ارفیس پلیت

اوریفیس پلیت، که به عنوان یکی از پرکاربردترین فلومترهای حجمی شناخته می شود، به منظور اندازه گیری و کنترل جریان مایعات و گازها در صنایع مختلف به کار می رود. این فلومترها معمولاً از مواد متنوعی مانند فولاد ضد زنگ ساخته می شوند و ضخامت پلیت آن ها به طور مستقیم با قطر لوله مرتبط است.
مدل ساده اوریفیس پلیت شامل یک دیسک دایره ای صاف است که در مرکز آن یک سوراخ دایره ای قرار دارد و در مسیر جریان سیال نصب می شود. همچنین، در بالای اوریفیس یک دسته (Handel) وجود دارد که مشخصات فنی اوریفیس پلیت بر روی آن درج می شود. این فلومتر با استفاده از اختلاف فشار سیال عبوری از روزنه و یک ترانسمیتر فشار، دبی سیال را اندازه گیری می کند.
علاوه بر اندازه گیری جریان، فلومترهای اوریفیس به منظور کاهش فشار و محدود کردن نرخ جریان نیز به کار می روند. این دستگاه ها برای اندازه گیری دبی سیالاتی مانند بخار و گاز مناسب هستند و تحت تأثیر دماهای بالا قرار نمی گیرند. اوریفیس پلیت ها به ویژه برای سیالات تمیز و متلاطم کارایی دارند، اما در انتخاب آن ها برای سیالات خورنده و فرسایشی باید احتیاط لازم را به عمل آورد.

اوریفیس پلیت: ابزاری برای اندازه گیری و کنترل جریان سیالات

اوریفیس پلیت به منظور کنترل و اندازه گیری جریان سیالات به صورت عمود بر مسیر جریان در خطوط لوله نصب می شود. با عبور سیال از سوراخ اوریفیس، به دلیل کاهش سطح مقطع، سرعت سیال افزایش یافته و در نتیجه فشار آن کاهش می یابد. پس از خروج سیال از اوریفیس، سرعت آن کاهش و فشار دوباره افزایش می یابد.
فلومتر اوریفیس با بهره گیری از اختلاف فشار ایجاد شده در خط عبوری سیال و یک ترانسمیتر فشار که اختلاف فشار دو طرف اوریفیس پلیت را اندازه گیری می کند، میزان دبی یا جریان سیال را محاسبه می کند.
انواع اوریفیس پلیت:

Restriction Orifice: این نوع اوریفیس که به اختصار RO نامیده می شود، به طور خاص برای ایجاد افت فشار در خط استفاده می شود و ترانسمیتر فشار در اطراف آن قرار ندارد. اوریفیس محدودیت مشابه اوریفیس پلیت است، اما با ضخامت بیشتر طراحی شده و به منظور اندازه گیری جریان به کار نمی رود، بلکه تنها برای ایجاد افت فشار مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال، اوریفیس محدودیت می تواند برای ایجاد افت فشار در سیستم های فلر به کار رود.

Meter Run Orifice: این نوع اوریفیس برای خطوط لوله با قطر کمتر از ۲ اینچ و با دبی کم و سرعت پایین طراحی شده است. این سری از اوریفیس ها علاوه بر پلیت و فلنج، دارای لوله های مستقیم در قبل و بعد از خود هستند.

انواع اوریفیس پلیت

اوریفیس پلیت ها با اشکال و طراحی های مختلف بر اساس موقعیت روزنه های داخلی خود به چهار مدل اصلی تقسیم می شوند:
اوریفیس هم مرکز (Concentric): این مدل، ساده ترین و اقتصادی ترین نوع اوریفیس است که سوراخ آن به طور دقیق در مرکز پلیت قرار دارد. این نوع برای اندازه گیری جریان سیالاتی مانند مایعات، گازها و بخارهای تمیز و سبک، از جمله هیدروکربن های سبک، مناسب است.
اوریفیس غیرهم مرکز (Eccentric): در این مدل، سوراخ اوریفیس در پایین تر از مرکز آن قرار دارد. این طراحی به ویژه برای اندازه گیری جریان سیالات با ویسکوزیته بالا، مانند چسب، قیر و عسل که تمایل به حرکت در کف لوله دارند، کاربرد دارد.
اوریفیس نیم دایره ای (Segmental): در این نوع، سوراخ به شکل یک نیم دایره در پایین اوریفیس پلیت قرار می گیرد. این طراحی باعث افزایش سطح مقطع و عبور مقدار بیشتری از سیال می شود. این مدل به ویژه برای سیالاتی که حاوی ذرات جامد و متخلخل هستند، مناسب است.
اوریفیس چهارگوش (Quadrant): جدیدترین نوع اوریفیس پلیت، دارای یک سوراخ در جلو و یک سوراخ در پشت با قطرهای متفاوت است. این مدل برای اندازه گیری جریان سیالات با ویسکوزیته بالا و سیالاتی که تلاطم کمتری دارند (با عدد رینولدز پایین) به کار می رود.

مشخصات اوریفیس پلیت

مشخصات اوریفیس پلیت را می توان به بخش های زیر تقسیم کرد که در ادامه به بررسی آن ها می پردازیم:
ضخامت اوریفیس: ضخامت اوریفیس بسته به قطر لوله، دما و فشار متغیر است و معمولاً در بازه ای بین ۱/۸ تا ۳/۸ اینچ قرار دارد. با این حال، ضخامت نباید از ۱/۸ قطر سوراخ اوریفیس و یا بیشتر از ۱/۵ قطر لوله تجاوز کند.
سطح اوریفیس: سطح اوریفیس باید کاملاً صاف و تخت باشد. لبه بالادستی اوریفیس باید به شکل دایره ای و تیز طراحی شود. در مورد اوریفیس هایی با ضخامت بیشتر، لبه پایین دستی آن باید تحت زاویه ۴۵ درجه ساخته شود تا از چوک شدن یا گرفتگی لوله جلوگیری کند.
متریال ساخت اوریفیس: اوریفیس پلیت ها از مواد مختلفی مانند استنلس استیل، کرین استیل، اینکونل و مونل تولید می شوند، اما معمولاً از فولاد ضد زنگ S.S.316 ساخته می شوند.
مرکز اوریفیس: اوریفیس پلیت باید با حدود ۳% از قطر داخلی لوله هم مرکز شود تا عملکرد بهینه ای داشته باشد.
سوراخ های Vent و Drain: علاوه بر روزنه مرکزی، اوریفیس دارای یک سوراخ دیگر به اندازه ۱/۸ اینچ است. در سیستم های بخار، سوراخ Vent در پایین صفحه قرار می گیرد تا مایعات احتمالی خارج شوند، در حالی که در سیستم های مایع، سوراخ Drain در بالای صفحه قرار دارد تا بخارات احتمالی را تخلیه کند. اگر سوراخ مرکزی اوریفیس بیش از ۲.۵ میلی متر باشد، وجود سوراخ اضافی در این اوریفیس ضروری نخواهد بود.

ضریب β و انتخاب سایز اوریفیس پلیت

ضریب β، که نسبت قطر روزنه به قطر لوله را نشان می دهد، یکی از مهم ترین پارامترها در انتخاب اوریفیس پلیت است و معمولاً بین 0.2 تا 0.75 قرار دارد. اگر β کمتر از 0.2 باشد، افت فشار زیاد می تواند منجر به چوک شدن جریان سیال شود و این وضعیت ممکن است باعث ایجاد کاویتاسیون در لوله گردد. از سوی دیگر، اگر مقدار β بیش از 0.75 باشد، به معنای نزدیک بودن قطر روزنه به قطر لوله است که در این صورت افت فشار لازم برای اندازه گیری جریان سیال ایجاد نخواهد شد.
برای محاسبه قطر اوریفیس (d)، به قطر داخلی لوله (D) نیاز داریم. اگر قطر خارجی لوله (L) در دسترس باشد، می توان با کسر دو برابر ضخامت لوله از آن، قطر داخلی را به دست آورد. قطر داخلی لوله بر اساس استاندارد ASME B1.20 محاسبه می شود. استاندارد سایزینگ برای اوریفیس، ISO5167 است که در آن خروجی های d و β به عنوان تابعی از فشار، دما، دبی، چگالی و تغییرات فشار ارائه می شود. در نهایت، مقدار ضریب β باید در محدوده 0.2 تا 0.75 بررسی گردد.

نحوه نصب اوریفیس پلیت

محل نصب اوریفیس باید بین دو فلنج و به صورت عمود بر جهت جریان سیال باشد. نصب اوریفیس در مسیر لوله باعث افزایش فشار استاتیک در بالادست می شود. پس از عبور جریان از روزنه اوریفیس، فشار به شدت کاهش یافته و سرعت جریان به حداکثر می رسد. همچنین، با عبور سیال از سوراخ اوریفیس و نزدیک شدن فشار به حالت تعادل، دبی جریان کاهش می یابد، در حالی که فشار استاتیک در پایین دست همیشه به طور قابل توجهی کمتر از فشار در بالادست خواهد بود.
جریان ورودی و خروجی به اوریفیس پلیت باید به صورت آرام و خطی باشد. بنابراین، در نظر گرفتن فاصله بالادست (UPSTREAM) و پایین دست (DOWNSTREAM) در مسیر سیال ضروری است. میزان فاصله بالادست و پایین دست بسته به نوع اتصالات و ضریب β به ترتیب 6D-50D و 5D می باشد. با داشتن مقدار β و نوع تجهیزاتی که تلاطم ایجاد می کنند، می توان مقدار دقیق فاصله بالادست را تعیین کرد. در صورت عدم وجود فضای کافی برای نصب اوریفیس، می توان از استرینر (Strainer) در دو حالت دیسکی و استوانه ای استفاده کرد.

کالیبراسیون اوریفیس پلیت

کالیبراسیون اوریفیس پلیت ها با استفاده از یک Hand Pump انجام می شود. فشار در رنج صفر تا حداکثر فشار مجاز (Max Allowable Pressure Drop) در نقاط صفر، 25 درصد، 50 درصد، 75 درصد و 100 درصد در دو سمت اوریفیس اعمال می شود. با استفاده از یک Handheld HART Communicator، رنج جریان خروجی تنظیم شده و در نهایت مقدار آن در سیستم مانیتورینگ اتاق کنترل ثبت می شود. به عنوان مثال، اگر ΔP=1000 mbar و دبی ماکزیمم 25000 kg/h باشد، در فشار 250 mbar، در اتاق کنترل جریان 20 mA (به ازای 4 تا 20 میلی آمپر) و دبی 12500 kg/h خواهیم داشت.

مزایا و معایب اوریفیس پلیت

اوریفیس پلیت ها دارای مزایا و معایب خاصی هستند که در ادامه به آن ها اشاره می شود:
مزایا:
 نصب آسان: دبی سنج های روزنه ای به راحتی نصب می شوند و قابلیت اندازه گیری جریان در هر دو جهت را دارند.
 قابلیت استفاده در سایزهای مختلف: این نوع فلومترها برای تمامی سایزها مناسب هستند و به ویژه در سایزهای بزرگ به صرفه تر می باشند.
کاهش فرسایش مکانیکی: عدم وجود قطعات مکانیکی در این دبی سنج ها، فرسایش مکانیکی را کاهش می دهد.
عملکرد در دماهای مختلف: این صفحات در محدوده دمایی ۴۰- تا ۸۵ درجه سانتی گراد عملکرد مناسبی دارند.
 قیمت مناسب: به دلیل نداشتن قطعات متحرک، قیمت این فلومترها پایین تر است.
معایب:
افت فشار و تلاطم: اوریفیس ها به دلیل ایجاد مانع در مسیر جریان، افت فشار و تلاطم نسبتا زیادی ایجاد می کنند.
عدم کاربرد در صنعت آب و فاضلاب: این نوع دبی سنج ها در صنعت آب و فاضلاب کاربرد ندارند.
تأثیر عوامل محیطی: دقت اندازه گیری اوریفیس ها تحت تأثیر تغییرات چگالی، چسبندگی و دمای سیال قرار می گیرد.
 نیاز به کالیبراسیون دوره ای: فلومترهای اوریفیس باید به صورت دوره ای بررسی و کالیبره شوند.

دقت اندازه گیری اوریفیس پلیت

دقت اندازه گیری اوریفیس پلیت به کیفیت و نحوه نصب آن، همچنین دقت محاسبات و شرایط خود صفحه بستگی دارد. دقت اندازه گیری معمولاً بین 2 تا 5 درصد است و برای تمامی سایزها قابل استفاده می باشد، اما برای سایزهای بزرگ به صرفه تر است. در پایپ های با قطر بیش از 24 اینچ، اوریفیس به جای فلنج بر روی پایپ نصب می شود. تا قطر لوله 24 اینچ می توان از اوریفیس پلیت استفاده کرد، اما برای قطرهای بزرگتر، میزان خطای اندازه گیری افزایش می یابد، هرچند با استفاده از تجهیزات مناسب می توان این خطا را کاهش داد. نسبت Turn Down در فلومترهای اوریفیس بین 1:3 تا 1:5 است.

پارامترهای مهم در انتخاب اوریفیس پلیت

با توجه به اهمیت کنترل دبی سیال در صنایع فرآیندی، انواع مختلفی از فلومترها با مکانیزم و متریال های گوناگون طراحی و تولید می شوند. در انتخاب اوریفیس پلیت مناسب، عوامل زیر باید مد نظر قرار گیرند:
 متریال ساخت: اوریفیس ها از متریال های مختلفی مانند استنلس استیل تولید می شوند. متریال هایی که در دما و فشارهای بالا کاربرد دارند، معمولاً قیمت بالاتری دارند.
سایز اوریفیس: سایز اوریفیس پلیت بر اساس ضریب بتا محاسبه می شود. اوریفیس ها در سایزهای مختلف تولید می شوند و اوریفیس های بزرگ تر معمولاً قیمت بالاتری دارند.
 نوع سیال: انتخاب نوع اوریفیس پلیت بستگی به نوع سیال فرآیندی دارد. در سیالات ویسکوز و سنگین که دارای ذرات جامد هستند، ممکن است ذرات در محل نصب اوریفیس ته نشین شوند و با گذشت زمان قطر لوله را کاهش دهند. در این موارد، استفاده از اوریفیس های خارج از مرکز، نیم دایره ای یا اوریفیس هایی با سوراخ کوچکتر در زیر سوراخ اصلی توصیه می شود.