اختيار مقياس تدفق ذو قطر أنبوب كبير جدًا

Thread Content

الأنابيب ذات القطر الفائق الكبير هي تلك التي يزيد قطرها عن 1 متر، وتشمل الأنابيب الدائرية/المربعة/المستطيلة. نظرًا للحجم الضخم للأنابيب ذات القطر الفائق، فإن التركيز الرئيسي في التصميم يكون على كيفية تقليل المساحة المستخدمة وتوفير التكاليف. لذلك، لا يتم أخذ متطلبات تركيب جهاز قياس التدفق في الاعتبار عند تحديد طول تمديد الأنابيب، وبالتالي لا يوجد مسافة من الأنابيب المستقيمة قدرها 10 أمتار في البداية و5 أمتار في النهاية. هذا يشكل قيودًا كبيرة على استخدامه في معظم أجهزة قياس التدفق، وحتى في حال استخدامه بشكل إجباري، فإن النتائج ستكون ضعيفة للغاية. كيف يمكن حل هذه المشكلة؟ دعونا أولاً نتحدث عن خصائص تدفق السوائل في الأنابيب الكبيرة: 1. قطر الأنابيب يزيد عن متر واحد، وبعضها يصل إلى 5.6 متر. غالبًا ما تكون على شكل مستطيل، وتكون تركيبتها معقدة، كما أن أطوال الأجزاء المستقيمة منها قصيرة جدًا، وغالبًا ما لا تتجاوز 1D. ويكون توزيع سرعة التدفق معقدًا، ويتغير باستمرار مع حمل المروحة (في الأنابيب ذات القطر الكبير، يتم عادةً قياس كمية الهواء). 2. توجد دوامات داخل الأنبوب، ويتغير حجمها وموقعها باستمرار مع تغير معدل التدفق. 3. لتقليل فقدان الضغط، يكون معدل تدفق السائل داخل الأنابيب أقل من 5 إلى 10 أمتار في الثانية، وفي درجة الحرارة العادية، يكون الضغط الساكن الكلي للهواء 15 إلى 60 باسكال فقط. ٤. غالبًا ما تحتوي الغازات على غبار، مما يؤدي إلى انسداد أجهزة قياس الفرق في الضغط المستخدمة بشكل شائع. فيما يلي عرض لبعض أجهزة القياس المستخدمة حاليًا لقياس الأنابيب ذات القطر الكبير. حسب عدد نقاط القياس: 1) قياس نقطة واحدة، حيث يتم تحديد معدل التدفق من خلال قياس سرعة السائل في نقطة معينة داخل الأنبوب (مثل المركز الدائري). ومن أمثلة أجهزة القياس هذه: التوربينات المدمجة، أجهزة قياس التدفق بناءً على الدوامات، أجهزة فينتوري المزدوجة، وأجهزة قياس كتلة الغاز الحرارية. ويشترط لعمل هذه الأجهزة أن يكون طول الجزء المستقيم من الأنبوب بين 15 إلى 25ضعف قطر الأنبوب (D: قطر الأنبوب). نظرًا لوجود دوامات متغيرة في الأنابيب الكبيرة، فإن احتمال وجود سرعة تدفق متوسطة ثابتة عند مستويات مختلفة من أحمال المراوح منخفض جدًا، ولذلك نادرًا ما يتم استخدام أنظمة التحكم الآلي في هذا النوع. يجب التوضيح هنا أن العديد من مصنعي أجهزة قياس التدفق يدعون أن أجهزتهم تم معايرتها في أتوماتيكات الرياح، وأن دقتها يمكن أن تصل إلى ±1%. يجب على الجميع الانتباه جيدًا، فهذه الدقة تخص سرعة التدفق فقط، أما التدفق نفسه، بشكل عام، فهو مجموع سرعات التدفق في كل النقاط. بشكل عام، لا تكون نتائج القياس بنقطة واحدة مرضية عند عدم كفاية الأقسام المستقيمة من الأنبوب، أو في حالة وجود عناصر تعيق التدفق أمامه وخلفه. في حالة الحاجة إلى دقة خطية/تكرارية وموثوقية عالية، بينما يكون مستوى الدقة مقبولًا فقط، فيمكن استخدام طريقة “تحديد نقاط القياس في الموقع” التي طورتها شركة SIERRA Instruments خصيصًا لمثل هذه الحالات. من خلال هذه الطريقة، يتم اختيار نقطة الإدخال المثلى. تستخدم هذه الطريقة مقياس تدفق الغاز الحراري، حيث يتم قياس التغيرات في التدفق باستخدام مقياس واحد عن طريق اختيار نقاط متعددة على المقطع العرضي (وذلك بناءً على مدى تطابق البيانات المقاسة مع تغيرات كمية الهواء). ثم يتم إجراء عمليات رياضية على البيانات المأخوذة من جميع النقاط لاختيار أفضل نقطة قياس، بحيث تكون قيمة التدفق في تلك النقطة خطية وتعكس في الوقت نفسه متوسط تدفق المقطع العرضي بأكمله. 2) قياس نقاط متعددة على الخط: يتم تحديد معدل التدفق عن طريق قياس سرعة التدفق في نقاط متعددة على خط مستقيم داخل الأنبوب (يكون القطر في الأنابيب الدائرية، والارتفاع أو العرض في الأنابيب المستطيلة)، ولا يزال يتم استخدام أجهزة قياس التدفق من النوع القابل للإدخال. مقارنةً بالنقاط الفردية، يزداد الدقة، كما أن التركيب أسهل، لكن يُشترط أن يكون طول الجزء المستقيم الأمامي على الأقل 10 وحدات D، ويجب أن تكون خطوط توزيع سرعة التدفق داخل الأنبوب على شكل دوائر متحدة المركز لتحقيق الدقة المطلوبة. على سبيل المثال، في أنابيب محطة توليد الطاقة التي مساحتها أقل من متر مربع واحد، يوجد دوامات داخل الأنابيب، ويتغير حجم هذه الدوامات وموقعها باستمرار مع كمية الهواء الوارد. ولذلك، في نطاق تعديل كمية الهواء بين 30% و50%， يحدث أنه مع زيادة كمية الهواء، يقل الفرق في الضغط الناتج عن الأنابيب. لقد واجهت أنا أيضًا مشكلة عند استخدام طريقة المساحة والسرعة لتحديد سرعة تدفق الهواء في أنابيب الهواء الثانوية؛ حيث كانت قيمة سرعة التدفق في ذلك الموقع تظهر كصفر، بغض النظر عن درجة فتح صمام التحكم في تدفق الهواء! لذلك، من الصعب أيضًا استخدام هذه الطريقة في أنظمة التحكم الصناعية. وبناءً على ما سبق، يمكننا أن نلاحظ أن قياس كمية الهواء في الأنابيب الكبيرة أمر صعب للغاية. عندما لا يكون من الممكن تغيير ظروف موقع الأعمال، يجب اتخاذ تدابير مناسبة لتحسين هذه الظروف، وذلك بهدف قياس كمية الهواء بدقة. 《1》المُرشح: نحن نعلم أن السبب الرئيسي لمشاكل القياس هو عدم وجود قسم من الأنبوب مستقيم، وطالما تم ضمان وجود تيار تدفق مضطرب كافٍ في المنطقة التي يتم فيها القياس، فإن الأمور ستكون أسهل. إحدى الطرق الممتازة هي تركيب مُنظِّم. أما ما يُوصى به حاليًا فهو استخدام المُنظمات العلوية على شكل خلايا نحل، والتي تم استخدامها بنجاح في أجهزة التجارب الرياحية على مدار ما يقرب من قرن. الميزة هي وجود نسبة كبيرة بين مساحة التدفق ومساحة مقطع الأنبوب، وذلك لتقليل فقدان الضغط. 《2» مقياس سرعة التدفق متعدد النقاط: يعمل بنفس مبدأ مقياس فينتوري (ويُطلق عليه في الصين غالبًا اسم “مقياس فينتوري”) في قياس سرعة التدفق، حيث يتم تحديد سرعة التدفق من خلال قياس الفرق في الضغط أمام وخلف جزء التحكم في التدفق. لكن الفرق يكمن في أن مواقع نقاط القياس وعددها يتم تحديدهم وفقًا للمعايير المعمول بها، بحيث يتم عرض توزيع سرعة التدفق داخل الأنابيب بشكل كامل. كلما زاد عدد نقاط القياس، كان ذلك أفضل في عكس توزيع سرعة التدفق داخل الأنابيب بشكل دقيق. 《٣» جهاز التنظيف الأوتوماتيكي: نظرًا لأن الهواء الخارج من وحدات توليد الطاقة الحرارية يحتوي حتمًا على الغبار، فإن الأجهزة التي تقيس الفرق في الضغط لتحديد معدل التدفق قد تتعرض للانسداد، مما يعيق استخدامها في محطات توليد الطاقة الحرارية. لتجنب هذه المشكلة، يتم استخدام جهاز للنفخ العكسي لتنظيف الأنابيب بشكل دوري. 《٤» القياس، وهو عبارة عن معالجة جميع البيانات في النظام ثم إخراج قيمة التدفق، وهو أمر دقيق للغاية ومعقد. فيما يتعلق بحساب التدفق وما شابه، سنتطرق إليه باختصار هنا. مزايا استخدام النقاط المتعددة: 1. دقة القياس عالية 2. التركيب سهل نسبيًا، والفقد في الضغط منخفض. يُقال (ولم يتم التأكد من ذلك) أن محطات توليد الطاقة بالفحم في الولايات المتحدة تحتل أكثر من 90% من السوق. لقد بدأت بلادنا في استخدام هذه التقنية منذ بضع سنوات فقط، ولا تزال في مرحلة التحسين. بالطبع، بدأ استخدام مقاييس تدفق الكتلة الحرارية من النوع المصفوفي تدريجيًا في الخارج لتحل محل مقاييس التدفق التقليدية القائمة على فرق الضغط. تم بالفعل تطبيق هذه التقنية بنجاح في بعض محطات الطاقة في بلادنا. هناك متطلبات عالية لماركات مقاييس تدفق الغاز الحرارية؛ فالمنتجات المحلية لها عمر خدمة قصير جدًا، بالإضافة إلى ارتفاع معدلات الأعطال وضعف في الخصائص الخطية. في الوقت الحالي، الماركات الرئيسية المستخدمة في هذا المجال محليًا ودوليًا هي SIERRA/FCI/KURZ. من أهم مزايا اختيار مقاييس التدفق الكتلي للغاز الحراريّة ما يلي: الخطية الجيدة وقابلية التكرار العالية، عدم وجود خسائر ضغط، نطاق قياس واسع، القدرة على قياس التدفق الكتلي مباشرة دون الحاجة إلى تعويض لدرجة الحرارة والضغط، تأثير ضئيل لقطر الأنبوب على سعر المقياس؛ حيث تزداد ميزة هذه المقاييس كلما زاد قطر الأنبوب. كما أن تركيبها هو الأسهل مقارنة بجميع أنواع مقاييس التدفق الأخرى، مما يؤدي إلى أقل تكلفة تركيب وصيانة. نظراً للخصائص المذكورة أعلاه، أصبح قياس التدفق في الأنابيب ذات القطر الكبير الخيار السائد بشكل متزايد.