روش‌های اندازه‌گیری پارامتر‌های مخازن سوخت

واضح آرشیو وب فارسی:سایت دانلود رایگان: این مقاله مقدمه ای بر اندازه گیری شرایط داخل مخزن و چگونگی و مکان استفاده از آن می باشد . دامنه وسیعی از ابزارهای اندازه گیری در این رابطه وجود دارد. از آنجایی که هر اصل اندازه گیری فواید خاص خود را دارد، تکنیک های به کار گرفته شده بیش از اینکه رقابتی باشند تکمیل کننده یکدیگرمی باشند . روشهای اندازه گیری Servo و رادار در این زمینه پیشرفت زیادی کرده اند.
● اندازه گیری مخزن چیست؟
اندازه گیری شرایط مخازن، مفهوم کلی برای برآورد مقدار استاتیک محصولات مایع در مخازن ذخیره حجم است.
▪ سیستمهای اندازه گیری شرایط مخازن بر دو اساس طبقه بندی می گردند :
ـ سیستم اندازه گیری مخزن بر اساس حجم . )volume based( برآورد مقدار بر اساس اندازه گیری سطح و اندازه گیری درجه حرارت
ـ سیستم اندازه گیری مخزن بر اساس مقدار جرم. برآورد مقدار بر اساس فشار هیدرواستاتیک اندازه گیری ستون مایع
ـ نیازهای کلی برای سیستم اندازه گیری مخزن
ـ ایمنی
ـ دقت و تکرار پذیری
ـ قابلیت اطمینان و مورد استفاده بودن
ـ سازگاری با شرایط کار
ـ قابلیت های ثابت
ـ قابلیت کاربری آسان
ـ نیاز کمتر به تعمیرات و نگهداری
ـ توسعه دادن راحت
● کنترل موجودی
کنترل موجودی یکی از مهم ترین ابزارهای مدیریتی برای هر پالایشگاه، ترمینال و انبار های نفت می باشد .کنترل موجودی مخزن یا بر اساس حجم است یا جرم. هر چند که نه حجم و نه جرم، تنها راهکار برای کنترل دقیق و کامل موجودی نیستند. محصولات دریافت شده، انتقال محصول داخلی ومحصولات تحویل داده شده پالایشگاه ها، کارخانه های مواد شیمیایی و ترمینالها در واحد های حجمی یا جرم ای اندازه گیری می شود. تبدیل حجم به جرم یا بالعکس اغلب انجام میشود و بدین ترتیب تمام پارامترهای اندازه گیری مانند میزان محصول، درصد آب موجود در محصول ، چگالی و اندازه گیری حرارت به یک میزان مهم هستند.
● اندازه گیری به روش Servo
اندازه گیری مخزن به روش Servo نسبت به روشهای مکانیکی متحرک رایج، پیشرفت زیادی کرده است. در این روش ، جابجا کننده با یک شناور )displacer( کوچک جایگزین می شود که این شناور با یک سیم انعطاف پذیر محکم، متصل شده است. اندازه گیری های Servo به جای موتور فنری از موتور Servo الکتریکی برای بالا بردن وپایین آوردن شناور استفاده می کند. یک سیستم سنجش هوشمند به طور منظم وزن و خاصیت شناوری شناور را اندازه گیری می کند و سیستم Servo را کنترل می کند. موتور، همچنین فرستنده داخلی را به حرکت درمی آورد. اصطکاک مکانیکی در سیستم Servo، فرستنده، نمایشگر و سوئیچ های آلارم ، هیچ تاثیری روی حساسیت و دقت اندازه گیری ندارد. جریان متلاطم نیز تاثیر مستقیم ندارد. یک ادغام کننده )integrator( در سیستم کنترل مکانیسم، تاثیرات حرکات ناگهانی محصول را خنثی می کند. اندازه گیری نه تنها در شرایط متلاطم، سطح میانگین را ارائه می دهد بلکه حرکات غیر ضروری را حذف می کند و استهلاک را کاهش و عمر مفید وسیله را افزایش می دهد. این اندازه گیری ها همچنین قدرت زیادی برای پردازش اطلاعات دارند. Servo فقط سطح مایع را اندازه نمی گیرد بلکه این قابلیت را دارد که سطح فراورده و چگالی محصول را نیز اندازه گیری کنند. دقتی بیشتر از ۱ (mm ۱۶/۱)inch روی ۴۰ m ۱۲۵ft را می توان با این سیستم به دست آورد. دقت فوق العاده و قابلیت اطمینان بالای اندازه گیری و انتقال مورد تایید Measurment ِ Weights و Excise authorities ِ Customs در بسیاری از کشورها می باشد.
● مقدمه ای در مورد سیستم راداری
رادار مخفف کلمات تشخیص رادیویی و مسافت یابی است و از اواخر دهه ۱۹۳۰ عرضه گردیده است. در این مرحله از رادار به عنوان وسیله ای برای تخمین زدن مسافت استفاده شده و تنها در موارد نظامی به کار می رفته است . از آن زمان به بعد رادار علاوه بر کاربردهای نظامی در حوزه های زیادی نیز به کار گرفته شده که شامل کنترل ترافیک هوایی، اندازه گیری مسافت در بندرگاه، اندازه گیری سرعت اتومبیل و اندازه گیری سطح مخزن می باشد. هدف از این مقاله آن است که اولا نشان دهد چطور از تکنولوژی رادار برای اندازه گیری سطح مخزن استفاده می شود و ثانیا اطلاعات کافی را برای خواننده فراهم آورد تا بتواند در مورد بعضی از ادعاهای تولید کنند گان اندازه گیری سطح رادار تصمیم آگاهانه ای بگیرد.
● موج رادار یا میکروویو چیست؟
زمانی که یک صفحه شارژ شده در یک مسافتی دورتر از یک صفحه دیگر قرار می گیرد یک میدان الکتریکی بین دو صفحه بوجود می آید اگر شارژ روی صفحه به مرور زمان به شکلی سینوسی تغییر کند آنگاه طبق قانون دوم ماکسول یک میدان مغناطیسی به وجود می آید که عمود به میدان الکتریکی است. نتیجه این، موج رادار است که با سرعت نور منتقل می شود. (در خلاء) سرعت انتقال واقعی موج رادار به نوع موجبر wave guide که به کار می رود و سطحی که موج از میان آن یا طریق آن عبور می کند بستگی دارد. موج زمانی که به یک سطح متفاوت (با ثابت دی الکتریک) منتقل می شود، منعکس می شود. هر چه که تفاوت در ثابت دی الکتریک ۱ بین دو سطح بیشتر باشد، میزان انعکاس هم بیشتر می شود. از آنجا که یک موج راداری، الکترومغناطیس است، تحت تاثیر میدان های الکتریکی و مغناطیسی و همینطور اشیاء فلزی یا دیگر اشیاءی که به لحاظ الکتریکی شارژ شده اند، مانند مولکول با گشتاور دو قطبی قرار می گیرد.
سیستم رادار شامل قسمتهای زیر می شود:

هر چه مقدار ثابت دی الکتریک بیشتر شود، سیگنال های الکترومگغناطیس کندتر حرکت می کنند.

● انواع آنتن ها
آنتنها به دو دسته تقسیم می شوند : آنتن های تکfeeders و آنتن های با چند .feeders
در آنتن تغذیه تک feeders فقط یک نقطه تابش وجود دارد (تغذیه کننده. ) در این نوع آنتنها از قطعات مکانیکی برای شکل دادن اشعه استفاده می شود و حالت های انتقالی مختلف با داخل کردن مبدل های مکانیکی به انجام می رسد. عیب این آنتن این است که موج پیشرو بصورت خمیده است و در نتیجه یک انعکاس خمیده، تولید می کند. این امر تعیین مسافت تا شیء اندازه گیری شده را مشکل تر می کند. به علاوه استفاده از قطعات فلزی برای شکل دادن به اشعه و تغییر حالت های انتقال ، با تشکیل موج پیشرو ، تداخل ایجاد می کند. در آنتن های تغذیه کننده چند تایی چندین نقطه تابش ( تغذیه کننده) وجود دارد ومزیت این آنتن نسبت به نوع تکی این است که برای شکل دادن اشعه به شکل دلخواه به قطعات مکانیکی اضافی نیاز نداریم. تغذیه کننده های چند تایی برای متمرکز کردن اشعه به کار می رود و این امر به موج جلویی هموار منجر می شود که به نوبه خود انعکاس تند و اندازه گیری دقیق تری را از موج جلویی خمیده به وجود می آورد. با تغییر آرایش تغذیه کنندگان مدهای انتقالی مختلف به دست میآید. مثال این نوع آنتن، آنتن مسطح است.
● زاویه تابش
زاویه تابش رادار به دو عامل بستگی دارد: اندازه آنتن و فرکانس پایه رادار. هر چه آنتن بزرگتر باشد اشعه متمرکزتر است. هر چه فرکانس بالاتر باشد اشعه متمرکزتر است. این امر نیازمند آن است که آنتن تا حد ممکن بزرگ و فرکانس تا حد ممکن بلند باشد. اندازه فیزیکی آنتن با مشخصات مخزنی که آنتن روی آن نصب می شود، محدود می شود. (مثلا اندازه لوله و اندازه دریچه تعمیر و نگهداری. ) اگر فرکانس افزایش یابد موج رادار به طور فزاینده ای به تداخل (امواج) خارجی حساس می شود. از مطالب بالا مشخص می شود که در زمان تعیین اندازه آنتن و تصمیم گیری در مورد فرکانس (یا دامنه فرکانس) که رادار در آن کار می کند، سنجش وجود دارد. به خاطر این tradeارزیابی های سیستم است که مشخص می شود فرکانس بهینه برای اندازه گیری مخزن حدود ۱۰ گیگاهرتز است و اکثر سیستم های اندازه گیری مخازن راداری در این فرکانس یا نزدیک آن عمل می کنند.
● سرعت انتشار
▪ سرعت انتشار امواج رادار به عوامل زیر بستگی دارد:

۲) حالت انتقال (خطی یا مدور)

▪ سرعت انتشار توسط موارد زیر کاهش می یابد:

● حالت های انتقال
در مورد اندازه گیری مخزن دو حالت انتقال به کار می رود حالتهای خطیTE(۱۱) و مدور TE(۱۰.) حالت انتقال مدور در کاربردهای بدون فضا و کاربردهای پر فشار به کار می رود. حالت انتقال مدور برای کاربردهای لوله بسیار مناسب است. زیرا تداخل لوله در کمترین حد نگه داشته می شود.
حالت های مختلف انتقال می تواند در آنتن های feeders چند تایی با تغییر دادن جای feeders، انجام شود و به این ترتیب مطمئن هستیم که تداخل با موج جلویی وجود ندارد. در سیستم های تغذیه کننده تکی، حالت انتقال اصلی، خطی است. حالت انتقال مدور از طریق تعبیه مکانیکی در آنتن رادار که حالت انتقال را تبدیل می کند، انجام می شود. عیب این روش این است که با موج رادار تداخل ایجاد می کند.
تاثیر بخار
سرعت انتشار امواج رادار به عوامل دیگری نیز بستگی دارد. در مخازن ذخیره، بخار به وسیله دو عامل روی سرعت انتشار تاثیر می گذارد. اولین عامل درصد اشباع است که روی سرعت انتشار تاثیری خطی دارد و اگر درصد اشباع بخار مشخص باشد می تواند علت را دریافت. عامل دوم وجود مولکول های سبک با گشتاور دو قطبی است. از آنجا که این مولکول ها یک گشتاور دوقطبی دارند همانطور که سعی می کنند خود را با اشعه رادار میزان کنند، با اشعه رادار تداخل ایجاد می کند . به خاطر داشته باشید که تاثیر رادار در هر نقطه معین، موجی شکل است (و بدین ترتیب مرتبا تغییر می کند)، این مولکول ها به طور مرتب سعی می کنند خود را با یک حوزه نوسانی تنظیم نماید. این کار انرژی موج رادار را از بین برده و در نتیجه حوزه انتشار را کاهش می دهد.
اثراتی که بیان گردید بسیار تصادفی بوده و نمی تواند به صورت معتبر پیش بینی یا توضیح داده شود. این در مورد رادار صدق می کند همچنانجه فیزیک امواج رادار باید طبق توافق تمام سازندگان باشد، به همین علت هیچ کدام از تکنولوژی های اندازه گیری راداری همیشه بهترین راهکار برای محصولات دارای مولکول سبک ودر شرایط فشار بالا نیستند.
● تکنولوژی های رادار
سه اصل اساسی طرز کار در صنعت اندازه گیری مخازن به روش راداری وجود دارد : رادار پالس، تغییر فرکانس و انتقال فاز. هر یک از این تکنولوژی ها در بخش های بعدی به نوبت توضیح داده خواهد شد.
▪ رادارهای پالس
در رادار پالس، آنتن، رادار پالس را می فرستد، زمان سپری شده بین پالسی که منتقل می شود و دوباره توسط آنتن دریافت می شود، اندازه گیری می شود. اگر سرعت انتشار موج رادار معلوم باشد، مسافت بین شیء و آنتن به راحتی محاسبه می شود. بنابراین پارامتر اصلی برای این تکنولوژی تفاوت زمانی یا روش اندازه گیری سطح )time of flight( می باشد. در کاربرد اندازه گیری مخازن به روش راداری زمان اوج گیری یا time of flight حدود S۰۰۰/۰۰۰/۸۰۰/۴ برای یک مخزن ۱۵ متری می باشد. این امر اندازه گیری دقیق تفاوت زمانی را بسیار مشکل می کند به خصوص زمانی که دقت کمتر از ۱mm لازم است. مشکل دیگر این تکنولوژی در پیدا کردن پیک سیگنال منعکس شده می باشد زیرا سیگنال منعکس شده همان شکل سیگنال اولیه را نخواهد داشت. برای این منظور سطح بدست آماده ۳dB به عنوان تشخیص پالس منعکس شده به کار می رود که عدم قطعیت دارد.بنابراین این روش برای تشخیص سطح اجسام در مسافت های دور بسیار مناسب است. اگر این روش در کاربردهای اندازه گیری مخازن به کار رود به تغییر و تبدیلی نظیر انتقال در حوزه زمانی و میزان پالس بی نهایت بالا نیاز دارد.
▪ تغییر فرکانس
در تکنیک تغییر فرکانس، امواج رادار با یک فرکانس اولیه ثابت منتقل می شوند و فرکانس برای مدت زمانی مشخص، به آخرین فرکانس افزایش می یابد. آنگاه، موج رادار منعکس شده در هر نقطه مشخص در زمان ، هم تاخیر زمانی و هم جابجایی فرکانس از فرکانس منتقل شده را خواهد داشت. پس از آن فاصله تا شیء اندازه گیری شده تعیین می شود.
هم شرکت Enraf Terminal Automation و هم شرکت های دیگر از این تکنیک تغییر فرکانس استفاده می کنند، تفاوت بین سیستم مورد استفاده شرکت Enraf Terminal Automation و شرکت های دیگر در نحوه پردازش سیگنال برگشت داده شده است.
ـ پردازش سیگنال سیستم شرکت Enraf Terminal Automation
در مورد سیستم مورد استفاده شرکت Enraf Terminal Automation سیستم ) FMSPR( است بدین ترتیب که ابتدا سیگنال برگشت داده شده به شکل دیجیتال تبدیل می شود و سپس تبدیل فوریه ۳ در آن به کار گرفته می شود تا فرکانس های موجود در سیگنال را آنالیز کند. این طیف فرکانس به علاوه مجموعه ای از ناحیه هایی که کاربر آنها را مشخص می کند برای تعیین کردن سطح محصول به کار می رود.
با استفاده از این پارامترها در اندازه گیری شرایط مخازن طیف فرکانس به ناحیه هایی تقسیم می شود که در آنها معیارهای انتخابی مختلف برای تشخیص دادن سطح محصول به کار می رود. در مناطقی که موانع انعکاس دهنده قوی مانند ته مخزن وجود دارد ، اولین پیک به عنوان سطح محصول انتخاب می شود نه قوی ترین پیک. با استفاده از این نوع پردازش سیگنال فورا مشخص می شود که اندازه گیر رادار)radar gauge( زمانی که روی مخزن نصب می شود، چه &#۰۳۹;می بیند.&#۰۳۹; بعضی از فواید این روش به شرح زیر می باشد:

ـ روش های دیگر پردازش سیگنال
در موارد دیگر (موج پیوسته که از نظر فرکانسی مدوله شده است) ، سیگنال برگشتی از میان یک ***** دامنه بالا قابل تنظیم می گذرد. این ***** باعث می شود که سیگنال با بلندترین دامنه در یک دامنه فرکانس معین عبور کند. سپس این فرکانس با فرکانس به دست آمده در طی جایجایی گذشته مقایسه می شود و اگر با هم هماهنگ باشند به عنوان سطح محصول پذیرفته می شود. اگر با هم هماهنگ نباشند ***** روی جابجایی بعدی تنظیم می شود تا از طریق یک دامنه فرکانس متفاوت عبور کند. این بدان معناست که رادار باید مرتبا اطلاعات را بررسی کند تا مطمئن شود که هیچ تغییری در سطح محصول را از دست نمی دهد زیرا اگر این اتفاق بیفتد باید ابتدا کل مخزن را بررسی کند )sweep( تا سطح را دوباره به دست آورد. این روش پردازش سیگنال مضرات زیر را داراست:
تبدیل فوریه ۳ یک تکنیک ریاضی است که در پردازش سیگنال و حوزه های مربوطه به طور گسترده ای به کار می رود تا فرکانس هایی را که در یک نمونه سیگنال وجود دارد، آنالیز کند.

● درجه حرارت عملیاتی
تمام قطعات الکترونیکی بسته به میزان حرارتی که دارند، مشخصه های آن تغییر می یابد. همانطور که مشخصه ها عوض می شود، اشتباهاتی در اندازه گیری به وجود می آید. اساسا دو روش برای جبران این موضوع وجود دارد. اولین روش این است که حرارت داخل خود gauge را با گرم کردن مداوم آن ثابت نگه داریم. روش دوم این است که عکس العمل حرارت قطعات الکترونیکی را در طول تولید، اندازه گیری کنیم و از این اطلاعات برای تصحیح کردن اندازه ها در هنگام عملیات استفاده کنیم. شرکت Enraf Terminal Automation روش دوم را ترجیح می دهد زیرا اولا برای گرم کردن قطعات الکترونیکی به سیستم های اضافی دیگری نیاز نداریم و ثانیا قطعات الکترونیکی که در درجه حرارت های بالا عمل می کنند در بلند مدت بیشتر در معرض خرابی هستند.
● اختلاف فاز
این تکنولوژی بر اساس تداخل سنج لیزر ، عمل می کند و زمانی که به دقت بی نهایت زیاد نیاز داریم به کار می رود. این کلید، داخل یک طول موج را اندازه گیری می کند و دامنه اندازه گیری را به قطعات کوچک به طول هر یک طول موج ، تقسیم می کند.
در کاربردهای اندازه گیری مخازن لازم است که از روش دیگری نظیر
)Synthesized Pulse Reflectometer Frequency Modulated( FMSPR استفاده شود تا تعداد طول موج های کامل بین آنتن و سطح مایع تعیین شود. سپس جابجایی فاز بین سیگنال های منتقل شده و دریافت شده اندازه گیری می شود تا دقت سطح محصول را افزایش دهد.
● نتیجه گیری
از آنچه که تا به حال گفته شد مشخص می شود که تکنولوژی رادار بر اساس اصول ساده ای است. تمام gauge های سطح رادار تابع قوانین فیزیک یکسانی هستند و تمام ادعاهای مربوط به اندازه گیری سطح رادار باید با توجه به این محدودیت های فیزیکی ارزیابی شود. <امواج> خاص یا جعبه سیاه جادویی وجود ندارد که بتواند یک اصل اندازه گیری نادرست را به یک اصل اندازه گیری درست تبدیل کند.
شرکت Enraf Terminal Automation دارای بیش از ۳۵ سال سابقه در نصب و اجرای ادوات و تجهیزات LG TG در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی در ایران و بیش از ۷۰ کشور دنیا بوده و همچنین تعداد ۷۵۰۰۰ مخزن را به تجهیزات و سیستمهای اندازه گیری سطح تجهیز نموده است

اندازه گیری رادار در اندازه گیری مخزن نقشی اساسی ایفا می کند. ماهیت ترانزیستوری آنها باعث شده است که جذاب باشند. دقت جدیدترین نسل اندازه گیری رادار تمام مایحتاج انتقال محصول )Custody Transfer( با تاییدیه های Weights Measurment و Customs Excise authorities را فراهم می آورد. . ۱) یک اسیلاتور برای ایجاد سیگنال الکتریکی فرکانس بالا. ثابت دی الکتریک ماده روی نحوه حرکت کردن سیگنال های الکترومغناطیس (امواج رادار) از میان ماده تاثیر می گذارد. ۲) یک مدول تشخیص برای اندازه گیری پارامتر اصلی مانند انتقال فاز، تفاوت زمان یا تفاوت فرکانس ۳) یک آنتن برای تبدیل کردن سیگنال الکتریکی به موج رادار ۱) کاربرد )Free space or stilling well( ۳) قطر راهنمای موج (لوله) ۴) فرکانس پایه رادار ۵) وسیله انتقال ۶) تداخل ها مانند بخار و غیره ۱) فرکانس پایینی رادار ۲) موجبر هایی با قطر کوچک ۳) میانگین با ثابت دی الکتریک بالا ۴) افزایش تداخل ۱) از آنجا که کل سیگنال برگشت داده شده آنالیز می شود، تشخیص خود به خود )self diagnose( وضعیت Gauge و آنتن امکان پذیر می شود. ۲) نیازی به بررسی تمام مدت اطلاعات نیست زیرا سطح به طور صحیحی در هر بررسی تعیین می شود حتی اگر (مقدار آن) از نتیجه قبلی متفاوت باشد. ۳) به راحتی می توان علل شرایط نامتعادل مخزن را با انعکاس های قوی توسط تنظیم نقاط توضیح داد. ۱) از آنجا که این روش همیشه سیگنال برگشتی با بیشترین دامنه را ردیابی می کند ممکن است سطح نادرست را ردیابی کند. به خصوص، اگر سطح محصول نزدیک ته مخزن باشد این اتفاق می افتد زیرا در این حالت بازتاب از ته مخزن از بازتاب محصول بسیار قوی تر است. ۲) زمان شروع طولانی دارد زیرا باید اول اطلاعات مخزن را بررسی کند )scan( تا سطح صحیح را تشخیص دهد. ۳) باید تمام مدت اطلاعات مخزن را بررسی کند زیرا اگر کار بررسی کردن متوقف شود سطح محصول را گم خواهد کرد. ۴) به راحتی دیگر اطلاعات باارزش در سیگنال برگشتی را نادیده می گیرد و به همین علت نمی تواند وضعیت داخلی سیستم را بررسی کند . Enraf Terminal Automation در طول دهه گذشته، به تمام پیشرفت های اصلی در زمینه تکنولوژی اندازه گیری سطح دست یافته است و در آینده هم همین روند را ادامه خواهد داد. Enraf Terminal Automation تنها عرضه کننده ای است که می تواند دیگر تکنولوژی های اندازه گیری سطح را ارائه دهد. این تکنولوژی ها برای کاربردهای تخصصی خاص مناسب تر هستند.
__________________

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت دانلود رایگان]

[مشاهده در: www.freedownload.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 4578]