مقایسه فلومتر کوریولیس، مگنتیک و ورتکس
کدام فلومتر انتخاب مناسبی برای فرایند شماست؟

انتخاب فلومتر مناسب نقش بسیار مهمی در دقت اندازه‌گیری، پایداری کنترل فرایند و بهینه‌سازی هزینه‌های عملیاتی دارد. استفاده از فلومتر نامناسب می‌تواند منجر به خطای اندازه‌گیری، افزایش مصرف انرژی، هزینه‌های نگهداری بالا و در مواردی اختلال در عملکرد فرایند شود. به همین دلیل، آشنایی دقیق با فناوری‌های مختلف اندازه‌گیری جریان و انتخاب صحیح آن‌ها، برای مهندسان و کارشناسان صنعتی امری ضروری است.
در میان انواع فلومترهای صنعتی، فلومتر کوریولیس، فلومتر الکترومغناطیسی و فلومتر ورتکس از رایج‌ترین و پرکاربردترین گزینه‌ها در صنایع فرایندی به شمار می‌روند. هر یک از این فلومترها بر اساس اصول فیزیکی متفاوتی عمل می‌کنند و در شرایط مشخصی بهترین عملکرد را ارائه می‌دهند. در این مقاله تلاش شده است با رویکردی کاربردی و مقایسه‌ای، نقاط قوت، محدودیت‌ها و موارد استفاده هر یک از این سه فناوری بررسی شود تا انتخاب فلومتر متناسب با شرایط واقعی فرایند آسان‌تر گردد.

فلومتر کوریولیس چیست و چه کاربردی دارد؟

فلومتر کوریولیس یکی از دقیق‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری جریان در صنعت محسوب می‌شود و به‌صورت مستقیم دبی جرمی سیال را اندازه‌گیری می‌کند. اساس عملکرد این فلومتر بر ایجاد ارتعاش کنترل‌شده در لوله اندازه‌گیری و تحلیل تغییر فاز ناشی از عبور سیال است. این تغییر فاز با جرم سیال عبوری رابطه مستقیم دارد و امکان اندازه‌گیری بسیار دقیق جریان جرمی را فراهم می‌سازد.
یکی از مهم‌ترین مزایای فلومتر کوریولیس، عدم وابستگی به خواص فیزیکی سیال مانند چگالی، ویسکوزیته، فشار و دما است. به همین دلیل، این فلومتر در کاربردهایی که دقت بالا اهمیت ویژه‌ای دارد، مانند صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، صنایع غذایی و دارویی، گزینه‌ای ایده‌آل به شمار می‌رود. علاوه بر دبی جرمی، فلومترهای کوریولیس معمولاً قابلیت اندازه‌گیری چگالی و دما را نیز دارند که اطلاعات ارزشمندی برای کنترل فرایند فراهم می‌کند.
در مقابل، هزینه اولیه بالاتر، وزن نسبتاً زیاد و محدودیت در سایزهای بزرگ از جمله نکاتی است که در زمان انتخاب فلومتر کوریولیس باید مورد توجه قرار گیرد. از این رو، استفاده از این نوع فلومتر زمانی توجیه‌پذیر است که دقت اندازه‌گیری در اولویت بالاتری نسبت به هزینه قرار داشته باشد.

فلومتر الکترومغناطیسی (Magnetic Flowmeter) چیست و چه زمانی انتخاب مناسبی است؟

فلومتر الکترومغناطیسی که با نام فلومتر مگنتیک نیز شناخته می‌شود، بر اساس قانون القای فارادی کار می‌کند. در این نوع فلومتر، با عبور سیال رسانا از یک میدان مغناطیسی، ولتاژی در الکترودهای نصب‌شده روی بدنه لوله ایجاد می‌شود که مقدار آن متناسب با سرعت و دبی سیال است. این ولتاژ به سیگنال الکتریکی تبدیل شده و برای محاسبه دبی حجمی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شرط اصلی استفاده از فلومتر مگنتیک، رسانا بودن سیال است. به همین دلیل، این فلومتر برای اندازه‌گیری جریان مایعاتی مانند آب، فاضلاب، دوغاب‌ها، اسیدها و محلول‌های شیمیایی عملکرد بسیار مناسبی دارد، اما برای گازها، بخار و سیالات غیررسانا قابل استفاده نیست.
از مهم‌ترین مزایای فلومتر الکترومغناطیسی می‌توان به عدم وجود مانع در مسیر جریان اشاره کرد. در این فلومتر هیچ قطعه‌ای در تماس مستقیم و مزاحم جریان قرار ندارد، در نتیجه افت فشار ناچیز بوده و احتمال سایش یا گرفتگی تقریباً وجود ندارد. همین ویژگی باعث شده است فلومترهای مگنتیک انتخابی ایده‌آل برای سیالات کثیف، خورنده یا دارای ذرات جامد باشند.
در مقابل، وابستگی عملکرد فلومتر مگنتیک به هدایت الکتریکی سیال، یکی از محدودیت‌های اصلی آن محسوب می‌شود. همچنین این فلومترها برای کاربردهای دمای بسیار بالا یا اندازه‌گیری بخار مناسب نیستند. از نظر دقت، فلومترهای مگنتیک دقت بسیار خوبی در اندازه‌گیری دبی حجمی ارائه می‌دهند، اما در کاربردهایی که اندازه‌گیری دبی جرمی یا دقت بسیار بالا مورد نیاز است، معمولاً فلومتر کوریولیس گزینه مناسب‌تری خواهد بود.

فلومتر ورتکس (Vortex Flowmeter) چیست و در چه کاربردهایی برتری دارد؟

فلومتر ورتکس یا فلومتر گردابی یکی از ابزارهای متداول اندازه‌گیری جریان است که عملکرد آن بر پایه ایجاد و آشکارسازی گردابه‌های متناوب در جریان سیال است. در این نوع فلومتر، یک مانع ثابت با شکل آیرودینامیکی مشخص در مسیر عبور سیال قرار می‌گیرد. با عبور سیال از کنار این مانع، گردابه‌هایی در پایین‌دست آن تشکیل می‌شود که فرکانس ایجاد آن‌ها با سرعت و دبی سیال رابطه مستقیم دارد.
سنسور فلومتر ورتکس این فرکانس را اندازه‌گیری کرده و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. به دلیل پایداری این پدیده فیزیکی، فلومترهای ورتکس در شرایط فرایندی پایدار، دقت قابل قبولی ارائه می‌دهند و به‌ویژه برای اندازه‌گیری جریان گازها و بخار گزینه‌ای بسیار مناسب محسوب می‌شوند. به همین دلیل، این فلومترها کاربرد گسترده‌ای در نیروگاه‌ها، صنایع نفت و گاز و واحدهای تولید بخار دارند.
یکی از مزایای مهم فلومتر ورتکس، عدم وابستگی شدید به خواص فیزیکی سیال مانند چگالی و ویسکوزیته در بازه‌های کاری مشخص است. همچنین طراحی ساده و عدم وجود قطعات متحرک، باعث کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری می‌شود. در مقایسه با فلومترهای اختلاف فشاری، افت فشار در فلومترهای ورتکس کمتر بوده و هزینه‌های بهره‌برداری پایین‌تری دارند.
با این حال، فلومتر ورتکس برای اندازه‌گیری جریان در دبی‌های بسیار پایین یا سیالات با عدد رینولدز کم گزینه مناسبی نیست. همچنین وجود لرزش‌های مکانیکی در خط لوله می‌تواند بر دقت اندازه‌گیری تأثیرگذار باشد، هرچند در مدل‌های صنعتی جدید این اثر تا حد زیادی کنترل شده است. به‌طور کلی، زمانی که اندازه‌گیری جریان بخار یا گاز با دقت مناسب و هزینه منطقی مدنظر باشد، فلومتر ورتکس انتخابی قابل اتکا به شمار می‌رود.

مقایسه فنی فلومتر کوریولیس، مگنتیک و ورتکس از نظر عملکرد و کاربرد

مهندسان ابزار دقیق هنگام انتخاب فلومتر، معمولاً چند معیار اصلی را بررسی می‌کنند؛ دقت اندازه‌گیری، نوع سیال، شرایط فرایندی، هزینه نصب و هزینه نگهداری. هر یک از فلومترهای کوریولیس، مگنتیک و ورتکس در این معیارها عملکرد متفاوتی ارائه می‌دهند و همین تفاوت‌ها، محدوده کاربرد آن‌ها را مشخص می‌کند.

دقت اندازه‌گیری

فلومتر کوریولیس بالاترین دقت را در بین این سه فناوری ارائه می‌دهد و دبی جرمی را به‌صورت مستقیم اندازه‌گیری می‌کند. این فلومتر حتی در شرایط تغییر چگالی یا دما، دقت خود را حفظ می‌کند.
فلومتر مگنتیک دقت بالایی در اندازه‌گیری دبی حجمی مایعات رسانا دارد و در کاربردهای آب و فاضلاب عملکرد بسیار قابل‌اعتمادی نشان می‌دهد.
فلومتر ورتکس دقت مناسبی برای گازها و بخار فراهم می‌کند، اما در دبی‌های بسیار پایین عملکرد آن کاهش پیدا می‌کند.

نوع سیال قابل اندازه‌گیری

• فلومتر کوریولیس امکان اندازه‌گیری مایعات، گازها و حتی دوغاب‌ها را فراهم می‌کند و از این نظر انعطاف‌پذیری بالایی دارد.

• در مقابل، فلومتر مگنتیک فقط با سیالات رسانا کار می‌کند و برای اندازه‌گیری گازها و بخار قابل استفاده نیست.

• از نظر عملکرد در اندازه‌گیری گاز و بخار، فلومتر ورتکس نسبت به دو گزینه دیگر عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهد.

وابستگی به خواص سیال

• در فلومتر کوریولیس وابستگی به خواص فیزیکی سیال حداقل بوده و تغییرات چگالی یا ویسکوزیته تأثیر محسوسی بر عملکرد آن ندارد.

• در مورد فلومتر مگنتیک دقت اندازه‌گیری به هدایت الکتریکی سیال وابسته است و با کاهش رسانایی، افت دقت مشاهده می‌شود.

• برای فلومتر ورتکس حساسیت به عدد رینولدز مطرح بوده و این نوع فلومتر در جریان‌های پایدار با سرعت مناسب بهترین عملکرد را دارد.

افت فشار

• به دلیل نبود مانع در مسیر جریان، فلومتر مگنتیک افت فشار ناچیزی ایجاد می‌کند.

• در فلومتر کوریولیس افت فشار ایجادشده محدود بوده و معمولاً در محدوده قابل‌قبول قرار دارد.

• از آن‌جا که مانعی در مسیر سیال فلومتر ورتکس وجود دارد، افت فشار آن نسبت به نوع مگنتیک بیشتر است، اما همچنان در مقایسه با فلومترهای اریفیس گزینه‌ای اقتصادی‌تر محسوب می‌شود.

هزینه خرید و نگهداری

• از نظر هزینه اولیه، فلومتر کوریولیس گران‌ترین گزینه است، اما دقت بالای آن در کاربردهای حساس این هزینه را توجیه می‌کند.

• در مقابل، فلومتر مگنتیک هزینه‌ای متعادل دارد و به‌دلیل نداشتن قطعات متحرک، هزینه‌های نگهداری آن پایین است.

• به‌عنوان یک گزینه اقتصادی، فلومتر ورتکس برای اندازه‌گیری گاز و بخار انتخاب مناسبی بوده و هزینه نگهداری قابل‌قبولی دارد.