وسائل ومعدات القياس وخصائصه في الصناعة النفطية

وسائل ومعدات القياس وخصائصه في الصناعة النفطية


تجرى عادة القياسات بشكل عام من خلال وسائل ومعدات تقوم بعملية القياس وأعطاء النتائج من خلال نوعين من المعدات وهما:

وسائل ومعدات القياس

معدات القياس المباشرة (Direct measurement devices)
أن معدة أو جهاز القياس هي تلك الوسيلة التي يتم بواسطتها قياس الكميات (quantities) والنوعيات (qualities) للموائع (fluids المقاسة. ومعدات القياس المباشرة هي بتلك الأجهزة التي تحدد فيها الكمية المقاسة مباشرة من خلال قراءتها على تدريج (Scale) أو شاشة عرض(Display) بشكل مقدار رقمي محدد. والأمثلة كثيرة على مثل هكذا معدات منها العدادات ومبينات المستوى في الخزانات.

معدات القياس الغير مباشرة (Indirect measurement devices) 
وهي تلك المعدات التي تحدد فيها كمية أو مقدار الكمية المقاسة على أساس نتائج القياس المباشر المقدار يرتبط بالكمية المقاسة بدالة بسيطة ومثال على ذلك:
عملية قياس معدل التدفق (Flow rate) عن طريق قياس فرق الضغط P) (differential pressure)∆) حيث يرتبط فرق الضغط بمعدل التدفق بالعلاقة الرياضية التالية:
وسائل ومعدات القياس وخصائصه في الصناعة النفطية

حيث أن:
Q= معدل التدفق
K = ثابت التدفق
∆P = فرق الضغط
والأمثلة كثيرة على هذه المعدات مثل عدادات صفيحة التضييق (Orifice Plate meter) التي تقيس معدل التدفق أعتمادا على فرق الضغط الذي تحدثه عدة التضييق.

معدات قياسات نقل الملكية

تتكون معدات قياسات نقل الملكية (Custody Transfer Measuring Devices) وكما مبينة في الشكل (1) من منظومة قياس كاملة وهي تمثل وحدة متكاملة لنقل عقد الملكية بشكل اوتوماتيكي (LACT) (Lease Automatic Custody Transfer Unit). حيث يتم من خلال هذه المنظومة قياس الكميات والنوعيات للنفط الخام والمنتجات النفطية (Petroleum product) وكذلك الغازات النفطية بأنواعها (LPG, NgL) هذه المنظومة تتكون من المعدات التالية:
وسائل ومعدات القياس وخصائصه في الصناعة النفطية
شكل(1) معدات قياسات نقل الملكية في الصناعة النفطية.

معدات القياس الرئيسية

تكون معدات القياس الرئيسية (Basic measuring devices) مسؤولة عن عملية القياس وأرسال اشارة القياس ومعالجة هذه الأشارة وأظهار والنتائج وهذه المعدات تتكون من:
  1. العداد (Meter)
  2. الحاسبة (Calculator)
  3. عدة التأشير (Indication devices)

العداد

وهو عبارة عن عدة (device) تقوم بقياس كمية (حجم أو كتلة) السائل أو الغاز المار خلالها بشكل مستمر ثم عرض هذه الكميات من خلال أجهزة عرض أو حاسبات تدفق (Flow Computers) في ظروف القياس. وهي تحتوي على المعدات التالية:

عدة القياس (Measuring device)
وهي عبارة عن ذلك الجزء من العداد الذي يقوم بتحويل التدفق (الحجمي أو الكتلي) للسائل أو الغاز المقاس الى أشارات (Signals) تمثل الحجم أو الكتلة تتكون هذه العدة من جزئين هما:
  • حساس العداد (Meter Sensor): وهو عبارة عن جزء من معدة القياس التي تتأثر مباشرة بالتدفق للسائل أو الغاز المقاس وتقوم بتحويل هذا التدفق الى اشارة ترسل الى المحولة (Transducer).
  • المحولة (Transducer): وهي جزء من معدة القياس التي تعطي اشارة خرج (Output Signal) تمثل الحجم أو الكتلة. أن اشارة خرج المحولة تتناسب مع اشارة دخل المحولة هذه الأشارة الكهربائية يكون حدودها بين (mA 20- 4) أي أنه عندما يكون التدفق يساوي صفرا تكون اشارة خرج المحولة تساوي (mA 4) وعندما يكون التدفق في حدودها العظمى تكون اشارة خرج المحولة تساوي (mA 20).

ملاحظة: في منظومة القياس في بعض الأحيان يكون حساس العداد منفصل عن المحولة وفي أحيان أخرى يكون الحساس مدمج مع المحول وهنا تسمي العدة المدمجة (بالمرسل) (Transmitter) وتستخدم في معدات القياس نوعان من المرسلات:

  • المرسلة الهوائية (Pneumatic Transmitter)
يكون عنصر التحسس في هذه المرسلات أحد العناصر المرنة مثل (الدايفرام، الكبسولة، أنبوبة بوردن) وتغذي بهواء تغذية مقداره (psi 20) وتتراوح اشارة خرجها بين (psi 15 – 3).
وسائل ومعدات القياس وخصائصه في الصناعة النفطية
شكل (2) Pneumatic Transmitter


  • المرسلة الألكترونية (Electronic Transmitter)
تغذى المرسة الألكترونية بفولتية تغذية مقدارها (vdc 48 ,24 ,12 ) وتعطي اشارة خرج مقدارها (mA 20 - 4) تتناسب مع اشارة الدخل (Input signal) والتي مقدارها
من (%100 - 0) من الكمية المقاسة.
وسائل ومعدات القياس وخصائصه في الصناعة النفطية
شكل(3) Electronic Transmitter


الرموز المستخدة عالميا" للمرسلات هي كالتالي:-
  • PT: مرسلة ضغط Pressure Transmitter
  • FT: مرسلة تدفق Flow Transmitter
  • LT: مرسلة مستوی Level Transmitter
  • TT: مرسلة حرارة Temperature Transmitter


الحاسبة

وهي عبارة عن جزء من منظومة العداد تقوم باستلام اشارة خرج المرسلة الألكترونية(حساس + محول( وتعالج هذه الأشارة من اجل أظهار النتائج (Results) أو خزنها لحين الأستخدام بالأضافة الى ذلك تأمن الحاسبة الأتصال مع الأجهزة الثانوية(Ancillary devices).

عدة التأشير

وهي تقوم بعرض نتائج القياس بشكل مستمر على شاشة أو أي شئ آخر.

معدات القياس الثانوية

وهي عبارة عن مجموعة من العدد (devices) تقوم بأنجاز وظائف خاصة وتشترك مباشرة بتوسيع الأرسال أو عرض نتائج القياس والمعدات الثانوية (Ancillary measuring devices) هي:
  • معدة الضبط الصفري (Zero setting device)
  • معدة تأشير التكرار (Repeating indicator device)
  • معدة الطبع (Printing device)
  • معدة الذاكرة (Memory device)
  • معدة تأشير السعر (Price indicator device)
  • معدة تأشير الكمية (Totalizing indicator device)
  • معدة التحويل (Conversion device)
  • معدة النصب المسبق (Pre - Setting device)
  • معدة الخدمة الذاتية (Self - Service device)

المعدات الأضافية

أن العدد الأضافية (Additional devices) هي مجموعة العدد من غير العدد الثانوية تستخدم لضمان القياس الصحيح (Correct measuring) أو لتسهيل عمليات القياس أو التأثير بأية طريقة على عملية القياس. وأهم العدد هي مايلي:
  • عدة أزالة الغازات (Gases Elimination device)
  • مؤشر الغاز (Gas indicator)
  • زجاجة النظر (Sight glass)
  • مرشحة ومضخة (Filter & Pump)
  • عدة منع التموج (Anti - Swirl)
  • التحويلات الجانبية (Bypasses)
  • صمامات (Valves)
  • أنابيب التدفق (Hoses)

عدة النصب المسبق

 تسمح عدة النصب (Pre - Setting devices) بأختيار الكمية المرغوبة (Selected quantity) للقياس عن طريق توقيف التدفق بشكل اوتوماتيكي عند الوصول الى تلك الكمية المطلوبة. هذه الكمية ممكن أن تكون كتلة أو حجم أو سعر مطلوب للدفع (Price pay).

جهاز الضبط

Adjustment device هو عبارة عن عدة مدمجة مع العداد تسمح بتغيير منحني الخطأ (Error curve) بشكل متوازي مع نفسه لجلب الخطأ عند أعظم خطأ مسموح به (Permissible - error).

المعدات المرفقة مع منظومة القياس

Associated measuring devices هي مجموعة من المعدات تربط الى الحاسبة. تقوم بتحويل خصائص الكميات مثل درجة الحرارة أو الضغط أو الكثافة أو اللزوجة للمائع المقاس الى اشارات يتم ارسالها الى الحاسبة لغرض القيام بعملية التصحيح أو التحويل وهذه المعدات هي:

عدة التصحيح

(Correction - device) عدة تربط أو تكون مدمجة مع العداد تقوم بعملية التصحيح الأوتوماتيكي للكمية المقاسة في وقت القياس. آخذاً بنظر الاعتبار معدل التدفق وخصائص السائل المقاس من لزوجة وضغط ودرجة الحرارة التي تكون مقاسة بواسطة عدد القياس المرفقة أو مخزونة في ذاكرة الجهاز.

عدة التحويل

(Conversion - device)  عدة تقوم بتحويل أوتوماتيكيا" الخصائص التالية:
  • تحويل الحجم المقاس في ظروف القياس (Metering conditions) الى حجم في الظروف القياسية (Base conditions). 
  • تحويل الحجم المقاس في ظروف القياس الى كتلة.
  • تحويل الكتلة المقاسة في ظروف القياس الى حجم المقاس في ظروف القياس
  • تحويل الكتلة المقاسة في ظروف القياس الى حجم المقاس في ظروف القياسية (الأساسية) (Base conditions).
  • تحويل الكتلة أو الحجم المقاس في ظروف القياس مثلاً لخليط من الأيثانول والماء الى حجم أو كتلة للأيثانول النقي الموجود في الخليط. تسمى النسبة بين الكمية المتحولة الى الكمية في ظروف القياس بعامل التحويل (Conversion Factor).

معدات تشغيل وتوثيق القياس

وهي عبارة عن معدات ملحقة بمعدات القياس الرئيسية وتشمل مایلي:

أجهزة التبيان والتسجيل
حيث يتكون هذا الجهاز (Recorder devices) من عدتين هما جهاز التبيان والاخر هو جهاز التسجيل ولكل من هذين الجهازين وظيفته
الخاصة به:
  • جهاز التبيان: وهو ذلك الجهاز الذي تظهر فيه الكمية المقاسة على عدة القراءة مباشرة وذلك لحظة القياس وتكون عدة القراءة مدرجة بحيث تكون ثابتة أو متحركة وتوضع العلامات على التدريجات على طول خط مستقيم أو على قوس دائرة.
  • جهاز التسجيل: وهو عبارة عن جهاز يقوم بتسجيل القيم المقاسة ذاتيا بواسطة معدات خاصة بالتسجيل الأوتوماتيكي للقيمة الفعلية المقاسة مع مرور الزمن ويمكن أن يتم التسجيل برسم خط متصل على شريط ورقي أو يمكن أن يتم التسجيل بالطبع الدوري للقيم العددية على شريط ورقي أو على مخططات بيانية حيث توجد عدة انواع من المخططات.
.
المخططات البيانية
  • المخطط البياني الدائري: وهو عبارة عن ورقة بيانية قرصية الشكل محيطها مقسم الى (12) ساعة او (24) ساعة وتتكون من دوائر متحدة المركز، تسمى بخطوط المعايرة وخطوط طولية تسمى بخطوط الزمن وتدور بواسطة ساعة ميكانيكية أو محرك متزامن ويجب تبديل هذة الورقة كل (12) او (24) ساعة.
  • المخطط البياني الشريط: وهو عبارة عن شريط ورقي ملفوف على بكرة التغذية يتراوح طولها مابين (3 -
  • 10 متر) ومقسم ايضا الى خطوط طولية وعرضية تسمى بخطوط المعايرة و الزمن وتدور هذة البكرة بواسطة ماطور.

الحاسبة الألكترونية
الحاسبة المشرفة (metering supervisory Computer) وهي عبارة عن حاسبة تقوم بانجاز الوظائف المشرفة التالية:
  • ارشفة المعلومات Data archiving.
  • انشاء التقارير report generation.
  • عمليات الفحص الكاملة للنظام.
  • اطلاق اشارات الانذار.
  • مفاتيح الادخال بالنسبة الى المشغل المشرف.

أخطاء القياس

عادةً تتأثر القياسات النفطية وخاصة تلك القياسات المتعلقة بنقل الملكية بالأنواع التالية من الأخطاء (Measurement Errors):

الخطأ النظامي (Systematic Error)
يسمى أيضا بالخطأ الكامن وعادةً هذا الخطأ ينشأ من الحالات الخاصة بجهاز القياس وهي كما يلي:
  • الخطاً التصميم
  • الخطأ المعايرة بالنسبة للخزانات والعدادات.
  • الخطأ ناتج من عمليات النضوح التي تحصل في صمامات العزل.
  • الخطأ الناتج من تضرر الخزانات والأنابيب أثناء العمل.
  • الخطأ الناتج من تلوث الخزانات ومنظومات القياس في العدادات.
  • الخطأ الناتج من استخدام معدات القياس الغير معايرة أو ذات خلل في الأداء أو غير متكاملة ومطابقة المواصفات قياسات نقل الملكية.

الخطأ الكاذب (Spurious Error)
وهي عبارة عن الأخطاء والأعمال الغير مشروعة التي تنشأ أثناء:
عمليات القياس بواسطة معدات القياس والعمليات الخاصة بتشغيلها.
العمليات الحسابية لأستخلاص نتائج القياس النهائية.
التلاعب بنتائج القياس وهنا ينبغي الأنتباه الى ضرورة أن تتضمن سياسة الشركات المسوؤلة عن أدارة القياس الى وضع الضوابط والتعليمات الوقائية والرادعة الكفيلة بمنع هذه الحالات من خلال وضع أختام على المنافذ التي يتم من خلال التلاعب بنتائج القياس.

الخطأ العشوائي (Random Error)
حتى وأن تمت السيطرة على الخطأ النظامي والخطأ الزائف فأنه من غير الممكن تحقيق الدقة المطلقة في القياس.

حيث تبقى هناك أخطاء صغيرة تسمى بالأخطاء العشوائية. وهي الأخطاء الصغيرة جداً التي لايمكن تلافيها أثناء عملية القياس والتي قد تتراكم بمرور الزمن وبالنتيجة تكون أخطاء كبيرة بالنسبة لخطأ القياس أو خطأ الحساب.
فمثلاً أن خطأ القياس الذي مقداره(C° 1) في قياس درجة الحرارة للخزان، يتسبب في خطأ يفوق الخطأ المسموح في قياس المستوى للخزان (mm 2) بمرتين.

وهناك أخطاء أخرى تحصل في أجهزة القياس تجعل قيمة المتغير منحرفة عن القيمة الحقيقية وهذة الاخطاء هي:

الخطأ المطلق (Absolute error)
وهو عبارة عن الفرق بين قراءة الجهاز والقيمة الفعلية للمتغير المقاس ويمكن حسابه من خلال المعادلة التالية:
QA= QR - QO
حيث أن:
QA= الخطاء المطلق
QR= قراءة الجهاز
QO= القيمة الفعلية للمتغير

الخطأ النسبي (Relative error)
وهو عبارة عن النسبة المئوية بين الخطأ المطلق QA والقيمة الفعلية للمتغير المقاس QO.
R = QA/QO × 100%
حيث أن
R= الخطاء النسبي.

الخطأ المسموح (Allowed error)
وهو عبارة عن النسبة المئوية بين الخطاء المطلق (QA) ومدى التدرج (N).
A =QA/N × 100%
حيث أن:
A= الخطاء المسموح.
N= مدى التدرج.

خصائص القياس 

من أهم خصائص القياس (Measurement Characters) مايلي:

الدقة (Accuracy)
هي عبارة عن عدد معين يصف حدود الخطأ المسموح (Permissible) في نظام القياس كنسبة مئوية لتدرجات القياس عند أستعمال الجهاز تحت الظروف القياسية. 

وتصنف الدقة الى أربعة (Classes) طبقا" الى مجالات التطبيق وأنظمة القياس المستخدمة ويمكن توضيح أصناف الدقة كما في الجدول التالي:
الصنف نوع نظام القياس
0.3 أنظمة قياس خطوط الأنابيب Measuring on pipelines
0.5 كل أنظمة القياس التي تشمل على مايلي:
1- مزود وقود السيارات
2- أنظمة القياس الموضوعة على السيارات الحوضية للسوائل واطئة اللزوجة.
3- أنظمة القياس الخاصة بتفريغ خزانات السفن والسيارات الحوضية والسكك الحديدية.
4- أنظمة قياس تحميل السفن.
5- أنظمة قياس تزويد الطائرات بالوقود.
1.0 1- أنظمة القياس الخاصة بالغازات المسيلة تحت ضغط والمقاسة بدرجة حرارة (C° 10-).
2- موزد السيارات (dispenser) الغاز السائل (LPG).
3- أنظمة قياس السوائل التالية:-
أ- السوائل التي درجة حرارتها بين (C° 50 - 10-)
ب- السوائل التي لزوجتها الديناميكية أكثر من (mpa.s 1000)
ج- السوائل ذات معدل التدفق الحجمي لايتعدى (L/hr 20)
1.5 أنظمة قياس ثاني أوكسيد الكاربون (CO2) المسال


الخطأ المسموح والعيب الهام (Permissible Error & Significant Fault)
أن الخطأ المسموح والعيب الهام في أنظمة القياس التي تقيس الكتلة والحجم هي كما يلي:
بالنسبة للكميات التي لاتقل عن (liter 2) أو (kg 2) يكون الخطأ المسموح سواء موجب أو سالب على الكمية المؤثرة الحجمية أو الكتلية عند الظروف القياسية أو الظروف الأساس.

اللاتأكدية (Uncertainty)
هي عبارة عن مجموعة من القيم يعطيها الجهاز للمتغير وتكون أحدى هذه القيم هي القيمة الحقيقية. أو بتعبير أخر هي عبارة عن تقدير مميز بمجموعة من القيم التي في نطاقها يقع الخطأ في القيمة الحقيقية.
واللاتأكدية تعبر عن نسبة الخطأ الأجمالية لجهاز أو منظومة قياس وهو مايعرف ب (Total Uncertainty).

والمدى الأعلى لللاتأكدية (%0.25+) لقياس السوائل و (%1.0+) لقياس الغازات. ويتم حساب الخطأ الأجمالي
المنظومة قياس مكونة من عدد من المعدات حسب الصيغة التالية:
وسائل ومعدات القياس وخصائصه في الصناعة النفطية

حيث أن:
U= هي نسبة الخطأ الأجمالي.
u1, u2, un= نسبة الخطأ الخاصة لكل جهاز قياس أو معدة قياس وهي تساوي النسبة المئوية لخارج قسمة خطأ
القياس لكل جهاز على القيمة الفعلية للقياس.

التكرارية (Repeatability)
وهي عبارة عن نسبة مئوية تمثل خارج قسمة الفرق بين قراءتين متتاليتين لمعدة أو منظومة قياس لقياس ما بنفس
الظروف التشغيلية على سابقة للجهاز ومداها الأعلى هو (%0.025+) ويمكن توضيحها بالمعادلة التالية:
وسائل ومعدات القياس وخصائصه في الصناعة النفطية


R1 = القراءة الأولى.
R2 = القراءة الثانية

الأقتفائية (Traceability)
وهي عبارة عن عملية مطابقة المعلومات (Data) المتعلقة بأخر تدخل أجري على منظومة القياس والذي يجب أن يكون مسجل بشكل أوتوماتيكي في حمالة الأحداث (Event Logger) هذا التسجيل يجب أن يشمل مایلي:
  • عداد الحدث Event counter
  • تأريخ تغير العوامل (Parameter)
  • القيمة الجديدة للعامل
  • تعريف خاص بالشخص الذي أجرى عملية التدخل وأقتفائية أخر تدخل يجب أن تكون مضمونة لمدة على الأقل (years 2).

المواصفات العالمية للقياس

إن اغلب الصناعات البتروكيماوية والنفطية تستخدم المقاييس الأوتوماتيكية لتعيين الأحجام القياسية الأجهزة القياس ومنها للخزانات من خلال قياس المستوى لهذه الخزانات والعدادات من خلال قياس التدفق للموائع. هذه الأجهزة تطبق المقاييس العالية للأنظمة العالمية ومنها:
  1. مقاييس معهد البترول الأمريكي ( API) American petroleum Institute (API)
  2. مقاييس منظمة القياسات العالمية International Standards Organization (ISO)

المصادر

  1. زينه عامر ادريس الشريفي. (د.ت). القياسات ونقل الملكية. تم الاسترجاع 2022-2-4.

إقرأ أيضاً




وضع القراءة :
حجم الخط
+
16
-
تباعد السطور
+
2
-