Bently Nevada Asset condition monitoring

Bently Nevada Asset condition monitoring

 

 

 

An introduction to proximity probes

 

Introduction to proximity probe (Eddy current)

 

 

 

آشنایی با سنسورهای اندازه گیری جابجایی 

 

 

 

Metering system part 1

سیستم های میتیرینگ (Metering System)

قسمت اول

 نویسنده: جناب آقای مهندس غلامرضا محسنی

در این سری از نوشتارها در خصوص سیستم های میترینگ توضیح داد خواهد شد.

Crude Oil Custody Transfer Metering System

 

مقدمه

سیستم میترینگ بطور خاص در صنعت نفت به سیستم های اندازه گیری حجم یا جرم سیالات (گاز و مایع یا حالت دو فازی) گفته می شود. این سیستم ها به دو دسته کلی دینامیکی و استاتیکی تقسیم می شوند. اندازه گیری کمیت سیال در حالت سکون ، اندازه گیری استاتیکی  می باشد و اندازه گیری این کمیت در حالتی که سیال در جریان و حرکت است اندازه گیری نوع دینامیکی می باشد. دقت اندازه گیری، ایمنی، قابلیت اطمینان، تکرار پذیری از مهمترین عناصری هستند که در حین اندازه گیری کمیت سیال بایستی در نظر گرفته شوند. از نقطه نظر عناصر فوق الذکر این دستگاهها را می توان به دو دسته کلی دستگاه های اندازه گیری کمیت سیالات در حین فرایند( Process Flow Measurement) و دستگاه های اندازه گیری کمیت سیالات در هنگام انتقال و خرید و فروش (Custody Transfer)  تقسیم نمود.

روشهای مختلف و متنوعی برای اندازه گیری کمیت سیالات وجود دارد که بر اساس نوع سیال و نیز شرایط فرایندی و محدودیت های موجود و نیز مقادیر مطلوب عناصر اشاره شده در بالا، قابل انتخاب می باشند. طبیعتا مزایا و معایب هر کدام از این روشها نیز در انتخاب آنها نقش دارند. از آنجا که عبارت Metering System عموما برای دستگاه های اندازه گیری کمیت سیالات در هنگام نقل و انتقال و نیزخرید و فروش(Custody Transfer)  بکار گرفته می شود، لذا در این نوشته تنها به به این مقوله پرداخته خواهد شد.

 

روشهای اندازه گیری کمیت سیالات بصورت Custody Transfer

 

روشهای رایج برای اندازه گیری کمیت سیالات بصورت Custody Transfer شامل موارد زیر می باشند:

·        میترهای نوع توربینی

·        میترهای نوع پیمانه ای (PD meters)

·        میترهای نوع کوریولیس

·        میترهای نوع آلتراسونیک

فاکتورهایی نظیر فشار، فلو و رنج و شدت تغییرات آن، ویسکوزیته، افت فشار، رنج دما و میزان آلایندگی ها در سیال و نیز گاز یا مایع بودن در انتخاب یکی از روشهای فوق موثر می باشند. سادگی یا پیچیدگی طراحی، عملکرد و نیز تعمیرات و نگهداری، قیمت اولیه و نیز هزینه بهره برداری و نگهداری سیستم، حساسیت در مقابل سایش و خوردگی در انتخاب روش مناسب تعیین کننده می باشد. دسته دیگر ی از عوامل موثر در انتخاب روش مناسب عبارتند از وزن و حجم تجهیزات، تجهیزات جانبی لازم، مسائل و محدودیتهای مربوط به پرووینگ و کالیبراسیون. نهایتا بایستی در نظر داشت که کمیت مورد نظر (جرم یا حجم) برخی از این روشها را حذف خواهد نمود.

 

کالیبراسیون و پرووینگ میترها

 

سیستم های اندازه گیری کمیت سیالات برای موارد Custody Transfer نیاز به انجام کالیبراسیون و پرووینگ با دقت بسیار بالا دارند. به عبارت دیگر صحت، دقت و تکرارپذیری سیستم بایستی به روشی قابل قبول و استاندارد ثابت گردند. این مهم از طریق مقایسه مقدار قرائت شده دستگاه با یک حجم مشخص و دقیق انجام می شود. در واقع هدف از پرووینگ میتر بدست آوردن عددی بنام میتر فاکتور می باشد که از تقسیم مقدار واقعی حجم سیال عبور کرده از دستگاه به مقدار قرائت شده حاصل می گردد.

معیار تعیین شده برای دقت مطلوب برای میترها در سرویس Custody Transfer عدد % 0.15 و برای تکرار پذیری آن عدد % 0.02 می باشد. بعبارتی میتری برای سرویس  Custody Transferمناسب می باشد که دقت و تکرارپذیری آن معادل یا بهتر از اعداد فوق باشد.

 

روشهای مختلفی برای پرووینگ میترها وجود دارد که می توان به روش های زیر اشاره نمود:

 

·         Conventional Pipe Prover

·         Small Volume Prover Systems

·         Volumetric Tank Prover

 

Conventional Pipe Prover

Small Volume Prover Systems

Volumetric Tank Prover

استانداردهای مورد تایید صنعت نفت ایران

 

مجموعه استانداردهای IPS-E-IN-240 ، IPS-C-IN-240 و  IPS-M-IN-240 حداقل الزامات طراحی، انتخاب جنس و نصب سیستمهای میترینگ در سرویس Custody Transfer را برای سیالات مایع ارائه می نماید. ضمنا استانداردهای API به عنوان استانداردهای مرجع توسط  IPS پذیرفته شده اند

که شامل استانداردهای زیرمیباشند:

             ·         MPMS Chapter 4 : Proving Systems

             ·         MPMS Chapter 5 : Metering

             ·         MPMS Chapter 6 : Metering Assemblies

             ·         MPMS Chapter 7 : Temperature Determination

             ·         MPMS Chapter 8 : Sampling

             ·         MPMS Chapter 12 : Calculation of Petroleum Quantities

             ·         MPMS Chapter 13 ; Application of Statistical Methods

             ·         MPMS Chapter 21 : Flow Measurement Using Electronic Metering Systems

 

در خصوص استانداردهای مرجع ، پارت 1 و 2 از استاندارد BS 6169 با عناوین زیرنیز جزء مراجع مورد قبول IPS می باشند.

 

     · BS 6169-1: Methods for volumetric measurement of liquid hydrocarbons. Displacement meter systems (other than dispensing pumps)

      ·   BS 6169-2: Methods for volumetric measurement of liquid hydrocarbons. Turbine meter systems

 

ضمنا استانداردهای ISO 2715 و ISO 2714 از مجموعه استانداردها ISO با عناوین زیرنیز در لیست استانداردهای مرجع IPS ذکر گردیده اند

 

       ·  ISO 2714: Liquid hydrocarbons -- Volumetric measurement by displacement meter systems other than dispensing pumps

       ·  ISO 2715: Liquid hydrocarbons -- Volumetric measurement by turbine meter systems

        · ISO 7278-3: Liquid hydrocarbons -- Dynamic measurement -- Proving systems for volumetric meters -- Part 3: Pulse interpolation techniques

 

در این خصوص استاندارد ISA RP31.1 با عنوان زیر در لیست مراجع IPS قراردارد:

 

          ·   ISA RP31.1: Specification, Installation, & Calibration of Turbine Flowmeters

 

در خصوص سیستم میترینگ گاز طبیعی نیز استاندارد API MPMS Ch. 14 قابل استفاده می باشد. . قابل ذکر است در این خصوص IPS استانداردی تدوین ننموده است.

 

به منظور اندازه گیری جرمی سیالات ، استاندارد API MPMS Ch. 5.6  با عنوان زیر قابل استناد می باشد.

 

          ·   API Manual of Petroleum Measurement Standards Chapter 5 - Metering, Section 6 - Measurement of Liquid Hydrocarbons by Coriolis Meters

 

لینک به قسمت دوم

 

Installation of Accelerometers

 نحوه نصب شتاب سنج ها بر روی تجهیزات

 در فایل پیوست نحوه نصب شتاب سنج ها بر روی تجهیزات توضیح داده شده است.

Download link:

Installation of Accelerometers
حجم: 240 کیلوبایت

Electrical Area Classification and IP (Ingress Protection) Code

 حفاظت تجهیزات الکتریکی در محیط های صنعتی

انتخاب صحیح حفاظت تجهیزات الکتریکی با توجه به محیطی که در آن کار می کنند یکی از عوامل اصلی و مهم ایجاد ایمنی در تاسیسات می باشد.

محیط هایی که تجهیزات الکتریکی نصب در آنها می گردند به دو دسته اصلی محیط های امن (Safe Area) و محیط های خطرناک که در آنها احتمال وقوع احتراق و انفجار وجود دارد (Hazardous Area) تقسیم می گردند.

در محیط های امن مساله اصلی حفاظت تجهیزات در برابر آب، اجسام، غبار و عوامل جوی می باشد. ولیکن در محیط های خطرناک علاوه بر عوامل فوق حفاظت در برابر انفجار نیز مطرح می شود. بدین منظور محیط های خطرناک را بر اساس احتمال وقوع انفجار به مناطقی دسته بندی می کنند. به طور خلاصه این دسته بندی در استاندارد IEC ذیل به شرح می باشد:

Zone 0 : در این منطقه گاز قابل احتراق همیشه و جود دارد

Zone 1 : در این منطقه گاز قابل احتراق ممکن است گاهی در حالت معمول وجود داشته باشد.

Zone 2 : در این منطقه گاز قابل احتراق ممکن است به دلیل ایجاد شرایط غیر معمول مانند نقص در عملکرد دستگاه ها وجود داشته باشد.

 به منظود اینکه مهندسان و کسانی که در انتخاب تجیهزات موثر هستند، تصویری کلی از این مورد مهم به دست آورند، نمودارها و پوستر هایی که خلاصه ای از این نیازمندی ها در آنها آورده شده است توسط موسسات مربوطه و سازندگان تجهیزات تهیه شده است. در اینجا چند نمونه از این موارد برای علاقه مندان به اشتراک گذاشته شده است.

درپایان لازم به ذکر است با توجه به خطرات ناشی از عدم انتخاب صحیح حفاظت تجهیزات الکتریکی، بخصوص آنهایی که در تاسیسات صنایع شیمیایی و نفت، گاز و پتروشیمی به کار می روند، تشخیص مناطق و انتخاب مناسب حفاظت تجهیزات الکتریکی نیاز به تخصص و تجربه در این زمینه داشته و می بایست توسط متخصصان ایمنی و برق صورت پذیرد.

Function of Piezoelectric Accelerometers

Function of Piezoelectric Accelerometers

نحوه عملکرد شتاب سنج پیزوالکترونیک

عملکرد شتاب سنج های پیزو الکترونیک بر اساس اثر پیزوالکترونیک کریستال های کوارتز یا سرامیک بوده که در آن متناسب با شتاب اعمال شده به کریستال، جریان الکتریکی توسط کریستال تولید می گردد. اثر پیزوالکترونیک موجب جمع شدن شارژ بارهای مخالف در کریستال می گردد. مقدار این شارژ متناسب با نیرو ویا تنش وارد شده به کریستال می باشد. نیروی وارد شده به شبکه کریستال کوارتز موجب می شود تا یون های مثبت و منفی در آن جابجا شده و در نتیجه این یون های در دو سطح مقابل کریستال جمع شوند. این شارژ الکترونیکی کریستال را می توان برای اندازه گیری به پردازنده منتقل نمود.

در یک شتاب سنج، تنش بر روی کریستال ها ناشی از نیرویی است که یک جرم مرتعش بر روی کریستال اعمال می کند.این ساختار ازقوانین نیوتن پیروی می کند که بر اساس آن F=ma است. بنابراین مقدار شارژ ایجاد شده معادل نیروی اعمال شده بوده و نیروی اعمال شده نیز متناسب با شتاب می باشد. الکترود ها شارژ ایجاد شده را جمع کرد و توسط سیم به یک تقویت کنند سیگنال منتقل می کنند. این تقویت کننده ممکن است در داخل سنسور شتاب سنج بوده و یا در خارج آن قرار بگیرد. سنسورهایی که تقویت کننده در داخل آنها تعبیه شده است تحت عنوان Integrated Electronic Piezoelectric (IEPE) دسته بندی می گردند.

ساختمان شتاب سنج پیزوالکترونیک

پیکره بندی های مختلفی برای اندازه گیری مقدار شتاب توسط پیزوالکتریک وجود دارد. این پیکره بندی با توجه نحوه اعمال نیروی اینرسی جرم بر روی پیزوالکتریک مشخص می گردد.

1 - استفاده از تنش برشی- نوع برشی (Shear Mode)

در طراحی اتصال برشی یا ساندویچی، کریستال حسگر مابین هسته مرکزی عمودی (Center post) و جرم مرتعش (Seismic mass) قرار می گیرد. از یک حلقه برای ایجای پیش بار استفاده شده تا مجموعه هسته مرکزی، کریستال پیزوالکتریک و جرم مرتعش به صورت یک مجموعه در بیایند. ارتعاش موجب می شود تا جرم تنش برشی بر کریستال اعمال کند. با ایزوله کردن کریستال حسگر از پایه و بدنه این نوع از  شتاب سنج ها عملکرد مناسبی در دفع اثرات حرارتی و خمشی محل نصب خواهند داشت. این نوع حسگر ها همچنین دارای ابعاد کوچکتری نیز می باشند.

Shear Mode

 

2- حالت خمشی (Flexural Mode)

در حالت خمشی کریستال به صورت یک تیر  می باشد که بر روی تکیه گاه قرار گرفته است. وجود تکیه گاه موجب می شود تا بر اثر نیروی ناشی از شتاب تنش در کریستال ایجاد شده و در نتیجه آن شارژ الکتریکی نیز در آن ایجاد شود. در بعضی از موارد کریستال را بر روی یک تیر نگهدارنده نصب می کنند تا مقدار تنش ناشی از شتاب بیشتر گردد. این طراحی سنسور شتاب موجب می شود تا سنسور دارای وزن کمتر، ثبات دمایی بهترو قیمت پایین تر باشد. یکی دیگر از مزایای این سنسور عدم حساسیت به حرکت های عمود بر جهت اندازه گیری شتاب می باشد. عموما این طراحی برای فرکانس های پایین و یا شتاب های پایین استفاده می شود. 

Flexural Mode

 

3- حالت فشاری (Compression Mode)

شتاب سنج هایی بر اساس تحت فشار قرار گرفتن پیزوالکتریک کار می کنند دارای ساختاری ساده و استحکام بالا می باشند. سه نوع طراحی برای این نوع از شتاب سنج ها وجود دارد: upright, inverted, and isolated

 

Upright3-1-

در طراحی Upright، کریستال پیزو الکتریک مابین جرم مرتعش و پایه سنسور قرار می گیرد. المان حسگر(مجموع کریستال و جرم مرتعش) توسط پیچی که خاصیت الاستیک دارد به پایه متصل می گردد. با تغییر شتاب سنسور مقدار نیرویی که توسط جرم مرتعش به کریستال وارد می گردد تغییر کرده و به تناسب آن نیز مقدار الکتریسیته تولید شده توسط کریستال نیز تغییر می یابد.

طراحی این نوع از سنسورهای شتاب به گونه ای است که می توان از آنها در فرکانس های بالا استفاده نمود و فرکانس پاسخ دقیقی از آنها دریافت کرد. ساختار مستحکم آنها نیز موجب مقاومت این نوع از سنسورها در برابر شوک های ناشی از تغییر شدید شتاب می شود. ولیکن به دلیل تماس کامل کریستال حسگر با پایه سنسور  این طراحی به تغییر شکل خمشی پایه و اثرات گذار حرارتی حساسیت بالاتری را دارد. این اثرات می توانند موجب ایجاد خطا در سیگنال های خروجی  هنگامی که از آنها بر روی ورقه های فلزی  یا در فرکانس های پایین در محیط هایی که از نظر حرارتی ناپایدار هستند، بشود. مانند نصب در محیط بیرونی و یا نزدیک فن ها و دمنده ها.

Upright Compression

 

 

3-2- نوع  Inverted compression

در این طراحی کریستال حسگر نسبت به پایه سنسور عایق می شود این کار باعث می شود تا تاثیرات ناشی از خمش پایه و یا ناپایداری دمای محل نصب به حداقل برسد. در بسیاری از شتاب سنج های مرجعی که برای کالیبراسیون استفاده می شوند از این طراحی استفاده می گردد.

Inverted compression

 

3-3- نوع  Isolated compression

این طراحی خطاهای ناشی از تغییر شکل های پایه سنسور و تغییرات حرارتی را کاهش می دهد. این مزیت با استفاده از ایزوله کردن کریستال حسگر از اثرات مکانیکی پایه سنسور و استفاده از یک جرم مرتعش تو خالی که به عنوان عایق حرارتی عمل می کند به دست می آید. این بهبود مکانیکی موجب می شود تا عملکردی پایدار، در فرکانس های پایین به دست آید، جایی که تغییرات سیگنال تولیدی در اثر نوسان حرارتی در دیگر انواع سنسورهای نوع فشاری رخ می دهد.  

Isolated Compression

منبع: سایت شرکت PCB

http://www.pcb.com/techsupport/tech_accel