أجزاء ومكونات برج الحفر

تعتبر عملية قياس كميات السوائل او الغازات حاجة اساسية في كثير من العمليات الصناعية وخاصة في الصناعة النفطية تعتبر عملية قياس الكميات الحجمية والكتلية ذات أهمية كبرى لانه على اساس هذا القياس يتم التعامل نع النفط الخام (Crude oil) من حيث البيع والخزن. والقياسات التي تجري على النفط الخام هي قياسات خاصة تسمى بقياسات نقل الملكية (Custody transfer) وهي عبارة عن قياسات خاصة تتم وفق معايير دولية متفق عليها عالميا حيث على اساس هذه القياسات تتم عملية التحاسب المالي اثناء نقل ملكية الكميات بين طرف واخر.

العدادات (Meters)

هي عبارة عن تلك الأجهزة (devices) التي يتم من خلالها قياس كميات السوائل او الغازات المتدفقة (الحجمية أو الكتلية) حيث يعبر عن الكميات المقاسة بهذه المعدات بالوحدات التالية:

الوحدات الحجمية (Volume units)

اذا كانت الكمية المقاسة بالعدادات حجمية فيعبر عنها بوحدات:

1. متر مكعب (m³)
2. سنتيمتر مكعب (cm³)
3. لتر (L)
4. كالون (G) (gallon)
5. برميل قياسي (Barrel)
6. قدم مكعب (Ft³)

اما اذا كانت الكمية المقاسة بشكل معدل حجمي فيعبر عنها بوحدات الحجم مقسومة على وحدة زمن لان معدل التدفق (Flow rate) هو عبارة عن كمية المادة (حجمية) في وحدة الزمن خلال مقطع معين.

Flow rate = Volume/Time unit

والوحدات التي يقاس بها معدل التدفق هي عبارة عن وحدات حجم مقسومة على وحدة الزمن مثل (m³/h) او ( L/s).

الوحدات الكتلية (Mass units)

تستخدم هذه الوحدات اذا كانت الكمية المقاسة بواسطة العدادات بشكل كتلة والوحدات الرئيسية المستخدمة في قياس الكتلة هي:

1. الكيلو غرام (Kg)
2. الغرام (g)
3. الباوند (lb)

اما اذا كانت الكمية المقاسة بشكل معدل کتلي الذي هو عبارة عن كتلة المادة المارة من خلال مقطع معين في وحدة الزمن .أي أن معدل التدفق الكتلي يعبر عنه بوحدات كتلة مقسومة على وحدات زمن مثل (Kg/h) او (lb/s).

أجزاء ومكونات العداد

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).

• 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.

للإطلاع على الاجزاء الرئيسية لمنظومة العداد والاجزاء الثانوية اقرأ وسائل ومعدات القياس

العوامل المؤثرة على قياس التدفق في العدادات

هناك عدة خصائص طبيعية للمائع (fluid) سائل او غاز تاثر بشكل مباشرة على عملية القياس بالعدادات (metering) والتي يجب ان تاخذ بالاعتبار اثناء عملية القياس ومن هذه الخصائص ما يلي:

1. الضغط (Pressure) او ما يعرف بالضغط التشغيلي وهو عبارة عن مقدار الضغط عند عملية القياس بالعداد.

2. درجة الحرارة (Temperature) او ما يعرف بدرجة الحرارة التشغيلية وهي عبارة عن درجة الحرارة اثناء عملية القياس.

3. كثافة المائع (Density) وهي عبارة عن كثافة المائع أثناء عملية القياس.

4. لزوجة المائع (viscosity) وهي عبارة عن لزوجة المائع أثناء عملية القياس.

هذه الخصائص المذكورة أعلاه تؤثر بشكل مباشر على الكميات المقاسة بواسطة عدادات النفط والغاز ونتيجة لاختلاف الظروف التي تؤدي إلى تغير في الكميات المقاسة وضعت معايير دولية تحسب عندها الكميات وخاصة في قياسات نقل الملكية للنفط الخام (Crude oil) وعلى القائس أن يتعرف على نوعين من الظروف وهي:

الظروف التشغيلية (Operating condition)

وهي عبارة عن تلك الظروف التي تحسب عندها الكميات المقاسة من ضغط ودرجة حرارة وكثافة ولزوجة.

الظروف الاساسية (Base condition)

وهي عبارة عن ظروف متعارف عليها عالميا ومحددة ضمن مواصفات منظمة ال (ISO) تحسب عندها الكميات في قياسات نقل الملكية وهذه الظروف هي:

1. ضغط (Pressure) = 14.7 psi
2. درجة حرارة = 60 F° او 15 C°

حيث يتم ضمن عمليات خاصة تحويل الحجوم المقاسة في الظروف التشغيلية الى ظروف الاساس بواسطة حسابات ومعادلات خاصة.

5. عدد رینولد (Reynolds number)

من العوامل المؤثرة على عملية التدفق عبر العدادات هو ما يسمى بظاهرة رينولد او عدد رینولد هذه الظاهرة تحدد نوع الجريان اذا كان هادئا او مضطربا ويعتمد عدد رینولد على سرعة المائع وقطر الأنبوب وكذلك على كثافة المائع ولزوجته ويعطى بالمعادلة التالية:

حيث ان:

Re = عدد رینولد

p = كثافة المائع

u = لزوجة المائع

d = قطر الانبوب

أنواع التدفق في عدادات النفط والغاز

استنادا الى مقدار عدد رينولد يمكن تقسيم التدفق وكما مبين في الشكل (1) الى الانواع الاتية وهي:

1. التدفق الهادئ (الطبقي) Laminar Flow: هذا التدفق يحدث عندما يكون عدد رینولد اقل من (2000).
2. التدفق المضطرب Turbulent Flow: هذا النوع من التدفق يحدث عندما يكون عدد رینولد اكبر من (3000).
3. التدفق الانتقالي Transition Flow: هذا التدفق يحدث عندما يكون عدد رینولد بين (2000 - 3000).

شكل (1) أنواع التدفق.

أنواع عدادات النفط والغاز

أن أهم أنواع العدادات المستخدمة في قياسات نقل الملكية (Metering and custody Transfer) والمنصبة في مرافئ التحميل والتفريغ (offloading)(shipment) للسفن والناقلات البحرية والشاحنات الحوضية سواء كانت في جزر التحميل او قرب السواحل او على اليابسة في محطات تفريغ وتحميل السيارات الحوضية (loading and offloading of tank – truck) ومن أهم هذه الانواع مايلي:

1. عدادات الازاحة الموجبة Positive Displacement meters (PD. Meters)
2. العدادات التوربينية Turbine meters
3. عدادات الأمواج فوق الصوتية Ultrasonic Flow Meters (UFM)
4. عدادات كاريوليس Coriolis meters
5. العدادات الدوامية Vortex meters
6. عدادات الضغط الفرقية Differential pressure Flow meters

PD Meters

عدادات الازاحة الموجبة (Positive Displacement meters) وهو عبارة عن مجموعة من العدادات تشترك بهذه التسمية. جميعها متشابهة في مبدأ العمل (Principle) وهو ازاحة احجام متساوية من السائل او الغاز المقاس بشكل ميكانيكي ولكنها تختلف من حيث الشكل والتركيب والاستخدام واهم انواع عدادات الازاحة الموجبة هي:

1. عدادات المسننات البيضوية (Oval gear meters).
2. العدادات المروحية (Rotary vane meters).
3. عدادات المكبس الدوار (Rotary piston meters).
4. عدادات العنصر المفصص (Lobed Impeller meters).

شكل (2) PD Meter.

Turbine Meters

العدادات التوربينية هي عدادات ميكانيكية لها توربين يدور بحرية في مسار تيار السائل. يتسبب السائل أو الغاز المتدفق في دوران التوربين على محوره حيث سيكون معدل الدوران متناسبًا مع سرعة التدفق. العدادات التوربينية بسيطة وموثوقة. إنها قادرة على قياس معدلات التدفق المرتفعة مع فقدان الضغط المنخفض. على الرغم من تعدد الاستخدامات، إلا أن العدادات التوربينية تعمل بشكل أفضل في التطبيقات ذات الظروف الثابتة في السوائل مثل الماء أو السوائل ذات اللزوجة المنخفضة.

 

شكل (3) Turbine meter.

Ultrasonic Flow Meters

عداد قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية هو نوع من عدادات النفط والغاز الذي يقيس سرعة السائل بالموجات فوق الصوتية لحساب حجم التدفق. باستخدام محولات الطاقة فوق الصوتية، يمكن للعداد قياس السرعة المتوسطة على طول مسار الحزمة المنبعثة من الموجات فوق الصوتية، عن طريق حساب متوسط ​​الفرق في وقت العبور المقاس بين نبضات الموجات فوق الصوتية التي تنتشر في اتجاه التدفق أو عكسه أو عن طريق قياس تحول التردد من تأثير دوبلر. تتأثر أجهزة العدادات بالموجات فوق الصوتية بالخصائص الصوتية للمائع ويمكن أن تتأثر بدرجة الحرارة والكثافة واللزوجة والجسيمات المعلقة اعتمادًا على عداد التدفق الدقيق. تختلف اختلافًا كبيرًا في سعر الشراء ولكنها غالبًا ما تكون غير مكلفة للاستخدام والصيانة لأنها لا تستخدم أجزاء متحركة، على عكس عدادات التدفق الميكانيكية.

شكل (4) Ultrasonic Flow Meter.

Coriolis Meters

تعتمد العملية الأساسية لعدادات كوريوليس على مبادئ ميكانيكا الحركة. يتكون من انبوب اهتزازي على شكل حرف U ويحتوي على ملفين لاقطين مغناطيسين عدد 2 او اكثر على جانبي الانبوب. عندما يتحرك المائع عبر أنبوب اهتزازي، إذ يضطر إلى التسارع أثناء تحركه نحو نقطة اللاقط المغناطيسي. على العكس من ذلك، يتحرك المائع المتباطئ بعيدًا عن نقطة اللاقط عند خروجه من الأنبوب. والنتيجة هي تفاعل مناطق الملفات نتيجة الاهتزاز لأنبوب حيث يعمل ملف الحركة (drive coil) الموجود في نهاية الانبوب على توليد تردد بالتردد الطبيعي.

شكل (5) Coriolis Flow Meter.

Vortex Meters

العداد الدوامي هو عداد تدفق واسع الطيف يمكن استخدامه للقياس والتحكم في معظم تدفق البخار والغاز والسائل من أجل تنوع متوسط فريد للغاية وثبات عالي وموثوقية عالية مع عدم وجود أجزاء متحركة وبنية بسيطة ومعدل فشل منخفض.

شكل (6) Vortex meter.

Differential Pressure Flowmeters

تستخدم عدادات الضغط فرقية معادلة برنولي لقياس تدفق السائل في الأنبوب. تحتوي عدادات الضغط فرقية انقباض في داخل الأنبوب يؤدي إلى انخفاض الضغط عبر العداد. عندما يزداد التدفق، يتم إنشاء المزيد من انخفاض الضغط  مما يولد فرق بالضغط بين جهتي العداد. تقوم الأنابيب النبضية بتوجيه الضغوط بين جهتي العداد إلى جهاز الإرسال الذي يقيس الضغط التفاضلي (الفرقي) لتحديد تدفق المائع. تمثل هذه التكنولوجيا حوالي 21% من السوق العالمية لعدادات النفط والغاز.

شكل (7) differential pressure Flow Meter.

متطلبات السلامة والدقة لقياسات نقل الملكية بالعدادات

1. العمل بشروط سلامة وطرق قياس ومعايرة واضحة بما في ذلك طرق اخذ ومداولة وفحص النماذج المختبرية، وأن تكون جميع الشروط والطرق معدة وموثقة وبالاستناد الى متطلبات أنظمة السلامة والقياس والمعايرة المتبعة والمعايير والمواصفات العالمية المعتمدة فيها، أن يكون القائسون وأخذي النماذج متدربين جيداً عليها.

2. توفر شهادة معايرة نافذة المفعول للعداد ولمعدات القياس الثانوية الخاصة به ولجهاز المعايرة وأجهزة المعايرة التي تم بها معايرة العداد ومعدات القياس الثانوية وأن تكون نسب الخطأ لكافة معدات القياس معروفة حسب تلك الشهادات وأن تتم عمليات المعايرة والحسابات الخاصة به لأستنتاج معامل العداد (MF) وفقاً لمواصفات (API - MPMS).

3. توفر متطلبات التصميم والتشييد والفحص والتحقق المنصوص عليها في نظام القياس والمعايرة وفي المواصفات المرجعية المتمدة التالية في الـ (API - MPMS).

4. أما متطلبات القياس والتشغيل تكون كالآتي:

A- الغلق المحكم لكافة الصمامات التي يمكن أن تؤدي إلى تسرب الكمية المقاسة والمطلوب قياسها الى أماكن أخرى مثل:

• نقاط التفريغ والتنفيس قبل وبعد العداد.
• طريق التعيير (By Pass) يجب أن كون هذا الطريق معزول تماماً بواسطة (Blind Flange) عند عمل العداد.
• العدادات المربوطة على التوازي مع العداد أو العدادات العاملة.

B- أن يعمل العداد ومعدات القياس الثانوية الخاصة به التي من ضمنها الخلاطات ومعدات النمذجة الأوتوماتيكية ضمن الحدود التصميمية للضغط والحرارة والجريان وخصائص المنتج المقاس.

C- أن لاتتم القياسات الميدانية أثناء الظروف الجوية السيئة وضعف الأنارة.

5. أن لايكون موقع العداد منحرفاً عن موقعه التصميمي والذي كان فيه أبان المعايرة لأسباب قد يكون من بينها التمدد الحراري للأنابيب أو بسبب الظروف البيئية السيئة.

المصادر

1. زينه عامر ادريس الشريفي. (د.ت). القياسات ونقل الملكية. تم الاسترجاع 2022-2-26.
2. "Turbine Flow Meters". (د.ت). instrumart.com. تم الاسترجاع 2022-2-26.
3. "Ultrasonic Flow Meters". 2019-9-9. wikipedia.org. تم الاسترجاع 2022-2-26.
4. "Coriolis Flow Meter Principles". (د.ت). emerson.com. تم الاسترجاع 2022-2-26.
5. "Vortex flowmeter". 2021-11-20. wikipedia.org. تم الاسترجاع 2022-2-26.
6. "Differential Pressure Flowmeter Technology".(د.ت). flowmeters.com. تم الاسترجاع 2022-2-26.

إقرأ أيضاً

• معدات قياس الضغط
• معدات قياس درجة الحرارة
• عازلات النفط والغاز
• المراجل البخارية
• المبادلات الحرارية
• صمامات السيطرة
• الصمامات النفطية

تعديل المقال