محاسبات و ساخت اورفیس پلیت

در این مقاله قصد داریم به طور مختصر در خصوص طراحی و ساخت اورفیس پلیت (Orifice Plate) و مونتاژ آن صحبت کنیم. اورفیس یکی از معمولترین تجهیزات اندازه گیری فلو توسط ترانسمیترهای اختلاف فشار می باشد. معمولترین نوع اورفیس یک صفحه فلزی صاف با یک سوراخ هم مرکز در صفحه میباشد که عمود بر جهت جریان نصب میشود. عموماً اورفیس پلیت ها در دو سمت خط یک اختلاف فشار ایجاد می کنند که ما پس از اندازه گیری این اختلاف فشار، فلو خط را تخمین می زنیم. حال سیال ما می تواند هوا، گاز، مایعات، بخار و ... باشد که البته هریک با اندکی تفاوت به یک شکل می باشد.

نکته: استفاده از اين روش در اندازه گيري دبي سيالاتي که حاوي ذرات جامد مي باشند، داراي مشکلاتي است. چرا كه ذرات جامد موجود درسيالات به تدريج در محل نصب صفحه اورفیس پلیت  ORIFICE PLATE و پايين لوله ته نشين شده و باگذشت زمان، باعث کاهش قطر موثر لوله ميشوند.

رابطه فلو و اختلاف فشار:

طبق فرمول Q = K * √∆P در واقع فلو به طور تقریبی از جذر اختلاف فشار دو طرف اورفیس بدست می آید. پس ما باید یک اورفیس پلیت طراحی کنیم که یک اختلاف فشار معین با توجه به قطر لوله، فشار سیال و نوع سیال ایجاد کند و سپس از یک ترانسمیتر اختلاف فشار استفاده کرده و میزان این اختلاف فشار را اندازه گیری کنیم و سپس در فرمول جایگذاری نماییم و در پایان فلو را بدست آوریم.

انواع اورفیس پلیت:
معمولاً 4 مدل اورفیس پلیت به نام هم مرکز، غیر هم مرکز، قطعه ای و ربعی استفاده می شود که در شکل زیر 4 نمونه را می بینید. در این مقاله در خصوص مدل هم مرکز صحبت می کنیم.

همچنین گاهی در هریک از آنها سوراخ هایی تحت عنوان Vent یا Drain نیز ایجاد می کنند. از Drain hole یا (سوراخ تخلیه) برای تخلیه مایع یا رسوبات از داخل سیستم یا دستگاه استفاده می‌شود. سوراخ دیگر Vent hole یا (سوراخ تهویه) برای خارج کردن هوا از سیستم یا دستگاه استفاده می شود.

انواع تب (Tab) اندازه گیری :

برای اندازه گیری و نصب لوله سنس اختلاف فشار چهار مدل تب اندازه گیری یا Orifice Plate Tapping استفاده می شود که در شکل زیر نشان داده شده است.

از این بین مدل فلنج تب بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و با دقت خوبی نیز می توان آن را ساخت. شکل زیر مدل دقیق فلنج تب را برای یک نمونه نشان می دهد.

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید در طرفین فلنج سوراخ یا تب اندازه گیری معمولاً 1/8 اینچ می زنیم و ورودی سوراخ را ¼ اینچ می زنیم تا برای اتصالات استاندارد بسته شود. نکته مهم این است که فاصله سوراخ  هر فلنج تا سطح اورفیس باید 1 اینچ باشد. در صورتی که این فاصله محقق نشد می توان از رینگ های فلزی بدین منظور بهره برد تا فاصله مورد نظر بدست آید.

انواع فلنج :

در اندازه استاندارد معمولاً فلنج آماده در بازار وجود دارد و بسته به کاربرد انواع مختلفی وجود دارد. برای سایز های بالاتر نیز می توان با استفاده از ورق و لیزر کردن براحتی فلنج مورد نظر خود را بدست آورد. شکل زیر نمونه ای از انواع فلنج ها را نشان می دهد.

ترانسمیتر اختلاف فشار:

ترانسمیتر اختلاف فشار (Differential Pressure Transmitters) اختلاف فشار(Differential Pressure) بین دو فشار اندازه گیری شده است. این نوع ترانسمیترهای فشار همیشه مقایسه ای بین فشارهای پایین و بالا انجام می دهند. آنها این اندازه های فشار را به سیگنال خروجی Vdc1-5 یا سیگنال جریانی 4-20 mA تبدیل می کنند. این سیگنال ها به عنوان ورودی برای رکوردر، کنترلر و یا دستگاه های مشابه استفاده می شوند.

معمولاً این ترانسمیترها مستقیم به نقاط اندازه گیری یا تب ها وصل نمی شوند و به واسطه شیرهای منیفولد 3 یا 5 راهه نصب می شود. این شیرها کمک می کنند بدون خارج کردن ترانسمیتر بتوان بصورت درجا آن کالیبره نمود یا اندازه گیری انجام داد یا از مدار خارج نمود مثل بالانس درجا !! شکل زیر نمونه شیر های منیفولد را نشان میدهد.

شرکت تولیدی مهندسی رهرو ایده رایان طراحی و ساخت انواع اورفیس پلیت برای خط گاز و هوا و تامین تجهیزات ابزار دقیق جهت محاسبه فلو و فشار برای مشعل های صنعتی

نکته بعدی این است که باید تنظیمات ترانسمیتر را برای فلو انجام داد. برخی ترانسمیتر ها مثل اندرس+هوزر 3 مدل اندازه گیری شامل فشار، فلو و سطح را ساپورت می کنند یعنی بطور اتومات اختلاف فشار را به اندازه گیری فلو یا سطح منتقل می کند. پس در این مدل اندازه گیری را روی فلو قرا داده و سپس حد بالا و پایین فلو را وارد می کنیم (مثلاً 0 تا 600 مترمکعب بر ساعت) و ماکزیمم اختلاف فشار را نیز مشخص می کنیم مثلا (50 میلی بار) آنگاه خروجی دستگاه بصورت فلو نمایش می دهد و سیگنال 4 تا 20 نیز بصورت فلو می باشد که می توان در نمایشگر یا PLC یا کنترلر از آن استفاده کرد. برخی دیگر گزینه ای برای فلو ندارند وفقط اختلاف فشار را اندازه می گیرند که در این حالت مدل اندازه گیری را از تنظیمات دستگاه روی SQR یعنی مجذور می گذاریم و در نتیجه خروجی دستگاه در این حالت فلو می باشد دقت نمایید در صورت نمایشگر روی ترانسمیتر صرفاً اختلف فشار را نشان می دهد و سیگنال خروجی همان جذر است که طبق فرمول بالا بصورت تقریب با دقت خوب فلو را می دهد . روش سوم نیز این است که خروجی اختلاف فشار را گرفته و در PLC یا هر کنترلر دیگری در فرمول مربوطه قرار دهیم و فلو را با دقت بالایی بدست آوریم همچنین می توانیم در این حالت از یک ترانسمیتر دما در خط نیز بهره ببریم و دما را نیز در محاسبات وارد نماییم تا محاسبات دقیق گردد.

در خصوص محاسبات اورفیس می توان از نرم افزارهای مختلفی استفاده کرد که تحت عنوان کلی  orifice flow calculator در اینترنت سرچ و یافت می شود. همچنین سایت های زیادی نیز وجود دارد که بصورت آنلاین محاسبات فوق را انجام می دهد فقط باید اطلاعات ورودی درست را به برنامه بدهید. در این نرم افزارها باید قطر لوله، سایز خط، فشار خط، نوع سیال و ویژگی های آن، استاندارد مورد استفاده (اغلب ISO 5167) و حداکثر افت فشار که رابطه مستقیم با دامنه ترانسمیتر شما دارد، تعیین گردد تا نرم افزار قطر سوراخ اورفیس را برای شم محاسبه نماید. در این بین باید به پارامتر بتا توجه نمود.

پارامتر بتا Beta  :

مهمترین پارامتر در انتخاب این صفحه نسبت قطر روزنه به قطر خط (β) می باشد که این عدد معمولا بین 0.2 تا 0.75 است. در صورتی که β کمتر از 0.2 شود، افت فشار زیاد باعث ایجاد فلو چوک می گردد. در اثر چوک شدن سیال در لوله کاویتاسیون رخ می دهد. با افزایش مقدار β به بیش از 0.75 به معنای نزدیکی قطر روزنه به قطر لوله و درنتیجه افت فشار مدنظر برای اندازه گیری جریان سیال ایجاد نمی شود. برای محاسبه قطر اوریفیس d با استفاده از نرم افزار نیاز به قطر داخلی لوله D است. هنگامی که قطر خارجی لوله L در دسترس باشد برای محاسبه قطر داخلی کافی است که مقدار 2 برابر ضخامت لوله را از آن کم کنیم. سپس قطر داخلی لوله، با توجه به استاندارد ASME B1.20 به دست می آید. استاندارد سایزینگ برای اریفیس ISO5167 می باشد و در این استاندارد مابه ازای تابعی از فشار، دما، فلو، چگالی و تغییرات فشار،خروجی d و β را به ما می دهد. در نهایت مقدار ضریب بتا باید در محدوده 0.2 تا 0.75 بررسی شود. پس همیشه دقت می کنیم پس از پایان محاسبات و پیدا کردن قطر سوراخ اورفیس پارامتر بتا چک شود و در صورتی که در رنج نیست مجدد با شرایط دیگری محاسبه انجام شود.

مثال برای محاسبه اورفیس هوا

خط لوله هوا با فشار  90 میلی بار

حداکثر فلو 9000 مترمکعب

سیال هوا  

حداکثر افت فشار: 50 میلی بار

پاسخ : برای محاسبه قطر اورفیس با استفاده از نرم افزار خواهیم داشت

قطر اورفیس: 239.27 میلی متر – معادل 240 میلی متر

شرکت تولیدی مهندسی رهرو ایده رایان  طراحی، اجرا و تجهیز سیستم سوخت رسانی مشعل های صنعتی به روش فلو کنترل از طریق اتوماسیون PLC و کنترل دقیق شعله با هوای اضافه یا احیایی

تهیه شده در واحد تحقیق و توسعه شرکت تولیدی مهندسی رهرو ایده رایان