حدث في السنوات القليلة الماضية قدراً كبيراً من الاهتمام لإنتاج الطاقة واستخدامها ، ولقد أثر ارتفاع أسعار النفط الخام على العديد من مجالات اقتصادنا ، مثل حدوث تأثيرات كارتفاع أسعار البنزين وارتفاع أسعار وقود الطائرات وزيادة تكاليف زيت التدفئة .
قياس تدفق البخار
وتعود اهمية الضغط البخاري وقياس تدفق البخار لأن البخار يستخدم على نطاق واسع كمصدر للطاقة في إنتاج الكهرباء ، وفي محطات الطاقة اليوم يتم الحصول على الحرارة من مصادر متعددة ، وتشمل هذه أنواع الوقود مثل الفحم أو الغاز الطبيعي أو الزيت ، فضلاً عن مصادر الحرارة الأخرى بما في ذلك الوقود النووي وأنواع النفايات المهدورة والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية .
يتم تحرير الطاقة الحرارية في مصادر الحرارة هذه ، إما من خلال الاحتراق أو من خلال عملية مماثلة ، ويتم نقل الحرارة إلى الماء والتي تولد البخار ، وفي كثير من الحالات يتم استخدام هذا البخار لتشغيل مولد كهربائي ، ومع ارتفاع تكاليف الطاقة تتطلع العديد من الشركات إلى زيادة الكفاءة في الطاقة وتوليد الطاقة ، ونتيجة لذلك نجد المزيد من الاهتمام لقياس تدفق البخار ، وذلك عن طريق عدة طرق نذكرها في النقاط الآتية :
طرق لقياس الضغط البخاريطريقة مقاييس التدفق التفاضلية الضغط pressure flowmeters
تمثل أجهزة تدفق البخار مع العناصر الأولية أكثر من نصف مقاييس التدفق المباعة لتطبيقات تدفق البخار ، وتتمتع أجهزة إرسال تدفق البخار التي يتم بيعها لقياس الضغط البخاري بالعديد من المزايا والعيوب الخاصة بأجهزة إرسال تدفق البخار التي يتم بيعها لقياس تدفق السائل والغاز ، وتشمل العيوب انخفاض الضغط والتداخل مع مجرى الهواء والتآكل مع مرور الوقت .
توفر هذه الأجهزة أيضاً بعض المزايا الرائعة عندما يتعلق الأمر بقياس تدفق البخار ، فهي غير مكلفة نسبياً وتوفر تركيبًا مباشرًا ، كما تعد أكثر الطرق قياسًا وأفضل دراسة لفهم ضغط البخار ، كما أن أجهزة إرسال تدفق البيانات المتعددة المتغيرات قادرة على قياس أكثر من متغير واحد للعمل ، مثل الضغط التفاضلي وضغط العملية ودرجة الحرارة مما يتيح بدوره قياس تدفق الكتلة .
طريقة مقاييس التدفق الدوامة Vortex flowmeters
تتمتع مقاييس التدفق الدوامة ببعض المزايا مقارنة بأنواع أخرى من مقاييس الضغط البخاري التكنولوجية الحديثة عندما يتعلق الأمر بقياس ضغط البخار ، ولا يزال قياس تدفق الغاز تطبيقًا جديدًا نسبيًا ، وقد بدأ استخدام عدادات flowmeter لقياس ضغط البخار ، بينما تم استخدام عدادات الموجات فوق الصوتية لعدة سنوات لقياس تدفق الغاز ، وبالتالي فإن جهاز قياس ضغط البخار هو تطبيق جديد للغاية .
البخار هو السائل الأكثر صعوبة في القياس ، ويرجع ذلك إلى ارتفاع الضغط وارتفاع درجة حرارة البخار ولأن معايير القياس تختلف مع نوع البخار ، تشمل الأنواع الرئيسية للبخار البخار الرطب والبخار المشبع والبخار المحمص ، وغالبًا ما يتم قياس البخار في محطات المعالجة ولتوليد الطاقة ، بالإضافة إلى قدرتهم على تحمل درجات الحرارة والضغط المرتفعة للعمليات ، فإن عدادات الدوامة توفر نطاقًا واسعًا مما يتيح قياس ضغط البخار بسرعات مختلفة .
طريقة مقاييس التدفق المتغيرة في المنطقة Variable-area flowmeters
تستخدم مقاييس المساحة المتغيرة ، والتي تسمى أيضًا مقاييس الدوران استخدامًا محدودًا لتطبيقات البخار ، وأحد أسباب ذلك هو أن العديد منهم ليس لديهم إشارة إخراج ويجب قراءتها يدويًا ، وسبب آخر للاستخدام المحدود لمقاييس التدفق ذات المساحة المتغيرة هو أنها تتميز بدقة منخفضة ، تحتوي العديد من عدادات المساحة المتغيرة على مستويات دقة غير مناسبة عمومًا للقياسات في محطات المعالجة والطاقة ، وتتميز تلك المقاييس بكونها منخفضة التكلفة ، لذلك فهي مناسبة جيدًا للقياسات غير الحرجة حيث لا تكون الدقة العالية ضرورية .
طريقة مقاييس التدفق المستهدفة Target flowmeters
بينما يمكن استخدام مقاييس التدفق المستهدفة للتطبيقات السائلة والغازية والبخارية ، إلا أنها تستخدم في الغالب لقياس ضغط البخار ، ويمكن للعدادات المستهدفة قياس البخار المشبع والمسخن ، بينما يكون الهدف عرضة للارتداء يمكن تعويض ذلك من خلال إعادة المعايرة ، ولا يحتوي المقياس المستهدف على أجزاء متحركة ويمكنه تحمل ضغوط تصل إلى 15000 ودرجات حرارة تصل إلى 500 فهرنهايت .
طريقة مقاييس التدفق التوربيني Turbine flowmeters
تستخدم مقاييس التدفق التوربيني على نطاق واسع للتطبيقات السائلة والغازية ، ولكن استخدامها محدود للغاية لقياس ضغط البخار ، وتتعلق إحدى القضايا الرئيسية بتأثير التكثيف على دقة القياس ، وعندما يحدث التكثيف في تيار متدفق ، يصبح السائل خليطًا من البخار والماء مما يخلق تدفقًا ثنائي الطور ، كما يمكن للمكثف أن يضر بالشفرات ويتداخل مع دقة القياس .
طريقة مقاييس التدفق كوريوليس Coriolis flowmeters
يمكن تصنيف مقاييس التدفق كوريوليس كتقنية ناشئة لقياس ضغط البخار ، ومثل عدادات التوربينات ، تواجه عدادات كوريوليس صعوبة في معالجة التكثيف في البخار ، وعندما يتكثف البخار تُخلق قطرات الماء تدفقًا ثنائي الطور وهو مزيج من البخار والماء ، وبالتالي يتداخل وجود الماء مع دقة قياس التدفق .
يمكن أن تعمل مقاييس التدفق كوريوليس لقياس التدفق بالبخار الجاف ، ومع ذلك نظرًا لأن البخار يتأثر بسهولة بالتغيرات في درجة الحرارة والضغط ، يمكن أن تتغير ظروف تدفق البخار بسرعة كبيرة ، لا تزال هناك بعض التحديات التقنية أمام مقاييس كوريوليس لحلها قبل أن تكون عدادات كوريوليس جزءًا رئيسيًا من الحل لقياس ضغط البخار .
قياس تدفق البخار
وتعود اهمية الضغط البخاري وقياس تدفق البخار لأن البخار يستخدم على نطاق واسع كمصدر للطاقة في إنتاج الكهرباء ، وفي محطات الطاقة اليوم يتم الحصول على الحرارة من مصادر متعددة ، وتشمل هذه أنواع الوقود مثل الفحم أو الغاز الطبيعي أو الزيت ، فضلاً عن مصادر الحرارة الأخرى بما في ذلك الوقود النووي وأنواع النفايات المهدورة والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية .
يتم تحرير الطاقة الحرارية في مصادر الحرارة هذه ، إما من خلال الاحتراق أو من خلال عملية مماثلة ، ويتم نقل الحرارة إلى الماء والتي تولد البخار ، وفي كثير من الحالات يتم استخدام هذا البخار لتشغيل مولد كهربائي ، ومع ارتفاع تكاليف الطاقة تتطلع العديد من الشركات إلى زيادة الكفاءة في الطاقة وتوليد الطاقة ، ونتيجة لذلك نجد المزيد من الاهتمام لقياس تدفق البخار ، وذلك عن طريق عدة طرق نذكرها في النقاط الآتية :
طرق لقياس الضغط البخاريطريقة مقاييس التدفق التفاضلية الضغط pressure flowmeters
تمثل أجهزة تدفق البخار مع العناصر الأولية أكثر من نصف مقاييس التدفق المباعة لتطبيقات تدفق البخار ، وتتمتع أجهزة إرسال تدفق البخار التي يتم بيعها لقياس الضغط البخاري بالعديد من المزايا والعيوب الخاصة بأجهزة إرسال تدفق البخار التي يتم بيعها لقياس تدفق السائل والغاز ، وتشمل العيوب انخفاض الضغط والتداخل مع مجرى الهواء والتآكل مع مرور الوقت .
توفر هذه الأجهزة أيضاً بعض المزايا الرائعة عندما يتعلق الأمر بقياس تدفق البخار ، فهي غير مكلفة نسبياً وتوفر تركيبًا مباشرًا ، كما تعد أكثر الطرق قياسًا وأفضل دراسة لفهم ضغط البخار ، كما أن أجهزة إرسال تدفق البيانات المتعددة المتغيرات قادرة على قياس أكثر من متغير واحد للعمل ، مثل الضغط التفاضلي وضغط العملية ودرجة الحرارة مما يتيح بدوره قياس تدفق الكتلة .
طريقة مقاييس التدفق الدوامة Vortex flowmeters
تتمتع مقاييس التدفق الدوامة ببعض المزايا مقارنة بأنواع أخرى من مقاييس الضغط البخاري التكنولوجية الحديثة عندما يتعلق الأمر بقياس ضغط البخار ، ولا يزال قياس تدفق الغاز تطبيقًا جديدًا نسبيًا ، وقد بدأ استخدام عدادات flowmeter لقياس ضغط البخار ، بينما تم استخدام عدادات الموجات فوق الصوتية لعدة سنوات لقياس تدفق الغاز ، وبالتالي فإن جهاز قياس ضغط البخار هو تطبيق جديد للغاية .
البخار هو السائل الأكثر صعوبة في القياس ، ويرجع ذلك إلى ارتفاع الضغط وارتفاع درجة حرارة البخار ولأن معايير القياس تختلف مع نوع البخار ، تشمل الأنواع الرئيسية للبخار البخار الرطب والبخار المشبع والبخار المحمص ، وغالبًا ما يتم قياس البخار في محطات المعالجة ولتوليد الطاقة ، بالإضافة إلى قدرتهم على تحمل درجات الحرارة والضغط المرتفعة للعمليات ، فإن عدادات الدوامة توفر نطاقًا واسعًا مما يتيح قياس ضغط البخار بسرعات مختلفة .
طريقة مقاييس التدفق المتغيرة في المنطقة Variable-area flowmeters
تستخدم مقاييس المساحة المتغيرة ، والتي تسمى أيضًا مقاييس الدوران استخدامًا محدودًا لتطبيقات البخار ، وأحد أسباب ذلك هو أن العديد منهم ليس لديهم إشارة إخراج ويجب قراءتها يدويًا ، وسبب آخر للاستخدام المحدود لمقاييس التدفق ذات المساحة المتغيرة هو أنها تتميز بدقة منخفضة ، تحتوي العديد من عدادات المساحة المتغيرة على مستويات دقة غير مناسبة عمومًا للقياسات في محطات المعالجة والطاقة ، وتتميز تلك المقاييس بكونها منخفضة التكلفة ، لذلك فهي مناسبة جيدًا للقياسات غير الحرجة حيث لا تكون الدقة العالية ضرورية .
طريقة مقاييس التدفق المستهدفة Target flowmeters
بينما يمكن استخدام مقاييس التدفق المستهدفة للتطبيقات السائلة والغازية والبخارية ، إلا أنها تستخدم في الغالب لقياس ضغط البخار ، ويمكن للعدادات المستهدفة قياس البخار المشبع والمسخن ، بينما يكون الهدف عرضة للارتداء يمكن تعويض ذلك من خلال إعادة المعايرة ، ولا يحتوي المقياس المستهدف على أجزاء متحركة ويمكنه تحمل ضغوط تصل إلى 15000 ودرجات حرارة تصل إلى 500 فهرنهايت .
طريقة مقاييس التدفق التوربيني Turbine flowmeters
تستخدم مقاييس التدفق التوربيني على نطاق واسع للتطبيقات السائلة والغازية ، ولكن استخدامها محدود للغاية لقياس ضغط البخار ، وتتعلق إحدى القضايا الرئيسية بتأثير التكثيف على دقة القياس ، وعندما يحدث التكثيف في تيار متدفق ، يصبح السائل خليطًا من البخار والماء مما يخلق تدفقًا ثنائي الطور ، كما يمكن للمكثف أن يضر بالشفرات ويتداخل مع دقة القياس .
طريقة مقاييس التدفق كوريوليس Coriolis flowmeters
يمكن تصنيف مقاييس التدفق كوريوليس كتقنية ناشئة لقياس ضغط البخار ، ومثل عدادات التوربينات ، تواجه عدادات كوريوليس صعوبة في معالجة التكثيف في البخار ، وعندما يتكثف البخار تُخلق قطرات الماء تدفقًا ثنائي الطور وهو مزيج من البخار والماء ، وبالتالي يتداخل وجود الماء مع دقة قياس التدفق .
يمكن أن تعمل مقاييس التدفق كوريوليس لقياس التدفق بالبخار الجاف ، ومع ذلك نظرًا لأن البخار يتأثر بسهولة بالتغيرات في درجة الحرارة والضغط ، يمكن أن تتغير ظروف تدفق البخار بسرعة كبيرة ، لا تزال هناك بعض التحديات التقنية أمام مقاييس كوريوليس لحلها قبل أن تكون عدادات كوريوليس جزءًا رئيسيًا من الحل لقياس ضغط البخار .
