فلومتر وسیله‌ای است که برای اندازه‌گیری حجم یا جِرم گاز یا مایع استفاده می‌شود. فلومتر در صنایع مختلف نام‌های متفاوتی دارد از جمله گیج جریان، نشانگر جریان، لیکوئید متر، نرخ جریان و … . گرچه همه اینها جریان را اندازه‌گیری می‌کنند. می‌توان کانال‌های باز مانند رودخانه‌ها و جریان‌ها را با فلومتر اندازه‌گیری کرد. اما متداول‌ترین استفاده آن اندازه‌گیری گازها و مایعات در لوله است. بهبود صحت و دقت اندازه‌گیری جریان از بهترین مزایای فلومتر است.
یک فلومتر ثابت وجود ندارد که برای همه کاربری‌ها مناسب باشد، به همین دلیل انتخاب درست نوعی که برای کاربری شما مناسب باشد نیازمند این است که مشخصات دقیق جریان را بدانید.
مواردی را که برای انتخاب فلومتر باید بدانید عبارتند از:
• گاز یا مایع مورد اندازه‌گیری چیست یا از چه نوعی است؟
• حداقل و حداکثر سرعت جریان چه اندازه است؟
• نیازمندی‌هایی که برای دقت اندازه‌گیری وجود دارد چیست؟
• ویسکوزیته و دمای مایع چقدر است؟
• آیا مایع با متریال‌های ساخت سازگاری دارد؟
• حداکثر فشار در محل چقدر است؟
• میزان اُفت فشار مجاز چه اندازه است؟
• آیا محل نصب فلومتر خطرناک است و جایی است که گازهای محترقه وجود دارند؟
• جریان سیال پیوسته یا متناوب است؟
• چه نوع سیگنال خروجی یا بازخوانی نیاز دارید؟
۷ فلومتر مورد استفاده در صنایع نفت و گاز
در طول سال‌ها افرادی که در صنایع نفت و گاز فعال بوده‌اند راه‌هایی را برای اندازه‌گیری دقیق ابدع نموده‌اند. از استخراج مواد خام گرفته تا تحویل آن‌ها، بسیاری از متخصصان همواره سعی در به دست آوردن دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌ها داشته‌اند. بنابراین دانشمندان و مهندسان مدت‌ها سخت تلاش کرده‌اند تا روش‌ها و تکنولوژی‌هایی جدید را برای ایجاد سیستم‌های اندازه‌گیری کارآمدتر کشف و ابداع نمایند. سخت‌کوشی آن‌ها منجر به ساخت فلومترهای مختلف شد و به همین دلیل امروزه صنعت نفت و گاز همچنان قدرتمند است.
این فلومترها توسط صنایع مختلف، مخصوصاً صنایع نفت و گاز برای اندازه‌گیری نرخ و حجم جریان سیالات مورد استفاده قرار می‌گیرد. چنین کاربردی ظرفیت و نوع فلومتر را مشخص میکند. گازها و مایعات بر اساس نرخ جرم جریان و نرخ حجم جریان اندازه‌گیری می‌شوند.
نفت و گاز طبیعی در کجا و چگونه تشکیل می‌شود؟
پیش از اینکه به معرفی انواع متداول فلومترها در صنایع نفت و گاز بپردازیم، بهتر است تا فرآیند چگونگی جمع‌آوری مواد اولیه را شرح دهیم. نفت و گاز هر دو در منابع مختلف زیر زمینی موجود هستند. اکثر میادین نفتی در سنگ‌های رسوبی مانند ماسه سنگ و سنگ آهک وجود دارد. دلیل اصلی آن این است که این متریال‌ها به راحتی از میان سنگ‌ها عبور کرده و تجمع آن‌ها آسان‌تر می‌شود. ظرفیت مخازن یافت شده را می‌توان با میزان تخلخل مشخص کرد و این درحالیست که بهره‌وری متناسب با میزان نفوذپذیری آن‌هاست.
به دنبال کامل‌ترین خدمات هستید؟
ما با به‌روزترین تجهیزات و محصولات در کنار شما هستیم. برای دریافت مشاوره در انتخاب و خرید تجهیزات می‌توانید، همین حالا با ما تماس بگیرید.برای دستیابی به این مخازن ابتدا داخل سنگ‌ها را حفاری کرده تا استخراج نفت و گاز آسان‌تر شود. برای شروع، افزایش یا داشتن جریانی متناوب، آب داخل سنگ‌هایی که در زیر زمین قرار دارند پمپاژ می‌شود. این کار نرخ جریان را افزایش داده و باعث افزایش میزان استخراج سیالات خواهد شد. فلومتر الکترومغناطیسی یکی از انواع فلومتر است که برای اندازه‌گیری میزان آبی که داخل سنگ‌ها پمپاژ می‌شود مورد استفاده قرار می‌گیرد.
گرچه در برخی موارد حفاری و پمپاژ آب برای دستیابی به این منابع کافی نیست. نفت یا گاز طبیعی که در سنگ‌های غیر قابل نفوذ وجود دارد، عمدتاً به طور متداول شکل نمی‌گیرند. این متریال‌ها ” هیدروکربن‌های نامتعارف ” نامیده شده و شامل نفت شیل (shale oil)، متان با بستر ذغال سنگ و گاز شیل می‌باشد. به دلیل نفوذپذیری کم سنگ‌ها، باید تجمع را تحریک کرده تا جریان آغاز شده و فرآیند استخراج امکان‌پذیر شود. برای انجام این کار استفاده از روشی به نام ” شکست هیدرولیک ” ضروری است.
در روش شکست هیدرولیک ترکیبی از شِن و آب در داخل سنگ‌ها پمپاژ می‌شود. به دلیل فشار زیاد، شکست‌ها و شکاف‌هایی کوچک ایجاد شده و باعث می‌شود تا متریال‌ها آزادانه داخل فونداسیون حرکت کنند. برای اندازه‌گیری دقیق مایع شکست و ترکیب مواد افزودنی به آن از فلومتر الکترومغناطیسی استفاده می‌شود.
انواع فلومتر
حالا که در مورد نحوه استخراج نفت و گاز صحبت کردیم، در قدم بعد در مورد انواع مختلف سیستم‌های اندازه‌گیری صحبت خواهیم کرد.
فلومتر کوریولیس
تکنولوژی که در این نوع فلومترها استفاده شده، جدیدترین آن‌ها نیست. این فلومتر برای اندازه‌گیری مواد طبیعی در صنایع نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد. اولین مدل از این فلومتر در دهه ۵۰ میلادی ثبت اختراع شده است. البته شروع استفاده از آن میادین نفت و گاز در دهه ۷۰ میلادی بوده است. البته تا کنون چیزی تغییر نکرده مگر اینکه ابزارهای اندازه‌گیری بهتر و پیشرفته‌تر شده‌اند.
یکی از طرح‌های اصلی فلومتر دارای تیوبی با دیواره‌های نازک است. این محصول بسیار دقیق است، اما به دلیل مشکلات لرزشی که دارد امکان استفاده از آن در هاله‌ای از ابهام است. به همین دلیل در طرح‌های جدید آن به جای استفاده از یک تیوب از دو تیوب استفاده شده است. گرچه با تغییر طراحی این محصول ماهیت اصلی آن هیچگاه تغییر نکرده است. با ایجاد اینرسی هنگام عبور متریال از طریق لوله‌های نوسانی، لوله‌ها پیچ می‌خورند.
تعداد پیچ خوردگی‌ها با سرعت جریان سیال رابطه مستقیم دارد.
استفاده از این فلومتر چندین مزیت دارد. یکی از این مزایا دقت بسیار بالای آن است. این فلومترها به طور متداول برای اندازه‌گیری طیف وسیعی از فرآورده‌های نفتی خام و گاز طبیعی استفاده می‌شوند. کار اصلی فلومتر اندازه‌گیری سرعت جریان سیال است. به همین دلیل بهترین ابزار برای اندازه‌گیری فرآورده‌های نفتی است، زیرا دغدغه اصلی در اندازه‌گیری این محصولات، دما است تا مقدار آن‌ها.
معمولاً این نوع فلومتر برای لوله‌هایی با قطر ۱ الی ۴ اینچ مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما امروزه مدل‌های بزرگتر آن بیشتر از قبل در دسترس است. تنها نقطه ضعف این محصول گران‌تر بودن آن نسبت به دیگر انواع سیستم اندازه‌گیری است. البته این تفاوت قیمت ارزشش را دارد چون این فلومتر نسبت به دیگر محصولات کمتر نیاز به تعمیر و نگهداری دارد.
فلومتر اولتراسونیک
فلومتر اولتراسونیک شدت جریان سیالی که داخل لوله‌ها می‌باشد را با استفاده از امواج صوتی اندازه‌گیری میکند. زمانیکه سرعت سیال به آرامی زیاد می‌شود، تغییری خطی در فرکانس این فلومتر کاملاً محسوس خواهد بود. فلومترهای اولتراسونیک می‌توانند برای اندازه‌گیری شدت سیال در داخل و خارج لوله‌ها مورد استفاده قرار بگیرند. طرح‌های داخلی در داخل لوله نصب می‌شوند و طرح‌های کِلمپی آن با استفاده از مُبدل‌ها سرعت سیال را اندازه‌گیری می‌کنند. البته مدل‌های کلمپی دقت کمتری نسبت به مدل‌های داخلی دارند. این فلومتر برای چک کردن نقطه‌ای و اندازه‌گیری فوری استفاده می‌شود.
بر خلاف فلومتر کوریولیس می‌توان از فلومتر اولتراسونیک و دیگر انواع آن که برای نفت خام طراحی شده‌اند در داخل لوله‌هایی که اندازه‌گیری ۲۰ اینچی دارند استفاده کرد. همچنین طراحی کلمپی را می‌توان برای کاربری‌های مختلفی استفاده کرد، این نوع هم بسیار با دوام است. ناگفته نماند که این محصول نیاز به تعمیر و نگهداری کمی دارد.
فلومتر حرارتی
فلومتر حرارتی سرعت اتلاف حرارتی که مستقیماً به جریان گاز تزریق می‌شود را اندازه‌گیری میکند. عمدتاً، از این نوع فلومتر برای اندازه‌گیری گازها استفاده می‌شود. اتلاف حرارت بسته به ترکیب و دمای گاز متفاوت است. استفاده از فلومترهای حرارتی در شرایطی که ترکیب گاز یا دمای آن به حداقل رسیده باشد بهترین انتخاب است.
فلومتر توربینی
این نوع فلومتر از یک روتور مکانیکی که به یک شفت متصل است و داخل لوله قرار گرفته استفاده میکند. از این فلومتر برای اندازه‌گیری حجم گاز، مایع یا بخار داخل لوله استفاده می‌شود. هنگامی که سیال از داخل لوله عبور میکند، روتور با سرعت آن می‌چرخد؛ بستگی دارد که سرعت سیال چقدر باشد. سرعت چرخش حاصل از چرخش روتور با استفاده از سنسور یا دیگر روش‌های مکانیکی مشخص می‌شود. معمولاً برای خواندن سنسورها از نیروی مغناطیسی استفاده می‌شود، که این آهن‌ربا در خارج لوله نصب می‌شود. سنسورها و مُبدل‌ها با ارسال سیگنال‌ها حجم متریالی که باید داخل لوله شود را مشخص می‌کنند.
فلومتر توربینی ارزان قیمت است. اگر سیال مورد اندازه‌گیری گاز یا هر ماده دیگری که پس‌ماند ندارد باشد و سرعت جریان هم کم باشد، این فلومتر اندازه‌گیری دقیق‌تری نیز خواهد داشت.
یکی از معایب استفاده از فلومتر این است که نمی‌توان در سیستم‌هایی که جریان نوسان زیادی دارد از آن استفاده کرد، زیرا قطعات مکانیکی آن به طور قابل توجهی فرسایش پیدا کرده و سریعاً نیاز به تعویض دارند. فلومتر توربینی هنگام اندازه‌گیری جرم گازهایی که مشخصاتشان ناشناخته می‌باشد، عملکرد بهتری دارد.
از این فلومتر برای اندازه‌گیری میزان مصرف گاز یا آب در ساختمان‌های تجاری، کارخانه‌ها و خانه‌های مسکونی نیز استفاده می‌شود. این فلومتر برای استفاده در لوله‌های ۱۰ اینچ و بزرگتر مناسب می‌باشد.
فلومتر تفاضلی
این محصول درست مانند فلومتر اولتراسونیک، حجم جریانی که از داخل لوله عبور میکند را اندازه‌گیری می‌نماید. چیزی که این محصول را از دیگر محصولات جدا میکند استفاده از معادله برنولی است. فلومتر تفاضلی برای کُندتر کردن جریان و فشار سیال داخل لوله از انقباض استفاده میکند. همانطور که فشار جریان به آرامی افزایش می‌یابد، میزان اُفت فشار هم متناسب با آن افزایش پیدا میکند. داده‌های این رویدادها که از ثبت مجموعه‌ای از فشارها به دست آمده است به فلومتر منتقل می‌شود. فلومتر تفاضلی با محاسبه این داده‌ها اختلاف فشار را محاسبه کرده و جریان حجمی را اندازه‌گیری میکند.
این محصول معمولاً ارزان قیمت است. برای اندازه‌گیری دقیق متریال‌های مختلف، نسخه‌های مختلفی از این محصول وجود دارد. گازها یکی از موارد ویژه هستند، زیرا فلومتر تفاضلی برای به دست آوردن دقیق پارامترهای مختلف یک گاز، باید از سنسورهای دیگر برای اندازه‌گیری عواملی مانند دما، فشار، ترکیب گاز و چگالی گاز کمک بگیرد.
گرچه که این محصول در نوع خود بی نظیر است، اما اغلب صنایع استفاده از فلومترهای دیگر را ترجیح می‌دهند؛ زیرا هنگامیکه پای عوامل دیگری مانند دما و فشار وسط می‌آید، دقت آن کاهش می‌یابد. علاوه بر این برای اندازه‌گیری دقیق‌تر گاز باید از سنسورهای دیگر کمک گرفت و یا باید از انواع مختلفی از فلومتر تفاضلی استفاده کرد. به همین دلیل دستیابی به یک اندازه‌گیری دقیق سخت خواهد بود. در نتیجه صنایع نفت و گاز ترجیح می‌دهند که از دیگر انواع فلومتر استفاده کنند، مخصوصاً زمانیکه سیال مورد نظر گاز باشد.
فلومتر جابجایی مثبت
فلومتر جابجایی مثبت (Positive Displacement Flow Meter) انواع مختلفی دارد که عبارتند از: دنده بیضی، پیستونی، چرخشی، دیافراگمی، دیسک تغذیه کننده و مارپیچی. می‌توان این محصول را در کاربری‌های مختلف صنعتی، تجاری و مسکونی استفاده کرد. از این فلومتر اغلب برای اندازه‌گیری جریان گاز استفاده می‌شود. گرچه که از این جنبه با فلومترهای توربینی در رقابت می‌باشد.
یکی از مزایای فلومتر جابجایی مثبت نسبت به نوع توربینی این است که در تعامل با جریان دِبی ثابت در خط لوله‌ای که قطر آن کمتر از ۱۰ اینچ است عالی عمل میکند. معمولاً از فلومتر دیافراگمی و فلومتر جابجایی مثبت چرخشی برای اندازه‌گیری جریان گاز استفاده می‌شود. اما از آنجایی که این محصول تاییدیه‌های لازم برای استفاده در برخی صنایع را ندارد، رقبایی مانند فلومتر کوریولیس و دیافراگمی دارد که معمولاً اولویت انتخاب با آن‌هاست.
فلومتر ورتکس
فلومتر ورتکس یکی از تطبیق‌پذیرترین فلومترها است که به آسانی می‌تواند جریان‌های گاز، مایع و بخار را اندازه‌گیری نماید. متاسفانه این محصول در طی سال‌های گذشته فاقد تاییدیه‌های لازم برای استفاده در صنایع بوده است، اما در سال ۲۰۰۷ انستیتوی نفت آمریکا (API) پیش نویس استانداردی را برای استفاده از این محصول تهیه نموده است که در حال حاضر تایید شده است. با این وجود از آن زمان تا به حال چندین شرکت در صنایع مختلف سعی داشته‌اند تا در همکاری با API این استاندارد را توسعه دهند. استاندارد ذکر شده برای جریان‌های مایع، گاز و بخار بوده و در سال ۲۰۱۰ برای استفاده بیشتر تمدید شد.
این محصول علیرغم داشتن آینده‌ای نامشخص واضحاً برای کاربری‌های مایع و گاز طراحی شده است. این فلومتر در طی سال‌های اخیر تاثیر کمی در بازار داشته، اما سفارش آن در بازار به طور مداوم افزایش داشته است. البته استفاده از آن برای کاربری‌های گاز کم است زیرا رقبایی مانند فلومتر اولتراسونیک، فشار تفاضلی و توربینی وجود دارند.
بسیاری از تکنولوژی‌ها در صنایع نفت و گاز کاربرد دارند. در حال حاضر فلومترهای زیادی در بازار وجود دارند که منتظر تاییدیه API می‌باشند. با توجه به سیالات مختلفی که در کاربری‌های مختلف استفاده می‌شود، نیاز به سیستم‌های اندازه‌گیری ارزان قیمت با تعمیر و نگهداری کم، در حال افزایش است. این امر منجربه ساخت مدل‌های بزرگتری از فلومترهای کوریولیس شد و این محصول تا به امروز یکی از متداول‌ترین سیستم‌های اندازه‌گیری موجود می‌باشد.
در بحث پیرامون این مقاله شرکت کنید!