال، سنسور و ترانسمیتر دارند. در مجرای داخل بدنه این دستگاه یک نوع مانع جامد با طراحی غیریکنواخت و عموماً عمود بر جهت جریان نصب شده است که باعث ایجاد جریان‌های گردابی حین عبور سیال می‌شود. این مانع می‌تواند به اشکال گوناگون از قبیل استوانه‌ای، مربعی، چند وجهی و… طراحی شود. این مانع باعث شکل‌گیری گرداب‌ها در فرکانس معین می‌شود. سنسور اندازه‌گیری دستگاه تحت تأثیر جریان‌های گردابی هم فرکانس با آنها ارتعاش می‌کند. با استفاده از مقدار ارتعاش سنسور می‌توانیم اندازه فرکانس جریان گردابی را محاسبه کنیم.
طرز کار فلومتر ورتکس براساس حرکت مکانیکی سنسور تحت نیروی مستقیم نوسان جریان‌های گردابی است. در نهایت ترانسمیتر نصب شده در فلومتر مقدار فرکانس تولید شده سنسور را با توجه به داده‌های از پیش تعریف شده شرایط سیال و همچنین فاکتورها مانند دما و فشار سیال تجزیه و تحلیل کرده تا اطلاعات لازم مقدار دبی را به شکل سیگنال الکتریکی مخابره کند. حسگر نصب شده در این فلومترها از نوع خازنی است که قابلیت شناسایی فشار موضعی مثبت و منفی در دو طرف بدنه فلومتر را دارد.
مزایای فلومتر ورتکس
دبی سنج‌های ورتکس با تکیه بر قانون ایجاد جریان‌های گردابی بدون استفاده از قطعات متحرک و بدون تاثیر در شرایط سیال توانایی اندازه‌گیری دبی را دارند. نکته‌ای که شرایط نصب فلومتر ورتکس را ساده می‌کند و آن را برای اندازه‌گیری دبی بسیاری از سیالات مناسب کرده است. مزایای فلومتر ورتکس به قرار زیر است:
- تأثیر ناچیزی در افت فشار خط دارند.
- به علت عدم استفاده از قطعات متحرک به سختی خراب می‌شوند و دقت اندازه‌گیری آنها تا مدت‌ها پایدار است.
- برای کار در محدوده دمایی گسترده مناسب هستند.
- برای اندازه‌گیری طیف بزرگی از انواع سیالات مانند گازها، مایع‌ها و بخارات مناسب هستند.
- حساسیت آنها برای اندازه‌گیری تغییرات کوچک دبی سیالات مناسب است. تا جاییکه حتی می‌توانند افت فشار ناچیز خطوط فرآیندی را تشخیص دهند.
- در محدوده اندازه‌گیری وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- تقریباً تحت تأثیر شرایط فیزیکی سیال مانند تغییر فشار، چگالی، دما و یا ویسکوزیته سیال قرار نمی‌گیرند.
- طراحی ساده‌ای دارند و بدون وجود قطعات متحرک ساخته می‌شوند که کارکرد آنها در دبی سنجی بسیاری از سیالات را ممکن می‌سازد.
- نشتی در این فلومترها ناچیز است. لذا مناسب اندازه‌گیری دبی سیالات خاص، سمی، اسیدی و یا انفجاری هستند.
- طراحی کوچک با ابعاد جمع‌وجور دارند.
- به نسبت از دیگر فلومترها ارزان قیمت هستند.
معایب فلومتر ورتکس
با وجود مزایای قابل توجه و طرز کار فلومتر ورتکس متکی بر المان اندازه‌گیری ثابت که به دقت بالا با کمترین خطا و همچنین پایداری بالا می‌انجامد، این دبی سنج‌ها محدودیت‌هایی نیز دارند. محدودیت‌هایی که گاهاً در خرید فلومتر ورتکس تأثیر گذاشته و شرایط استفاده از آن برای بسیاری از فرایندها را ناممکن می‌سازد. معایب فلومتر ورتکس به قرار زیر است:
- اگر چه دقت اندازه‌گیری این فلومترها تحت تأثیر تغییرات دما، فشار و یا چگالی سیال قرار ندارد؛ اما کاملاً تحت تأثیر شرایط کاری سیال قرار می‌گیرد. تغییرات چگالی با توجه به شرایط کاری متغیر سیال می‌تواند در دقت اندازه‌گیری فلومتر ورتکس تأثیر منفی بگذارد.
- وجود اختلال در مسیر عبور سیال پتانسیل ایجاد خطا در اندازه‌گیری فلومتر ورتکس را افزایش می‌دهد.
- طرز کار فلومتر ورتکس براساس لرزش سنسور و اندازه‌گیری فرکانس جریان گردابی است. این در حالی است که لرزش خطوط لوله و به دنبال آن لرزش بدنه فلومتر از دقت اندازه‌گیری فلومتر می‌کاهد. نصب فلومتر ورتکس در سیستم‌های ارتعاشی امکان‌پذیر نیست.
- در اندازه‌گیری دبی سیالات آلوده ناتوان است. محدودیتی که کاربرد فلومتر ورتکس را کاملاً محدود خواهد کرد. چرا که نمی‌توانیم از این فلومترها برای اندازه‌گیری دبی سیالات مانند فاضلاب استفاده کنیم.
- نصب فلومتر ورتکس برای اندازه‌گیری سیالات خیلی داغ فراتر از ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد غیرممکن است.
انواع فلومتر ورتکس
فلومتر گردابی با تکیه بر قوانین فیزیکی کارمان و ایجاد جریان‌های گردابی دست بالایی در اندازه‌گیری دبی حجمی انواع سیالات اعم از گازها، مایعات، بخارات و… دارند. از صنایع شیمیایی تا صنایع پتروشیمی، دارویی و حتی نیروگاهی و… می‌توانیم از این نوع دبی سنج‌ها استفاده کنیم. اما در هر محیط کاربردی لازم است تا نوع تخصصی این دبی سنج‌ها را به کار اندازیم. بر این اساس انواع فلومتر گردابی به قرار زیر هستند:
- فلومتر گردابی Insertion: فلومتر گردابی است که با استفاده از سه نوع سنسور طراحی شده است. سنسور اصلی برای پایش فرکانس جریان گردابی کارایی دارد و دو سنسور دیگر، یکی برای تشخیص دمای سیال و دیگری برای پایش فشار حالت جامد سیال هستند. این مدل فلومتر گردابی قادر است تا مقدار دبی جرمی عبور سیال را اندازه‌گیری کند. خرید فلومتر ورتکس از نوع Insertion بیشتر برای نصب در لوله‌های ۲ اینچی و بزرگتر انجام می‌شود.
- فلومتر گردابی In Line (خطی): فلومتر گردابی In Line نیز دارای هر سه سنسور پایش فرکانس گردابی، دما و فشار است. با این تفاوت که پارامترهای مورد نظر را در یک نقطه پایش می‌کند. انواع فلومتر گردابی In Line را در دو مدل با اتصال فلنچی و همچنین با بدنه ساده طراحی می‌کنند.
کاربرد فلومتر ورتکس
فلومتر گردابی با تکیه بر اصل کارمان در اندازه‌گیری فرکانس جریان‌های گردابی و بدون استفاده از قطعات متحرک از کاربردی‌ترین نوع فلومترها محسوب می‌شود. دامنه کاربرد فلومتر ورتکس بسیار گسترده است و این دبی سنج‌ها توانایی اندازه‌گیری فلو در هر نوع سیال اعم از مایعات، گازها و بخارات را دارند. در عین حال به لطف طراحی یکپارچه و بدون احتمال نشتی مناسب اندازه‌گیری سیالات خطرناک سمی، اسیدی، انفجاری و یا گازی هستند. فروش فلومتر ورتکس در بسیاری از صنایع از قبیل موارد زیر متداول است:
- صنایع پالایشگاهی
- صنایع نفت و گاز
- صنایع آب و فاضلاب (البته فقط در بخش دبی سنجی آب‌های تمیز)
- صنایع غذایی و دارویی
به طور کلی انواع فلومتر ورتکس در سطح مطمئن‌ترین نوع تجهیزات ابزار دقیق قرار دارند که از توانایی سازگاری با هر نوع سیال برخوردار هستند و به راحتی نصب شده و می‌توان از آنها در شرایط مختلف فرایندهای گوناگون صنعتی استفاده کرد. برای خرید فلومتر ورتکس محصول برندهای اصلی بازار در بهترین قیمت می‌توانید از خدمات فروش آنلاین گروه اینرژی برای عرضه در سراسر کشور استفاده کنید.
راهنمای خرید فلومتر ورتکس
از فلومترهای گردابی زمانی می‌توانید تحت شرایط بهینه استفاده کنید که هر کدام از آنها را با رعایت جزئیات کامل فنی و متناسب با نوع سیال و مشخصه‌های فرایند انتخاب کرده باشید. بر این اساس حین خرید و فروش فلومتر ورتکس نکات زیر را در نظر داشته باشید:
- نوع سیال در فرایند صنعتی را بررسی کنید. این فلومترها برای اندازه‌گیری دبی سیالات تمیز و همگن مناسب هستند. هر نوع ناخالصی و وجود ذرات جامد باعث رسوب و یا مسدود شدن حفره ورتکس خواهد شد که از دقت اندازه‌گیری می‌کاهد. در عین حال لازم است تا احتمال چند فازی شدن سیال را بررسی کنید.
- عدد رینلودز سیال را محاسبه کنید. در شرایط کلی انواع فلومتر گردابی برای اندازه‌گیری دبی سیالات با عدد رینلودز پایین مناسب نیستند. سیالات با سطح گرانروی بالا دارای عدد رینلودز کمی هستند. این سیالات حین عبور از مانع ورتکس توان ایجاد جریان‌های گردابی را ندارند.
- محدوده اندازه‌گیری دبی سیال را در نظر بگیرید. انواع فلومتر ورتکس برای اندازه‌گیری در محدوده معینی از دبی سیال طراحی می‌شوند و قاعدتاً حداقل و حداکثر دبی فرآیند مورد نظر شما باید در محدوده اندازه‌گیری فلومتر قرار داشته باشد.
- نوع اتصال دبی سنج را بررسی کنید. انواع فلومتر گردابی با توجه به شرایط مختلف فرایندها با استفاده از اتصالات مختلف فلنچی، کلمپی، ویفری و حتی رزوه‌ای طراحی می‌شوند. در هنگام خرید فلومتر ورتکس دقت کنید که نوع اتصال آن با شرایط پایپ در فرآیند صنعتی شما همخوانی داشته باشد.
قیمت فلومتر ورتکس
لیست قیمت فلومتر ورتکس تحت تأثیر فاکتورهای گوناگون قرار دارد. متریال و یا در کل جنس بدنه تا محفظه داخلی فلومتر یکی از مهمترین فاکتورهای تأثیرگذار قیمت فلومتر ورتکس است. چرا که متریال دبی سنج خصوصاً جنس مانع گردابی باید با شرایط فیزیکی و شیمیایی سیال سازگار باشد و گاهاً برای برخی از سیالات ملزم به استفاده از متریال‌های خاص و گران‌قیمت هستیم. از طرفی حداکثر محدوده فشار و یا دمای کاری فلومتر، دیگر فاکتور تعیین کننده است. برخی از این دبی سنج‌ها برای اندازه‌گیری سیالات کاملاً پرفشار فرایندی طراحی شده‌اند.
در نهایت نام و نشان برند سازنده به عنوان مهمترین عامل تعیین کننده لیست قیمت فلومتر ورتکس معرفی شده است. برای تهیه انواع این فلومترها از برندهای مطرح در ظرفیت‌های گوناگون می‌توانید از خدمات فروش آنلاین سایت اینرژی برای عرضه در سراسر کشور استفاده کنید.
