أنواع المرسلات المستخدمة في الصناعة النفطية | Types of Transmitters

أنواع المرسلات في الصناعة النفطية: تحليل هندسي شامل

تمثل المرسلات (Transmitters) حجر الزاوية في أنظمة التحكم والقياس (Instrumentation and Control) الحديثة ضمن قطاع النفط والغاز. تعمل هذه الأجهزة الدقيقة كجسر حيوي بين العمليات الفيزيائية في الحقل وأنظمة التحكم الرقمية في غرف المراقبة، حيث تقوم بترجمة المتغيرات الفيزيائية مثل الضغط، ودرجة الحرارة، والمستوى، والتدفق إلى إشارات كهربائية معيارية. إن الدقة والموثوقية العالية لهذه المرسلات تعتبر عاملاً حاسماً لضمان التشغيل الآمن والفعال للمنشآت النفطية، بدءًا من آبار الإنتاج، مرورًا بمحطات المعالجة وخطوط الأنابيب، وانتهاءً بالمصافي ومصانع البتروكيماويات. يتناول هذا المقال بشكل مفصل وشامل أنواع المرسلات المستخدمة في الصناعة النفطية، مع التركيز على مبادئ عملها، وتقنياتها المتنوعة، وتطبيقاتها العملية، ومعايير اختيارها وتركيبها في البيئات التشغيلية القاسية التي تميز هذا القطاع الحيوي.

الفهم الأساسي للمرسلات الصناعية (Industrial Transmitters)

قبل الخوض في تفاصيل الأنواع المختلفة من المرسلات، من الضروري تأسيس فهم عميق لمفهوم المرسل نفسه ودوره المحوري ضمن منظومة الأتمتة الصناعية. فالمرسل ليس مجرد مستشعر، بل هو جهاز متكامل يقوم بمعالجة الإشارة وتحويلها ونقلها بكفاءة وموثوقية.

مفهوم المرسل ودوره في حلقة التحكم (Concept and Role in a Control Loop)

تعمل معظم العمليات الصناعية ضمن ما يعرف بـ "حلقة التحكم المغلقة" (Closed Control Loop)، والتي تهدف إلى الحفاظ على متغير عملية معين (Process Variable - PV) عند قيمة مرجعية مطلوبة (Set Point - SP). تتكون هذه الحلقة من أربعة عناصر أساسية:

1. عنصر القياس (Measuring Element): يتألف من المستشعر (Sensor) والمرسل (Transmitter). المستشعر هو الجزء الذي يتفاعل مباشرة مع العملية الفيزيائية (مثل غشاء يتأثر بالضغط).
2. جهاز التحكم (Controller): غالبًا ما يكون جزءًا من نظام تحكم موزع (Distributed Control System - DCS) أو متحكم منطقي قابل للبرمجة (Programmable Logic Controller - PLC). يقوم بمقارنة قيمة المتغير المقاس (PV) بالقيمة المطلوبة (SP) ويحسب الخطأ بينهما.
3. العنصر النهائي للتحكم (Final Control Element): هو الجهاز الذي ينفذ قرار جهاز التحكم للتأثير على العملية، وأشهر مثال عليه هو صمام التحكم (Control Valve) أو المضخات متغيرة السرعة.
4. العملية (Process): النظام الفيزيائي الذي يتم التحكم فيه (مثل خزان، خط أنابيب، مفاعل كيميائي).

يقع دور المرسل في قلب عنصر القياس. فبينما يقوم المستشعر بتحويل الكمية الفيزيائية إلى شكل آخر (غالبًا تغير في المقاومة، السعة، أو الجهد)، تكون هذه الإشارة الأولية ضعيفة، غير خطية، وعرضة للتشويش والضوضاء الكهربائية. هنا يأتي دور المرسل ليقوم بالمهام التالية:

• تكييف الإشارة (Signal Conditioning): يتضمن تضخيم الإشارة الضعيفة، وتصفيتها من الضوضاء، وتحويلها إلى علاقة خطية (Linearization) مع المتغير الفيزيائي المقاس.
• التحويل (Conversion): تحويل الإشارة المُكَيَّفة إلى إشارة خرج قياسية ومعيارية متفق عليها صناعيًا.
• النقل (Transmission): إرسال هذه الإشارة القياسية لمسافات طويلة (قد تصل إلى كيلومترات) إلى غرفة التحكم دون أن تفقد دقتها أو تتأثر بالضوضاء الكهرومغناطيسية.

بهذا المعنى، المرسل هو العصب الحسي للنظام الصناعي، حيث ينقل معلومات دقيقة وموثوقة عن حالة العملية إلى "دماغ" النظام المتمثل في جهاز التحكم.

أنواع الإشارات الناتجة (Output Signal Types)

لتوحيد تصميم أنظمة التحكم وتسهيل التوافق بين أجهزة من مصنعين مختلفين، تم اعتماد إشارات خرج قياسية. يمكن تصنيفها إلى نوعين رئيسيين: تناظرية ورقمية.

الإشارة التناظرية (Analog Signal)

الإشارة التناظرية هي إشارة مستمرة تتغير قيمتها بشكل متناسب مع تغير المتغير المقاس. المعيار الأكثر شيوعًا في الصناعة النفطية هو التيار الكهربائي 4-20 mA.

لماذا 4-20 mA؟

هناك عدة أسباب هندسية جعلت هذا النطاق هو السائد عالميًا:

• صفر حي (Live Zero): القيمة الدنيا للإشارة هي 4 mA وليس 0 mA. هذا يسمح بالتمييز الفوري بين حالة القياس الصفري (مثل خزان فارغ أو ضغط صفري) وحالة وجود عطل في حلقة التحكم (مثل انقطاع السلك)، حيث سيقرأ جهاز التحكم 0 mA في حالة العطل. هذه الميزة أساسية للسلامة وتشخيص الأعطال.
• مصدر الطاقة: يمكن تشغيل المرسل مباشرة من خلال نفس السلكين اللذين ينقلان إشارة القياس. فالتيار الذي يقل عن 4 mA (حوالي 3.5 mA) يُستخدم لتشغيل الدوائر الإلكترونية الداخلية للمرسل، مما يبسط عملية التوصيل ويوفر في تكاليف الكابلات. تُعرف هذه الأنظمة بـ "Loop-Powered".
• حصانة ضد الضوضاء: إشارات التيار أقل تأثرًا بالضوضاء الكهربائية والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) مقارنة بإشارات الجهد، خاصة عند نقلها لمسافات طويلة. كما أن انخفاض الجهد على طول الكابل لا يؤثر على قيمة التيار الواصل إلى جهاز التحكم.
• سهولة التحويل: يمكن تحويل إشارة التيار بسهولة إلى إشارة جهد (مثل 1-5 V) في جهاز التحكم باستخدام مقاومة دقيقة بقيمة 250 أوم ($V = I \times R$).

الإشارة الرقمية وبروتوكولات الاتصال (Digital Signals and Communication Protocols)

مع تطور المعالجات الدقيقة، ظهرت "المرسلات الذكية" (Smart Transmitters) القادرة على إرسال معلومات رقمية غنية بالإضافة إلى الإشارة التناظرية التقليدية. توفر هذه البروتوكولات قدرات تشخيصية متقدمة، ومعايرة عن بعد، ونقل بيانات متعددة عبر نفس زوج الأسلاك.

• بروتوكول HART (Highway Addressable Remote Transducer): هو بروتوكول هجين (Hybrid) يجمع بين العالمين التناظري والرقمي. يقوم بتركيب إشارة رقمية منخفضة المستوى، باستخدام تقنية تعديل إزاحة التردد (Frequency Shift Keying - FSK)، فوق إشارة التيار التناظرية 4-20 mA. يسمح هذا بالاستفادة من البنية التحتية القائمة للكابلات مع إضافة إمكانيات ذكية مثل قراءة متغيرات إضافية (مثل ضغط الخط في مرسل الضغط التفاضلي)، والحصول على معلومات تشخيصية عن حالة المرسل، وإجراء تعديلات على إعداداته عن بعد باستخدام جهاز اتصال ميداني (Hand-held Communicator).
• بروتوكولات الناقل الميداني (Fieldbus Protocols): مثل FOUNDATION Fieldbus (FF) و PROFIBUS PA، وهي بروتوكولات رقمية بالكامل. في هذه الأنظمة، يتم التخلي عن إشارة 4-20 mA تمامًا، ويتم نقل جميع البيانات (القياسات، التشخيصات، الأوامر) بشكل رقمي بين الأجهزة الميدانية ونظام التحكم. من أهم مزاياها تقليل عدد الكابلات بشكل كبير (حيث يمكن توصيل عدة أجهزة على نفس زوج الأسلاك)، وزيادة سرعة ودقة نقل البيانات، وإمكانية تنفيذ خوارزميات التحكم مباشرة في الجهاز الميداني (Control in the Field)، مما يزيد من موثوقية النظام.

رسم تخطيطي يوضح حلقة تحكم مغلقة (Control Loop.

المكونات الأساسية للمرسل (Core Components of a Transmitter)

بغض النظر عن نوع المتغير الذي يقيسه، يتكون المرسل الحديث من عدة وحدات وظيفية تعمل معًا لتحقيق قياس دقيق وموثوق.

1. المستشعر (Sensing Element): هو الجزء الأول والأهم الذي يتفاعل مع العملية. يحول الطاقة من شكل فيزيائي (ضغط، حرارة) إلى شكل آخر قابل للقياس (إزاحة ميكانيكية، تغير في المقاومة). على سبيل المثال، في مرسل الضغط، يكون المستشعر عبارة عن غشاء (Diaphragm) مرن.
2. محول الطاقة (Transducer): يأخذ الخرج من المستشعر ويحوله إلى إشارة كهربائية أولية. على سبيل المثال، قد يحول إزاحة الغشاء إلى تغير في السعة الكهربائية أو المقاومة. غالبًا ما يتم دمج المستشعر ومحول الطاقة في وحدة واحدة.
3. دائرة التكييف الإلكترونية (Electronic Conditioning Circuitry): هذه الدائرة هي قلب المرسل. تقوم بتضخيم الإشارة الأولية الضعيفة، وتعويض تأثيرات درجة الحرارة المحيطة على دقة القياس، وتحويل العلاقة غير الخطية بين المتغير الفيزيائي والإشارة الكهربائية إلى علاقة خطية تمامًا.
4. المعالج الدقيق (Microprocessor): في المرسلات الذكية، يكون المعالج الدقيق هو المسؤول عن إدارة جميع الوظائف. يقوم بتنفيذ خوارزميات التعويض المتقدمة، وتخزين بيانات المعايرة، وإدارة الاتصالات الرقمية (مثل HART أو Fieldbus)، وتشغيل الوظائف التشخيصية الذاتية باستمرار لمراقبة "صحة" المرسل.
5. وحدة التحويل من رقمي إلى تناظري (Digital-to-Analog Converter - DAC): في المرسلات التي تنتج إشارة 4-20 mA، يقوم المعالج بإرسال قيمة رقمية إلى هذه الوحدة، التي تقوم بدورها بتوليد تيار الخرج الدقيق والمقابل.
6. الغلاف (Housing): هو الهيكل الخارجي الذي يحمي المكونات الإلكترونية الحساسة من الظروف البيئية القاسية في الصناعة النفطية، مثل الرطوبة العالية، والغبار، والمواد الكيميائية المسببة للتآكل، ودرجات الحرارة المتطرفة. يتم تصنيف الأغلفة وفقًا لمعايير مثل NEMA (في أمريكا الشمالية) أو IP (عالميًا). الأهم من ذلك، في المناطق الخطرة التي قد يوجد بها غازات أو أبخرة قابلة للاشتعال، يجب أن يكون الغلاف معتمدًا كـ "مقاوم للانفجار" (Explosion-Proof) أو أن تكون الدوائر الداخلية "آمنة جوهريًا" (Intrinsically Safe).

مرسلات الضغط (Pressure Transmitters)

تُعد مرسلات الضغط أكثر أنواع المرسلات شيوعًا وانتشارًا في قطاع النفط والغاز. تُستخدم لقياس ضغط السوائل والغازات في الأوعية، المفاعلات، خطوط الأنابيب، ورؤوس الآبار. كما أنها تُستخدم بشكل غير مباشر لقياس متغيرات أخرى مثل المستوى والتدفق والكثافة.

مبدأ العمل والتقنيات الأساسية (Operating Principle and Core Technologies)

المبدأ الأساسي في جميع مرسلات الضغط هو وجود عنصر استشعار مرن (عادةً غشاء معدني أو سيراميكي) يتشوه تحت تأثير ضغط العملية. يقوم المرسل بعد ذلك بقياس مقدار هذا التشوه وتحويله إلى إشارة كهربائية. تختلف التقنيات المستخدمة في قياس هذا التشوه.

• تقنية قياس الإجهاد (Strain Gauge): تعتمد هذه التقنية على مبدأ أن مقاومة الموصل الكهربائي تتغير عند تعرضه لشد أو ضغط ميكانيكي. يتم تثبيت مقاييس إجهاد دقيقة (غالبًا ما تكون من النوع المقاوم للكهرباء الانضغاطية - Piezoresistive) على الغشاء المستشعر. عندما يتشوه الغشاء بفعل الضغط، تتغير مقاومة مقاييس الإجهاد. يتم توصيل هذه المقاييس في دائرة جسر ويتستون (Wheatstone Bridge) لتحويل التغير الطفيف في المقاومة إلى إشارة جهد قابلة للقياس وتتناسب طرديًا مع الضغط المطبق.
• تقنية السعة الكهربائية (Capacitive): تعتبر هذه التقنية من الأكثر دقة واستقرارًا. يتكون المستشعر من مكثف متغير. الغشاء المستشعر يشكل أحد أقطاب المكثف، بينما يوجد قطب ثابت خلفه. يفصل بينهما سائل سيليكوني غير قابل للانضغاط. عندما يطبق ضغط العملية على الغشاء، يتحرك مقتربًا من القطب الثابت، مما يؤدي إلى زيادة السعة الكهربائية للمكثف. يتم قياس هذا التغير في السعة بدقة عالية بواسطة الدوائر الإلكترونية وتحويله إلى قيمة ضغط.
• تقنية الرنين (Resonant): تستخدم هذه التقنية عنصرًا مهتزًا (مثل شوكة رنانة من السيليكون). يتم جعل هذا العنصر يهتز عند تردده الرنيني الطبيعي بواسطة دائرة إلكترونية. عندما يتعرض المستشعر للضغط، يتغير الشد الميكانيكي على العنصر المهتز، مما يؤدي إلى تغير تردده الرنيني. يقوم المعالج الدقيق بقياس هذا التردد بدقة فائقة، والذي يرتبط مباشرة بالضغط المطبق. تتميز هذه التقنية بدقة واستقرارية عالية جدًا على المدى الطويل.

رسم توضيحي لمستشعر ضغط سعوي (Capacitive Pressure Sensor).

أنواع مرسلات الضغط وتطبيقاتها (Types and Applications)

يمكن تصنيف مرسلات الضغط بناءً على المرجع الذي يتم قياس الضغط بالنسبة له.

مرسل الضغط المطلق (Absolute Pressure Transmitter)

يقيس هذا النوع من المرسلات الضغط بالنسبة للفراغ الكامل (Zero-Pressure Reference). يتم تحقيق ذلك عن طريق وجود غرفة مرجعية محكمة الإغلاق ومفرغة تمامًا خلف الغشاء المستشعر. أي ضغط يتم قياسه هو الضغط الكلي للنظام دون أي تأثير للضغط الجوي المحيط. التطبيقات في الصناعة النفطية:

• أبراج التقطير الفراغي (Vacuum Distillation Columns): في المصافي، يتم استخدام التقطير تحت ضغط منخفض لفصل المكونات الثقيلة من النفط الخام عند درجات حرارة أقل، مما يمنع تكسرها حراريًا. التحكم الدقيق في الضغط المطلق داخل البرج أمر حاسم لجودة الفصل وكفاءة العملية.
• قياس الضغط الجوي (Barometric Pressure): يستخدم في محطات الأرصاد الجوية المرتبطة بالمنشآت البحرية والبرية.
• اختبار تسرب الخزانات: يمكن استخدامه لمراقبة التغيرات الطفيفة في ضغط الخزان لاكتشاف التسريبات.

مرسل الضغط المقاس (Gauge Pressure Transmitter)

هذا هو النوع الأكثر شيوعًا. يقوم بقياس الضغط بالنسبة للضغط الجوي المحيط. يتم ذلك عن طريق فتح الجانب المرجعي من المستشعر للجو عبر منفذ تهوية صغير في غلاف المرسل. وبالتالي، فإن القراءة التي يعطيها المرسل هي الفرق بين ضغط العملية والضغط الجوي. عندما يكون ضغط العملية مساويًا للضغط الجوي، تكون القراءة صفرًا. التطبيقات في الصناعة النفطية:

• قياس ضغط الخزانات والأوعية (Vessel Pressure): لمراقبة الضغط داخل الفواصل (Separators)، وأوعية التجميع (Surge Vessels)، والمفاعلات.
• مراقبة أداء المضخات والضواغط: قياس ضغط السحب (Suction) وضغط الطرد (Discharge) للمضخات والضواغط لتقييم أدائها وحمايتها.
• قياس ضغط خطوط الأنابيب: لمراقبة ضغط النفط الخام، والغاز الطبيعي، والمياه المحقونة في خطوط النقل والتوزيع.

مرسل الضغط التفاضلي (Differential Pressure Transmitter - DP)

يعتبر مرسل الضغط التفاضلي الجهاز الأكثر تنوعًا في الاستخدامات في مجال القياسات الصناعية. بدلاً من قياس الضغط بالنسبة للفراغ أو الجو، يقوم بقياس الفرق الدقيق بين ضغطين مطبقين على منفذين منفصلين: منفذ الضغط العالي (High-Pressure Port - HP) ومنفذ الضغط المنخفض (Low-Pressure Port - LP). التطبيقات في الصناعة النفطية:

• قياس التدفق (Flow Measurement): هذا هو أحد أهم تطبيقات مرسلات الضغط التفاضلي. يتم تركيب عنصر أولي في خط الأنابيب، مثل لوحة الفوهة (Orifice Plate)، أو أنبوب فنتوري (Venturi Tube)، أو أنبوب بيتو (Pitot Tube). يتسبب هذا العنصر في انخفاض الضغط أثناء مرور المائع. يتم توصيل منفذ الضغط العالي للمرسل قبل العنصر ومنفذ الضغط المنخفض بعده. الفرق في الضغط (ΔP) يتناسب مع مربع معدل التدفق، وفقًا لمبدأ برنولي.
• قياس المستوى (Level Measurement): يمكن استخدام مرسل الضغط التفاضلي لقياس مستوى السائل في الخزانات عن طريق قياس الضغط الهيدروستاتيكي الناتج عن عمود السائل. يتم توصيل منفذ الضغط العالي بأسفل الخزان ومنفذ الضغط المنخفض بأعلى الخزان (لمراعاة ضغط الغاز فوق السائل في الخزانات المغلقة). الفرق في الضغط يتناسب طرديًا مع ارتفاع السائل.
• مراقبة المرشحات (Filter Monitoring): عن طريق قياس فرق الضغط عبر المرشح (Filter) أو المصفاة (Strainer)، يمكن تحديد درجة انسداده. عندما يتسخ المرشح، يزداد فرق الضغط، مما يشير إلى الحاجة إلى تنظيفه أو استبداله.
• قياس الكثافة (Density Measurement): عن طريق استخدام مرسلين للضغط التفاضلي مثبتين على ارتفاع ثابت ومعروف من بعضهما البعض، يمكن حساب كثافة السائل.

التركيب والمعايرة (Installation and Calibration)

للحصول على قياسات دقيقة، يجب تركيب مرسل الضغط بشكل صحيح. على سبيل المثال، عند قياس ضغط البخار، يجب استخدام أنابيب نبض (Impulse Lines) تحتوي على مكثفات (Condensate Pots) لضمان وجود عمود ثابت من الماء لحماية المرسل من درجات الحرارة العالية. المعايرة الدورية ضرورية أيضًا لضمان الدقة. تتضمن المعايرة تطبيق ضغط معروف ودقيق على المرسل (باستخدام جهاز معايرة) وضبط إشارة الخرج لتتوافق مع القيم المتوقعة. في المرسلات الذكية، يمكن إجراء عمليات الضبط (مثل ضبط الصفر والمدى - Zero and Span Adjustment) بسهولة عبر بروتوكول HART، مما يقلل من وقت الصيانة.

مرسلات درجة الحرارة (Temperature Transmitters)

تعد درجة الحرارة من أهم المتغيرات التي يتم التحكم فيها ومراقبتها في الصناعة النفطية. فهي تؤثر على التفاعلات الكيميائية، واللزوجة، والكثافة، وتلعب دورًا حاسمًا في عمليات التقطير، والمعالجة، والسلامة. يقوم مرسل درجة الحرارة بتحويل الإشارة الصادرة عن مستشعر درجة الحرارة إلى إشارة 4-20 mA قياسية وقوية.

مبدأ العمل وأجهزة الاستشعار (Operating Principle and Sensors)

على عكس مرسلات الضغط التي غالبًا ما تحتوي على مستشعر مدمج، فإن مرسلات درجة الحرارة تتصل بمستشعر منفصل يتم تركيبه في نقطة القياس. النوعان الأكثر شيوعًا من المستشعرات هما المزدوجات الحرارية ومقاومات الكشف الحرارية.

المزدوجات الحرارية (Thermocouples - T/C)

تعتمد المزدوجة الحرارية على تأثير سيبيك (Seebeck Effect)، الذي ينص على أنه عند توصيل سلكين من معدنين مختلفين في دائرة مغلقة، ووضع الوصلتين عند درجات حرارة مختلفة، يتولد جهد كهربائي صغير (ملي فولت) في الدائرة. تُسمى الوصلة التي توضع في نقطة القياس "الوصلة الساخنة" (Hot Junction)، والوصلة الأخرى "الوصلة الباردة" (Cold Junction).

• الأنواع الشائعة: يتم تصنيف المزدوجات الحرارية بأحرف (مثل K, J, T, S) بناءً على المعادن المستخدمة، ولكل نوع مدى حراري وخصائص مختلفة. على سبيل المثال، النوع K (كروميل-ألوميل) شائع جدًا في الصناعة لمداه الواسع (-200 إلى +1250 درجة مئوية) وتكلفته المنخفضة. النوع S (بلاتين-روديوم) يستخدم في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية جدًا والدقة الفائقة.
• تعويض الوصلة الباردة (Cold Junction Compensation - CJC): الجهد الناتج عن المزدوجة الحرارية يعتمد على الفرق في درجة الحرارة بين الوصلتين الساخنة والباردة. ولكي يتمكن المرسل من تحديد درجة حرارة الوصلة الساخنة بدقة، يجب أن يعرف درجة حرارة الوصلة الباردة (التي تكون عند أطراف توصيل المرسل). يقوم المرسل بذلك عن طريق مستشعر درجة حرارة داخلي دقيق (مثل الثرمستور) يقيس درجة الحرارة المحيطة عند أطراف التوصيل ويضيف تصحيحًا حسابيًا للإشارة. هذه الوظيفة حيوية لدقة القياس.

مقاومات الكشف الحرارية (Resistance Temperature Detectors - RTD)

تعتمد مستشعرات RTD على مبدأ فيزيائي بسيط وهو أن المقاومة الكهربائية للمعادن النقية تتغير بطريقة متوقعة ودقيقة مع تغير درجة الحرارة. أكثر المواد استخدامًا هي البلاتين نظرًا لاستقراريته العالية وتكراريته وعلاقته شبه الخطية مع درجة الحرارة. أشهر أنواع RTD هو Pt100، والذي يعني أنه مصنوع من البلاتين (Pt) وله مقاومة 100 أوم عند درجة حرارة 0 درجة مئوية.

• تكوينات الأسلاك (Wiring Configurations):
  • نظام السلكين (2-Wire): هو الأبسط ولكنه الأقل دقة، حيث يضيف مقاومة أسلاك التوصيل إلى مقاومة المستشعر، مما يسبب خطأ في القراءة.
  • نظام الثلاثة أسلاك (3-Wire): هو الأكثر شيوعًا في الصناعة. يستخدم السلك الثالث لتقدير مقاومة الأسلاك وتعويضها حسابيًا في المرسل، مما يحسن الدقة بشكل كبير.
  • نظام الأربعة أسلاك (4-Wire): هو الأكثر دقة. يستخدم سلكين لتمرير تيار ثابت ودقيق عبر المستشعر، والسلكين الآخرين لقياس انخفاض الجهد عبر المستشعر مباشرة. بهذه الطريقة، يتم إلغاء تأثير مقاومة الأسلاك تمامًا، مما يوفر أعلى دقة قياس ممكنة.

بشكل عام، تتميز مستشعرات RTD بدقة واستقرارية أعلى من المزدوجات الحرارية، ولكنها أغلى ثمنًا ولها مدى حراري أقل. بينما تتميز المزدوجات الحرارية بمتانتها، وتكلفتها المنخفضة، ومداها الحراري الواسع جدًا، وقدرتها على الاستجابة السريعة للتغيرات في درجة الحرارة.

أنواع مرسلات الحرارة (Types of Temperature Transmitters)

يمكن تصنيف المرسلات الحرارية بناءً على طريقة تركيبها:

• مرسلات رأسية (Head-Mounted): هي مرسلات صغيرة ودائرية الشكل يتم تركيبها مباشرة داخل رأس التوصيل (Connection Head) الخاص بالمستشعر. هذا يقلل من طول الأسلاك الحساسة (مثل أسلاك المزدوجة الحرارية) المعرضة للضوضاء، حيث يتم تحويل الإشارة إلى 4-20 mA في أقرب نقطة ممكنة من المستشعر.
• مرسلات ميدانية (Field-Mounted): هي وحدات مستقلة ذات غلاف متين يتم تركيبها في الميدان بالقرب من نقطة القياس. توفر شاشة عرض محلية لسهولة القراءة والتشخيص.
• مرسلات لوحة التحكم (Panel-Mounted / DIN-Rail): يتم تركيب هذه الأنواع داخل لوحات التحكم الكهربائية، مما يوفر بيئة محمية. يتم استخدامها عندما تكون نقاط القياس متعددة ومتقاربة.

اعتبارات الاختيار والتطبيق (Selection and Application Considerations)

عند اختيار نظام قياس درجة الحرارة، يجب مراعاة استخدام البئر الحراري (Thermowell). وهو عبارة عن أنبوب معدني مغلق من طرف واحد يتم تركيبه بشكل دائم في الوعاء أو خط الأنابيب. يتم إدخال مستشعر درجة الحرارة (RTD أو T/C) داخل البئر الحراري، مما يسمح باستبدال المستشعر أو معايرته دون الحاجة إلى إيقاف العملية أو تفريغ الخط. كما أنه يحمي المستشعر من ضغط وتآكل المائع.

مرسلات المستوى (Level Transmitters)

يعد قياس مستوى السوائل والمواد الصلبة في الخزانات والأوعية أمرًا بالغ الأهمية في الصناعة النفطية لأسباب تتعلق بالتحكم في المخزون، وكفاءة العمليات، والسلامة. تتنوع تقنيات قياس المستوى بشكل كبير، ولكل منها نقاط قوة وضعف تجعلها مناسبة لتطبيقات معينة.

مرسلات المستوى بالضغط التفاضلي (Differential Pressure Level Transmitters)

هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا وتنوعًا لقياس المستوى بشكل مستمر. تعتمد على قياس الضغط الهيدروستاتيكي الذي يولده عمود السائل، والذي يتناسب طرديًا مع ارتفاع السائل.

العلاقة الأساسية هي:

حيث $P$ هو الضغط الهيدروستاتيكي، $\rho$ هي كثافة السائل، $g$ هو تسارع الجاذبية، و $h$ هو ارتفاع السائل.

التطبيق في الخزانات المفتوحة للجو (Open Tanks): يتم تركيب منفذ الضغط العالي للمرسل عند أدنى نقطة يراد قياسها في الخزان. أما منفذ الضغط المنخفض فيُترك مفتوحًا للجو. وبالتالي، يقيس المرسل الضغط المقاس (Gauge Pressure) للسائل، والذي يتناسب مباشرة مع المستوى.

التطبيق في الخزانات المغلقة (Closed/Pressurized Tanks): في هذه الحالة، يؤثر ضغط الغاز أو البخار الموجود فوق سطح السائل على الضغط الكلي في قاع الخزان. لإلغاء هذا التأثير، يتم توصيل منفذ الضغط المنخفض للمرسل بالجزء العلوي من الخزان (فوق أقصى مستوى للسائل). وبهذه الطريقة، يقيس المرسل الفرق بين ضغط القاع (ضغط السائل + ضغط الغاز) وضغط الغاز، والنتيجة هي الضغط الناتج عن عمود السائل فقط.

• التوصيل بالساق الجافة (Dry Leg): إذا كان الغاز الموجود فوق السائل نظيفًا وجافًا ولا يتكثف، يتم توصيل خط النبض من أعلى الخزان إلى منفذ الضغط المنخفض مباشرة.
• التوصيل بالساق الرطبة (Wet Leg): إذا كان البخار الموجود فوق السائل يمكن أن يتكثف داخل خط النبض (مثل بخار الماء)، فقد يتسبب ذلك في حدوث خطأ في القياس. لحل هذه المشكلة، يتم ملء خط النبض المتصل بالمنفذ المنخفض بسائل متوافق ومستقر (لا يمتزج مع سائل العملية). هذا يضمن وجود ضغط مرجعي ثابت على جانب الضغط المنخفض، ويقوم المرسل بتعويض هذا الضغط الثابت حسابيًا.

مرسلات المستوى الرادارية (Radar Level Transmitters)

تعتبر تقنية الرادار من أكثر التقنيات دقة وموثوقية لقياس المستوى، خاصة في التطبيقات الصعبة. تعتمد على مبدأ زمن الطيران (Time of Flight - ToF). يقوم المرسل بإرسال نبضة كهرومغناطيسية (ميكروويف) عالية التردد نحو سطح السائل. تنعكس النبضة عن السطح وتعود إلى هوائي المرسل. يقوم المعالج الدقيق بقياس الزمن الذي استغرقته النبضة في رحلة الذهاب والإياب بدقة فائقة. بما أن سرعة الموجات الكهرومغناطيسية ثابتة (سرعة الضوء)، يمكن حساب المسافة إلى سطح السائل بسهولة. ثم يتم طرح هذه المسافة من الارتفاع الكلي للخزان للحصول على مستوى السائل.

رادار الهواء الطلق (Non-Contacting Radar)

في هذا النوع، يتم تركيب المرسل في الجزء العلوي من الخزان، ولا يوجد أي جزء يتلامس مع السائل. هذا يجعله مثاليًا للسوائل المسببة للتآكل، أو شديدة اللزوجة، أو ذات درجات الحرارة العالية. هناك تقنيتان رئيسيتان:

• الرادار النبضي (Pulsed Radar): يرسل نبضات ميكروويف قصيرة ويقيس زمن عودتها.
• رادار الموجة المستمرة مُعدَّلة التردد (Frequency Modulated Continuous Wave - FMCW): يرسل إشارة مستمرة يتغير ترددها بشكل خطي. الفرق في التردد بين الإشارة المرسلة والمستقبلة يتناسب طرديًا مع المسافة إلى السطح. تتميز تقنية FMCW بدقة أعلى وقدرة أفضل على التعامل مع الإشارات الضعيفة.

يؤثر تردد التشغيل (6 جيجاهرتز، 26 جيجاهرتز، 80 جيجاهرتز) على أداء المرسل. الترددات الأعلى (مثل 80 جيجاهرتز) تسمح بتركيز الحزمة بشكل أفضل (زاوية شعاع أضيق)، مما يسهل التركيب في الخزانات التي تحتوي على عوائق داخلية (مثل أنابيب التسخين أو الخلاطات) ويتجنب الانعكاسات الخاطئة.

رادار الموجة الموجهة (Guided Wave Radar - GWR)

يستخدم هذا النوع نفس مبدأ زمن الطيران، ولكن بدلاً من إرسال الموجات في الهواء، يتم توجيهها على طول مسبار صلب (قضيب أو كابل) يمتد من المرسل إلى قاع الخزان. هذا التركيز للطاقة على طول المسبار يجعل الإشارة أقوى بكثير وأقل تأثرًا بظروف العملية مثل الرغوة الكثيفة، والاضطراب الشديد لسطح السائل، والأبخرة الكثيفة. المزايا الرئيسية لـ GWR:

• الدقة العالية: لا تتأثر القراءة بتغير كثافة السائل أو ثابت العزل الكهربائي.
• قياس السطح البيني (Interface Level): يمكن لمرسلات GWR قياس السطح الفاصل بين سائلين غير قابلين للامتزاج ولهما ثوابت عزل مختلفة (مثل النفط والماء في الفواصل). جزء من النبضة الرادارية ينعكس عن سطح السائل العلوي (النفط)، بينما يستمر الجزء الآخر من النبضة حتى يصل إلى السطح البيني (الماء) وينعكس منه. من خلال تحليل الانعكاسين، يمكن للمرسل تحديد مستوى كل من السائلين بدقة.
• مناسب لظروف الضغط والحرارة العالية.

مرسلات المستوى فوق الصوتية (Ultrasonic Level Transmitters)

تعمل هذه المرسلات بشكل مشابه للرادار غير التلامسي، ولكنها تستخدم نبضات صوتية عالية التردد (فوق صوتية) بدلاً من الموجات الكهرومغناطيسية. يتم قياس زمن الطيران للموجة الصوتية المنعكسة عن سطح السائل لحساب المسافة. القيود والعيوب:

• سرعة الصوت تتأثر بشكل كبير بمتغيرات العملية مثل درجة الحرارة، والضغط، ونوع الغاز أو البخار فوق السائل. يجب على المرسل تعويض هذه التغيرات (غالبًا باستخدام مستشعر حرارة مدمج)، ولكن التغيرات الكبيرة أو غير المتوقعة يمكن أن تسبب أخطاء كبيرة.
• لا تعمل بشكل جيد في ظروف الفراغ (حيث لا يوجد وسط لانتقال الصوت).
• الرغوة، والاضطراب الشديد، والأبخرة الكثيفة يمكن أن تمتص أو تشتت الموجات الصوتية، مما يؤدي إلى فقدان الإشارة المنعكسة.

بسبب هذه القيود، يقتصر استخدامها في الصناعة النفطية على التطبيقات الأبسط مثل خزانات المياه أو المواد الكيميائية غير المتطايرة.

مرسلات التدفق (Flow Transmitters)

يعد قياس تدفق الموائع (النفط، الغاز، الماء، البخار) من أهم القياسات في جميع مراحل الصناعة النفطية، من الإنتاج إلى النقل والتصنيع. يستخدم هذا القياس في التحكم بالعمليات، وحسابات الموازنة المادية، والأهم من ذلك، في تطبيقات نقل الملكية (Custody Transfer) حيث تتم عمليات البيع والشراء بناءً على الكميات المقاسة.

مرسلات التدفق بالضغط التفاضلي (Differential Pressure Flow Transmitters)

كما ذكرنا سابقًا، تستخدم هذه الطريقة مرسل ضغط تفاضلي مع عنصر أولي يوضع في مسار التدفق. هذا العنصر، مثل لوحة الفوهة (Orifice Plate)، يقيد التدفق، مما يتسبب في زيادة سرعة المائع وانخفاض ضغطه وفقًا لمبدأ برنولي. العلاقة بين فرق الضغط (ΔP) ومعدل التدفق الحجمي (Q) هي:

يقوم المرسل الذكي أو نظام التحكم بإجراء عملية استخلاص الجذر التربيعي (Square Root Extraction) لتحويل قراءة الضغط التفاضلي إلى قراءة تدفق خطية. على الرغم من أنها تقنية قديمة، إلا أنها لا تزال تستخدم على نطاق واسع بسبب بساطتها وتكلفتها المنخفضة وفهمها الجيد. عيوبها الرئيسية هي أنها تسبب فقدانًا دائمًا في ضغط الخط (مما يزيد من تكاليف الضخ) ولها نطاق قياس محدود (Limited Turndown Ratio).

مرسلات التدفق الكتلي (Mass Flow Transmitters - Coriolis)

تعتبر مقاييس كوريوليس من أكثر تقنيات قياس التدفق دقة وتطورًا. فهي تقيس معدل التدفق الكتلي مباشرة، بدلاً من التدفق الحجمي، وهو أمر مفيد جدًا لأن الكتلة لا تتأثر بتغيرات الضغط ودرجة الحرارة. مبدأ العمل: يعتمد على تأثير كوريوليس. يتكون المستشعر من أنبوب (أو أنبوبين) يتم جعله يهتز عند تردده الرنيني الطبيعي بواسطة محرك كهرومغناطيسي. عندما يمر المائع عبر الأنبوب المهتز، فإنه يولد قوة كوريوليس تتسبب في التواء (Twisting) طفيف للأنبوب. يتم قياس هذا الالتواء، الذي يكون على شكل إزاحة طورية (Phase Shift) بين حركة مدخل الأنبوب ومخرجه، بواسطة مستشعرات كهرومغناطيسية. مقدار هذا الالتواء يتناسب طرديًا ومباشرة مع معدل التدفق الكتلي للمائع.

بالإضافة إلى التدفق الكتلي، يمكن لمقياس كوريوليس أيضًا قياس كثافة المائع بدقة عالية عن طريق مراقبة التردد الرنيني للأنبوب (حيث يقل التردد مع زيادة كثافة المائع). وبوجود مستشعر حرارة مدمج، يمكن لهذا الجهاز الواحد أن يوفر أربع قراءات مستقلة: معدل التدفق الكتلي، معدل التدفق الحجمي (محسوب من التدفق الكتلي والكثافة)، الكثافة، ودرجة الحرارة. التطبيقات في الصناعة النفطية:

• نقل الملكية (Custody Transfer): لقياس النفط الخام والغاز الطبيعي المسال (LNG) بدقة عالية لأغراض الفوترة.
• عمليات المزج (Blending): للتحكم الدقيق في نسب المكونات المختلفة عند مزج المنتجات البترولية.
• حقن المواد الكيميائية: للتحكم الدقيق في جرعات المواد الكيميائية المضافة (مثل مانعات التآكل أو المستحلبات).

مرسلات التدفق فوق الصوتي (Ultrasonic Flow Transmitters)

تستخدم هذه المرسلات تقنية غير غازية (Non-invasive) لقياس سرعة المائع عن طريق الموجات فوق الصوتية. هناك نوعان رئيسيان:

• تقنية وقت العبور (Transit-Time): تستخدم زوجًا من محولات الطاقة (Transducers) المثبتة على جانبي الأنبوب. يرسل كل محول نبضة صوتية ويستقبلها الآخر. يتم قياس الزمن الذي تستغرقه النبضة للانتقال مع اتجاه التدفق ($t_{down}$) والزمن الذي تستغرقه للانتقال عكس اتجاه التدفق ($t_{up}$). النبضة التي تنتقل مع التدفق تصل بشكل أسرع. الفرق في الزمن ($ \Delta t = t_{up} - t_{down} $) يتناسب طرديًا مع سرعة المائع. هذه التقنية تتطلب مائعًا نظيفًا وخاليًا من الفقاعات أو الجسيمات الصلبة.
• تقنية تأثير دوبلر (Doppler Effect): ترسل نبضة صوتية بتردد معروف إلى المائع. تنعكس هذه النبضة عن الجسيمات الصلبة أو فقاعات الغاز المتحركة مع المائع. بسبب حركة هذه العاكسات، يكون تردد الموجة المنعكسة مختلفًا عن التردد المرسل (تأثير دوبلر). الفرق في التردد يتناسب طرديًا مع سرعة المائع. تتطلب هذه التقنية وجود شوائب في المائع لكي تعمل.

من المزايا الكبيرة للمقاييس فوق الصوتية، وخاصة من النوع المُثبَّت خارجيًا (Clamp-on)، أنه يمكن تركيبها على السطح الخارجي للأنبوب دون الحاجة إلى قطعه أو إيقاف العملية، مما يجعلها مثالية للقياسات المؤقتة أو على خطوط الأنابيب الكبيرة جدًا.

مرسلات التدفق الدوامي (Vortex Flow Transmitters)

تعتمد هذه التقنية على ظاهرة فيزيائية تُعرف بـ شارع فون كارمان الدوامي (Von Kármán Vortex Street). يتم وضع جسم غير انسيابي (يُسمى Shedder Bar) في مسار التدفق. أثناء مرور المائع حول هذا الجسم، تتشكل دوامات (Vortices) وتنفصل بالتناوب عن جانبيه. تردد تكوّن هذه الدوامات يتناسب طرديًا مع سرعة المائع. يتم الكشف عن هذه الدوامات (التي تسبب تذبذبات ضغط صغيرة) بواسطة مستشعر (غالبًا بلورة كهرضغطية - Piezoelectric Crystal) ويتم تحويل ترددها إلى قراءة تدفق. التطبيقات: تتميز مقاييس الدوامات بمتانتها وعدم وجود أجزاء متحركة، مما يجعلها مناسبة لقياس تدفق السوائل النظيفة، والغازات، والبخار، خاصة في خدمات المرافق (Utilities) داخل المنشآت النفطية.

المرسلات الذكية وبروتوكولات الاتصال (Smart Transmitters and Communication Protocols)

شكل ظهور المرسلات الذكية (Smart Transmitters) في الثمانينيات ثورة في عالم القياسات الصناعية. على عكس المرسلات التناظرية القديمة التي كانت تقوم بوظيفة واحدة فقط (التحويل إلى 4-20 mA)، أضافت المرسلات الذكية قدرات معالجة رقمية متقدمة بفضل احتوائها على معالجات دقيقة وذاكرة.

خصائص المرسلات الذكية (Features of Smart Transmitters)

• الدقة والاستقرارية المحسنة: تستخدم المعالجات الدقيقة خوارزميات معقدة لتعويض تأثيرات درجة الحرارة المحيطة والضغط الساكن على قراءة المستشعر، مما يؤدي إلى دقة أعلى بكثير واستقرار أفضل على المدى الطويل.
• التشخيص الذاتي المتقدم (Advanced Diagnostics): تراقب المرسلات الذكية "صحتها" الداخلية باستمرار. يمكنها اكتشاف أعطال في المستشعر، أو مشاكل في الدوائر الإلكترونية، أو حتى مشاكل في حلقة التحكم نفسها (مثل انخفاض جهد المصدر). يتم الإبلاغ عن هذه التشخيصات عبر بروتوكولات الاتصال الرقمية، مما يتيح الصيانة الاستباقية (Predictive Maintenance) بدلاً من الصيانة التفاعلية.
• التهيئة عن بعد (Remote Configuration): يمكن لمهندسي وفنيي الصيانة التواصل مع المرسل عن بعد (من غرفة التحكم أو باستخدام جهاز ميداني) لتغيير إعداداته، مثل مدى القياس (Range)، أو وحدات القياس، أو عوامل التخميد (Damping)، دون الحاجة للذهاب إلى الموقع، مما يوفر الوقت ويزيد من السلامة.
• القياسات المتعددة (Multivariable Measurement): يمكن لمرسل واحد قياس وإرسال قيم لعدة متغيرات. على سبيل المثال، يمكن لمرسل الضغط التفاضلي الذكي أن يقيس فرق الضغط (المتغير الأساسي)، والضغط الساكن (Static Pressure)، ودرجة حرارة المستشعر، ويقوم بإرسال كل هذه القيم رقميًا.

بروتوكولات الاتصال بالتفصيل

كما ذكرنا سابقًا، بروتوكول HART هو الأكثر انتشارًا لأنه سمح بالانتقال السلس من الأنظمة التناظرية إلى الأنظمة الرقمية. يعمل عن طريق تراكب إشارة رقمية على شكل موجتين جيبتين بترددين مختلفين (1200 هرتز للرقم "1" و 2200 هرتز للرقم "0") فوق إشارة التيار 4-20 mA. بما أن متوسط قيمة هذه الموجة الجيبية هو صفر، فإنها لا تؤثر على القيمة التناظرية للإشارة. هذا يسمح لنظام التحكم القديم بقراءة إشارة 4-20 mA كالمعتاد، بينما يمكن للأجهزة الذكية (مثل أنظمة إدارة الأصول أو أجهزة الاتصال الميدانية) "الاستماع" للإشارة الرقمية واستخلاص البيانات الإضافية.

أما بروتوكولات الناقل الميداني (Fieldbus) مثل FOUNDATION Fieldbus H1 و PROFIBUS PA، فهي تمثل خطوة أبعد. في هذه الأنظمة الرقمية بالكامل، يتم توصيل جميع الأجهزة الميدانية (مرسلات، صمامات تحكم، إلخ) على نفس زوج الأسلاك في شبكة رقمية. يتم تشغيل جميع الأجهزة ونقل البيانات عبر نفس السلكين. هذا يقلل بشكل كبير من تكاليف الأسلاك والتركيب. الأهم من ذلك، أنه يتيح توزيع ذكاء التحكم. فبدلاً من أن تتركز جميع حسابات التحكم في جهاز التحكم المركزي (DCS)، يمكن تنفيذ حلقات التحكم البسيطة مباشرة في الأجهزة الميدانية. على سبيل المثال، يمكن لمرسل التدفق أن يتواصل مباشرة مع صمام التحكم للحفاظ على تدفق معين، دون الحاجة إلى المرور عبر جهاز التحكم الرئيسي. هذا يجعل النظام أكثر قوة وموثوقية، حيث تستمر حلقات التحكم الأساسية في العمل حتى لو انقطع الاتصال بغرفة التحكم الرئيسية.

معايير الاختيار والتركيب والصيانة (Selection, Installation, and Maintenance Criteria)

يعد اختيار المرسل المناسب لتطبيق معين عملية هندسية تتطلب دراسة متأنية لعدة عوامل لضمان أداء موثوق وآمن ودقيق على المدى الطويل.

عوامل اختيار المرسل المناسب (Factors for Selecting the Right Transmitter)

1. خصائص العملية (Process Characteristics):
   • نوع المائع: هل هو سائل أم غاز؟ هل هو نظيف أم يحتوي على مواد صلبة؟ هل هو مسبب للتآكل؟ هذا يحدد المواد التي يجب أن تكون مصنوعة منها الأجزاء الملامسة للمائع (Wetted Parts).
   • ظروف التشغيل: ما هو أقصى وأدنى ضغط ودرجة حرارة سيتعرض لها المرسل؟ يجب اختيار مرسل يتحمل هذه الظروف مع هامش أمان.
   • مدى القياس (Range): يجب أن يغطي مدى المرسل نطاق التشغيل الطبيعي للعملية، مع القدرة على قياس الانحرافات المتوقعة. مفهوم "نسبة الخفض" (Turndown Ratio) مهم هنا، وهو النسبة بين أقصى مدى يمكن معايرة المرسل عليه وأصغر مدى يمكن معايرته عليه مع الحفاظ على الدقة المحددة.
2. متطلبات الأداء (Performance Requirements):
   • الدقة (Accuracy): ما مدى قرب القراءة من القيمة الحقيقية؟ التطبيقات الحرجة مثل نقل الملكية تتطلب دقة عالية جدًا، بينما قد تكون الدقة الأقل مقبولة في تطبيقات المراقبة البسيطة.
   • التكرارية (Repeatability): قدرة المرسل على إعطاء نفس القراءة لنفس المدخل بشكل متكرر. هذا أهم من الدقة في كثير من تطبيقات التحكم.
   • زمن الاستجابة (Response Time): مدى سرعة استجابة المرسل للتغيرات في العملية. هذا مهم في حلقات التحكم السريعة.
3. البيئة والتركيب (Environment and Installation):
   • تصنيف المنطقة الخطرة (Hazardous Area Classification): هذه من أهم الاعتبارات في الصناعة النفطية. يجب أن يكون المرسل معتمدًا للعمل في المنطقة التي سيتم تركيبه فيها (مثل Zone 1, Zone 2).
   • الظروف البيئية: هل سيتعرض المرسل لدرجات حرارة محيطة متطرفة، أو رطوبة عالية، أو اهتزازات، أو رش مياه مالحة (في المنصات البحرية)؟ يجب اختيار غلاف (Housing) ومواد مناسبة لهذه الظروف.

متطلبات السلامة في البيئات الخطرة (Safety Requirements in Hazardous Environments)

في صناعة النفط والغاز، غالبًا ما توجد غازات أو أبخرة قابلة للاشتعال. أي جهاز كهربائي، بما في ذلك المرسلات، يمكن أن يكون مصدرًا للاشتعال (عن طريق شرارة أو سطح ساخن). لمنع ذلك، يتم استخدام تقنيات حماية معتمدة دوليًا.

السلامة ليست خيارًا، بل هي شرط أساسي في تصميم وتشغيل المنشآت النفطية. اختيار تقنية الحماية المناسبة للمرسل هو قرار هندسي حاسم.

• مقاوم للانفجار (Explosion-Proof / Flame-Proof - Ex d): تعتمد هذه الطريقة على الاحتواء. يتم تصميم غلاف المرسل ليكون قويًا جدًا بحيث إذا دخل الغاز القابل للاشتعال إلى داخله واشتعل بسبب شرارة كهربائية، فإن الغلاف سيحتوي الانفجار الناتج ويمنعه من الانتشار إلى الجو المحيط. يتم تبريد الغازات الساخنة الناتجة عن الانفجار أثناء خروجها عبر مسارات ضيقة ودقيقة في فلانشات أو وصلات الغلاف (تسمى Flame Paths) إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة الاشتعال للغاز الخارجي.
• آمن جوهريًا (Intrinsically Safe - Ex i): تعتمد هذه الطريقة على منع الاشتعال من الأساس. يتم تصميم الدوائر الكهربائية للمرسل بحيث تستهلك طاقة منخفضة جدًا. يتم تركيب جهاز يسمى "حاجز السلامة" (Safety Barrier)، مثل حاجز زينر أو عازل غلفاني، في غرفة التحكم الآمنة. يقوم هذا الحاجز بتحديد الجهد والتيار المرسل إلى المرسل في المنطقة الخطرة إلى مستويات منخفضة جدًا، بحيث حتى في حالة حدوث أي عطل (مثل قصر الدائرة)، فإن الطاقة المنبعثة لن تكون كافية لإشعال أخطر خليط من الغاز والهواء. تعتبر هذه الطريقة أكثر أمانًا بشكل عام وتسمح بالعمل على الأجهزة (الصيانة والمعايرة) دون الحاجة إلى إيقاف تشغيلها (Hot Work Permit).

خاتمة

تعتبر المرسلات (Transmitters) بمختلف أنواعها وتقنياتها العيون والآذان والأعصاب التي تعتمد عليها الصناعة النفطية لتحقيق عمليات آمنة ومستقرة وفعالة. من مرسلات الضغط البسيطة إلى مقاييس التدفق الكتلي المعقدة، ومن المزدوجات الحرارية المتينة إلى مرسلات المستوى الرادارية الدقيقة، يوفر كل جهاز قطعة حيوية من المعلومات التي تمكن المهندسين والمشغلين من فهم ومراقبة والتحكم في العمليات المعقدة. إن التطور المستمر نحو المرسلات الأكثر ذكاءً، مع قدرات تشخيصية متقدمة وتكامل سلس مع بروتوكولات الاتصال الرقمية، لا يعزز فقط من كفاءة الإنتاج، بل يساهم بشكل مباشر في رفع مستويات السلامة والموثوقية في واحدة من أكثر الصناعات تطلبًا في العالم.

المصادر

• Lipták, B. G. (Ed.). (2003). Instrument Engineers' Handbook, Volume 1: Process Measurement and Analysis (4th ed.). CRC Press.
• Spitzer, D. W. (2017). Industrial Flow Measurement (3rd ed.). ISA - The International Society of Automation.
• Emerson Automation Solutions. (n.d.). Pressure Measurement Technology and Application. Technical White Papers.
• Endress+Hauser Group. (n.d.). Level Measurement Technology for the Process Industry. Competence Brochure.
• ISA-100.11a-2011, "Wireless systems for industrial automation: Process control and related applications".
• IEC 60079 series, "Explosive atmospheres".
• Hughes, T. A. (2002). Measurement and Control Basics (3rd ed.). ISA - The International Society of Automation.
• Baker, R. C. (2003). An Introductory Guide to Flow Measurement. Professional Engineering Publishing.

اقرأ أيضًا

• الصمام الكروي
• العازلات
• سليكلاين
• آبار النفط
• صمام الفراشة
• الصمامات
• صمامات السيطرة
• معدات قياس الضغط
• معدات قياس الحرارة
• أنظمة التحكم والقياس