مقدمه:
کنتور گاز ابزاری حیاتی در شبکه گازرسانی است که برای اندازهگیری حجم گاز مصرفشده در واحدهای خانگی و صنعتی طراحی شده است. بسته به نوع کاربرد، فشار، دبی و ویژگیهای سیال، از انواع مختلفی از کنتور گاز استفاده میشود. در این مقاله به بررسی کامل و تخصصی انواع کنتور گاز، از جمله کنتورهای توربینی، دیافراگمی، روتاری، اوریفیس، کوریولیس، حرارتی و آلتراسونیک میپردازیم.
[ez-toc]
خلاصه:
1. دستهبندی کنتورهای گاز
کنتورهای گاز بسته به نوع مصرف به دو دسته کلی تقسیم میشوند:
-
کنتور گاز خانگی: برای مصارف مسکونی، فشار پایین و حجم جریان کم
-
کنتور گاز صنعتی: برای مصارف سنگین، فشار بالا و اندازهگیری دقیق جریان در صنایع
2. کنتور گاز توربینی
کنتورهای توربینی از یک پره یا توربین کوچک برای اندازهگیری سرعت عبور گاز استفاده میکنند. سرعت چرخش توربین با دبی جریان گاز متناسب است. این کنتورها دقت خوبی دارند ولی در فشارهای بسیار پایین و دبی کم، عملکرد ضعیفی دارند.
3. کنتور گاز اوریفیس
کنتور اوریفیس یکی از انواع کنتورهای دیفرانسیلی است که جریان را با ایجاد اختلاف فشار قبل و بعد از یک صفحه اندازهگیری میکند. این کنتور فاقد قطعات متحرک بوده و هزینه نگهداری کمی دارد، اما برای حجمهای بسیار بالا مناسب نیست.
4. کنتور گاز کوریولیس
کنتورهای کوریولیس از طریق نیروی کوریولیس و اندازهگیری تفاوت فاز ارتعاشی در دو طرف لوله، دبی جرمی گاز را با دقت بسیار بالا اندازهگیری میکنند. این کنتورها برای گازهای خشک، تمیز و در شرایط صنعتی حساس کاربرد دارند و به دلیل دقت بالا در صنایع گاز و پتروشیمی بسیار محبوب هستند.
5. کنتور جابجایی مثبت (PD)
این کنتورها جریان گاز را به قسمتهای کوچکتر تقسیم کرده و حجم را مستقیماً اندازهگیری میکنند. با هر چرخش مکانیکی، یک حجم مشخص از گاز جابجا میشود. این نوع از کنتورها معمولاً در گازهای خشک و تمیز عملکرد بهتری دارند.
6. کنتور گاز دیافراگمی
رایجترین کنتور در خانههاست. در این مدل از دیافراگمهای داخلی برای پر و خالی شدن محفظهها استفاده میشود و از این طریق حجم گاز اندازهگیری میشود. در انواع جدیدتر، خروجی دیجیتال نیز فراهم شده است.
7. کنتور گاز روتاری
در این کنتور، دو روتور با حرکت همزمان مقدار مشخصی از گاز را جابجا میکنند. دقت این کنتورها بیشتر از دیافراگمی است و برای حجمها و فشارهای بالاتر استفاده میشوند. امکان تولید پالس الکتریکی برای سیستمهای دیجیتال نیز وجود دارد.
8. کنتورهای جرمی حرارتی
این نوع کنتورها بر اساس تغییرات دمایی ناشی از عبور گاز عمل میکنند. دقت بالا، تکرارپذیری خوب، عدم وجود قطعات متحرک و افت فشار کم از مزایای آنها است. برای پایش آنلاین مصرف انرژی و مدیریت دقیق کاربرد دارند.
9. کنتور گاز آلتراسونیک (فراصوتی)
پیشرفتهترین نوع کنتور گاز است که از زمان انتقال پالسهای صوتی برای اندازهگیری دبی استفاده میکند. دقت فوقالعاده، نبود قطعات مکانیکی، عدم افت فشار و قابلیت اندازهگیری در فشارهای بالا از ویژگیهای آن است. در خطوط انتقال گاز کاربرد دارد، اما قیمت بالایی دارد و به گاز خشک نیازمند است.
کنتور گاز حجم گاز مصرفی را اندازه میگیرد، اما با توجه به حجم و شدت گاز مصرفی یک واحد، ممکن است ساختار آنها برای اندازه گیری دقیقتر با یکدیگر متفاوت باشد. ولی در نهایت هدف همه آنها اندازهگیری مصرف گاز است.
کنتور گاز در شبکه گازرسانی، از نظر کاربرد به ۲ دسته تقسیم میشوند:
- کنتورهای گاز خانگی
- کنتور های گاز صنعتی
هر کنتور گاز طبیعی مزایای خاص خود را دارد و در کاربردهای مختلف، چه در توزیع گاز (کنتور گاز خانگی تا کاربردهای پرفشار) تا مصارف صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد.
کنتور گاز توربینی
از نظر فنی انواع کنتور های گاز توربینی حجم گاز را از طریق سرعت گاز عبوری از داخل کنتور محاسبه میکنند. طبیعی است که به دلیل اینکه اندازهگیری حجم گاز با توربین، بسیار مهم است که شرایط جریانی خوبی را در مسیر انتقال گاز داشته باشیم.
نحوه کار کنتور گاز توربینی بدین صورت است که در داخل کنتور گاز توربینی یک توربین کوچک داخلی قرار داده شده است که نقش قلب کنتور را ایفا می کند. این توربین کوچک سرعت گاز عبوری از کنتور را به دقت اندازه میگیرد و اطلاعات حاصل از عبور جریان گاز را به صورت مکانیکی و یا الکتریکی به واحد شمارنده ارسال می کند. توربینها اختلالی در عبور جریان گاز ایجاد نمیکنند. اما در عین حال محدودیتهایی نیز در اندازهگیری دبیهای کم گاز و همچنین فشارهای پایین دارند.
کنتور گاز اوریفیس
داخل انواع کنتور گاز اوریفیس یک خط لوله مستقیم وجود دارد که دقیقا به عنوان صفحه اوریفیس که موجب افت فشار می شود، شناخته می شود. کنتور اوریفیس به دلیل ساختار خاص خودش تا حد نسبتاً زیادی بر روی جریان اثر می گذارد.
از نظر فنی کنتورهای اوریفیس یک مدل از کنتورهای دیفرانسیلی می باشند که میتوانند میزان جریان گاز را با اندازه گیری اختلاف فشار بین جریان طراحی شده و جریان آشفته داخل اتصالات، محاسبه کنند. توجه داشته باشد که برای محاسبهی دقیق جریان فشار استاتیک گاز؛ چگالی، گرانروی و دما باید علاوه بر فشار دیفرانسیلی کنتور اندازه گیری و محاسبه شود.
یک نکته بسیار مهم این است که کنتورهای اوریفیس نمیتوانند حجم های بالای جریان گاز را کنترل و محاسبه کنند، اما به دلیل نداشتن قطعات متحرک و ساختار ساده و همچنین کاربرد آسان آنها، در صنعت بسیار کاربردی می باشند.
کنتور گاز کوریولیس
کنتور گاز کوریولیس دارای یک یا چند لوله با جابجایی طولی یا محور میباشد که برای به لرزه درآوردن فرکانس رزونانس استفاده میشوند. نکته مهم اینجاست که این کنتورها به واسطه ساختار بسیار ساده هم برای گازها و هم برای مایعات به کار میروند و در هر دو مورد نیز دقت بسیار خوب و مناسبی را دارند.
از نظر فنی زمانی که جریان سیال آرام می باشد، هر دو قسمت بالادست و پایین دست با جا به جایی در فاز، یکدیگر را به لرزه در می آورند و ایجاد ارتعاش مینمایند. در ادامه فرکانس این ارتعاش با چگالی لوله (شامل محتویات آن) اندازهگیری میشود.
توجه داشته باشید که این کار اجازه میدهد که کنتور، چگالی جریان گاز را در زمان واقعی محاسبه کند که در نوع خودش بسیار جالب توجه است. البته همه این محاسبات با پیش فرض این که سیال در داخل لوله ها جریان داشته باشد، انجام میشود. در نتیجه این ارتعاشات نیروی کوریولیس ایجاد میشود که در نتیجه رابطه بین تفاوت فاز در ارتعاش های بخش بالادست و پایین دست و همچنین دبی جریان جرمی سیال موجود در لوله را نشان میدهد.
توجه داشته باشید که در داخل کنتور کوریولیس تنها اجزای فیزیکی قرار ندارد و در کنار مکانیزمهای کنتور کوریولیس، باید قطعاتی مانند اکچویتور، سنسور و المانهای الکترونیکی جهت انجام محاسبات نیز در کنتور باید تعبیه شود.
به همین دلیل انواع کنتور گاز کوریولیس ساختاری بسیار ویژه و دقیق پیدا می کند. به لطف این طراحی مبتکرانه کنتورهای کوریولیس می توانند طیف گسترده ای از دبی جریان را برای واحد مصرفی تامین کنند و در کنار این مورد کنتورهای کوریولیس توانایی منحصر به فردی جهت خروجی جریان جرمی دارد که در اثر همه این امتیازات، کنتور کوریولیسی در حال حاضر بالاترین دقت اندازه گیری جریان جرمی را بین همتایان خودش دارا می باشد.
از آن جا که این کنتور چگالی جریان را اندازه می گیرد، می تواند با کمک آن به میزان دبی جریان گاز در شرایط جریانی پی برد. انجمن گازی آمریکا دستورالعمل هایی را برای دستیابی به نتایج مناسب در هنگام اندازه گیری گاز طبیعی با یک کنتور کوریولیس فراهم کرده است.
کنتور جابجایی مثبت (PD)
کنتورهای جابجایی مثبت، کنتورهای اندازه گیری مستقیم هستند و یک فناوری سنتی محسوب میشوند. این کنتورها بر اساس اصل جریان حجمی با برش دادن جریان گاز به بخش های خاصی عمل میکنند که با چرخش کنتور پر و خالی می شوند (جابجا می شوند). هر دور با حجم خاصی همراه است و کنتور بر حسب فوت مکعب (یا متر مکعب) خوانده میشود. کنتورهای جابجایی مثبت دارای دقت کافی و چرخش بالا هستند. با این حال، آنها دارای قطعات متحرک هستند، بنابراین گاز مرطوب و گاز کثیف هنگام استفاده از آنها مشکلساز است.
کنتور دیافراگمی
این مدل کنتور یکی از رایجترین انواع کنتورهای گاز خانگی میباشد. این کنتور ساختاری ساده و معمولی دارد. کنتور گاز دیافراگمی در بسیاری از صنایع کوچک و مناطق مسکونی نیز نصب و مورد استفاده قرار میگیرد. از نظر ساختاری و فنی، در کنتور گاز دیافراگمی، دو یا چند محفظه با دیافراگمهای محرک قرار داده میشود.
نحوه کار کنتور گاز دیافراگمی بدین صورت است که این کنتور با ساختار خودش جریان گاز را از طریق شیرهای داخلی به سمت محفظه ها هدایت میکند. با این کار محفظه ها به طور متناوب از گاز پر و خالی میشوند و این اتفاق باعث تولید یک جریان دائم در قلب کنتور می گردد. حال هرچه دیافراگم ها باز تر شوند، حرکت خطی آنها نیز بیشتر خواهد شد.
در ادامه اهرمهای متصل به میل لنگ حرکت خطی دیافراگم ها را به حرکت چرخشی تبدیل میکند، که این حرکت چرخشی عنصر اصلی برای نشان دادن جریان است. حال اگر جریانی در کنتور وجود داشته باشد، یک شفت به واسطه مکانیزم میل لنگی بعد از دیافراگم به حرکت در خواهد آمد. این شفت متحرک میتواند مکانیزم شمارش را ایجاد کند و با همین مکانیزم حجم مصرفی گاز اندازه گیری خواهد شد. در موارد پیشرفته تر این مکانیزم پالس های الکتریکی را برای کامپیوتر تولید میکند تا کنتور به صورت دیجیتال مصرف گاز را اندازه بگیرد.
در شکل زیر نمونهای از کنتور دیافراگمی نشان داده شده است.
کنتور گاز روتاری
کنتور گاز روتاری از جمله دستگاههای اندازهگیری است که با هدف دقت نسبتاٌ بالا ساخته شده است. اگر کنتورهای دیافراگمی پاسخگوی فشار و حجم مورد نظر نباشند، میتوان از کنتور های روتاری استفاده کرد. چرا که کنتورهای گاز روتاری قابلیت اندازهگیری حجم و فشار بیشتری را نسبت به کنتورهای دیافراگمی دارند.
از نظر ساختاری در داخل کنتور روتاری دو شکل شبیه علامت بی نهایت وجود دارد که مربوط به روتورها میباشد. این روتورها به عنوان پروانه یا پیستون ساخته میشوند و همراه با جریان گاز در تراز بسیار دقیقی شروع به چرخش میکنند. در هر چرخش ناشی از جریان گاز، روتورها مقدار گاز مشخصی را از کنتور عبور میدهند. در حقیقت حرکت چرخشی به عنوان عنصر اصلی جریان عمل میکند و به همین واسطه میتواند پالس های الکتریکی را تولید کند و یا اینکه از طریق چرخاندن یک شفت، مکانیزم شمارش را برای احتساب گاز مصرفی پیادهسازی کند.
در شکل زیر نمونهای از کنتور چرخشی شرکت الستر نشان داده شده است.
کنتورهای جرمی حرارتی
دبی جرمسنج حرارتی ابزاری است که به طور مستقیم جریان جرم گاز را در بسیاری از کاربردهای صنعتی اندازهگیری میکند تا کارایی فرآیند را بهبود ببخشد و انرژی را حفظ کند. این نوع از کنتورها تکرارپذیری عالی و بدون قطعات متحرک هستند. آنها افت فشار پایینی دارند و می توانند دماهای بالا را تحمل کنند. نمونهای از دبیسنج جرمی حرارتی در شکل زیر نشان داده شده است.
کنتور گاز آلتراسونیک (فراصوتی)
کنتورهای گاز التراسونیک یا همان فراصوتی بسیار پیچیدهتر از کنتورهای صرفاً مکانیکی هستند و ساختار پیچیدهتری نسبت به آنها دارند. دلیل این پیچیدگی هم این است که انواع کنتورهای التراسونیک نیاز به پردازش و محاسبات دقیق سیگنالها برای اندازهگیری میزان گاز مصرفی دارند.
نحوه کار کنتور آلتراسونیک به این صورت است که سرعت حرکت گاز را با اندازهگیری سرعت حرکت صوت از محیط گازی درون لوله محاسبه میکنند. این کنتور زمانی که پالس به مبدل می رسد صدایی را تولید میکند و مدت زمان موردنیاز برای این که سنسور پالس صوتی تولیدی را دریافت کند، محاسبه میشود.
در ادامه میتوان از طریق روابط و فرمول های ویژه، میزان حجم گاز عبوری از لوله را به دست آورد. در انواع کنتور گاز التراسونیک ابتدا سرعت صوت را محاسبه میکند و از روی سرعت صوت، سرعت گاز را حساب می کند و در نهایت هم از روی سرعت گاز، حجم گاز مصرفی به سادگی محاسبه می شود. کنتورهای آلتراسونیک گران قیمت هستند و این یک نقطه ضعف برای آنها به حساب می آید، ولی دقت بالای آنها این ضعف را تا حدی پوشش میدهد.
البته یکی از شروط دقت بالای آنها خشک بودن کامل سیال و عدم وجود مایعات در لوله است. به همین دلیل آن ها عمدتاً در مکان هایی با دبی و فشار بالا همانند خطوط انتقال و یا جایی که گاز همیشه خشک میباشد؛ استفاده میشوند.
باید توجه داشته باشید که دقت در این مرحله بسیار اهمیت دارد، چرا که کمی بی دقتی خطرات بسیار زیاد و خسارات جبرانناپذیر بسیاری را به همراه خواهد داشت. نسبت خرابی انواع کنتورهای گاز آلتراسونیک معمولاً بیشتر از انواع کنتور گازهای دیگر است و این خرابیها بیشتر ناشی از ساختار حساس آنها میباشد. اما از طرفی صحت و کیفیت کنتور گاز آلتراسونیک بسیار بیشتر از کنتورهای معمولی و توربینی است. البته انواع ارزان قیمت کنتور آلتراسونیک نیز در بازار موجود هستند که به عنوان کنتور جریان کلمپدار در دسترس مصرف کنندگان قرار گرفته اند.
این کنتورها میتوانند برای اندازه گیری جریان در هر قطری از لوله بدون نیاز به اصلاح لولهها استفاده شوند. در شکل زیر نمونهای از کنتور گاز آلتراسونیک نمایش داده شده است.
جمعبندی و نتیجهگیری
کنتورهای گاز بسته به نیاز مصرفکننده، شرایط فشار، دبی و دقت مورد نیاز، در انواع مختلفی تولید و استفاده میشوند. انتخاب صحیح کنتور، نه تنها باعث صرفهجویی اقتصادی میشود بلکه ایمنی و کارایی شبکه گازرسانی را نیز افزایش میدهد. در پروژههای صنعتی، کنتورهای التراسونیک، کوریولیس و روتاری بیشتر استفاده میشوند؛ در حالی که کنتورهای دیافراگمی و جابجایی مثبت در مصارف خانگی و نیمهصنعتی رایج هستند.
سوالات متداول
کنتور گاز دیافراگمی برای چه کاربردهایی مناسب است؟
برای مصارف خانگی و فشار پایین مناسب است، دارای دقت کافی برای اندازهگیری گاز مصرفی روزمره است.
دقت کدام نوع کنتور گاز بالاتر است؟
کنتور کوریولیس بالاترین دقت را در اندازهگیری دبی جرمی دارد.
کدام کنتورها برای اندازهگیری در خطوط انتقال مناسباند؟
کنتورهای آلتراسونیک و روتاری بهترین عملکرد را در شرایط فشار و دبی بالا دارند.
آیا کنتورهای آلتراسونیک نیاز به تماس مستقیم با گاز دارند؟
خیر، برخی مدلها (مانند clamp-on) بدون تماس مستقیم نیز کار میکنند.
