منصات اختبار عدادات الغاز متعددة المواضع: لماذا يمكن لنفس العداد أن يعطي نتائج مختلفة

تُتيح معدات معايرة عدادات الغاز متعددة المواضع معايرة عدة عدادات غاز موصولة على التوالي في آنٍ واحد، مما يحسّن كفاءة الاختبار. غير أن الفروق المرتبطة بالموضع قد تؤثر في دقة نتائج المعايرة. واستنادًا إلى الخبرة العملية، جمع المؤلفون بين التحليل النظري والتجارب لدراسة ثلاثة مصادر للفروق المرتبطة بالموضع: فقدان الضغط، وخصائص خطأ العداد، وتوزيع مجال التدفق. وتحدد النتائج تدابير قد تقلل هذه الفروق وتحسّن موثوقية معايرة عدادات الغاز على التوالي.

الكلمات المفتاحية: عداد غاز؛ معدات التحقق؛ انتشار الموضع؛ الدقة

يلعب الغاز الطبيعي دورًا مهمًا في نظام الطاقة. ومع توسع المدن الصينية وشبكات توزيع الغاز، ازداد الطلب على عدادات الغاز وعبء العمل المقابل لأعمال المعايرة. ويتيح توصيل العدادات على التوالي لمنصة متعددة المواضع اختبار عدة وحدات في تشغيل واحد. وقد لاحظ المؤلفون أن العداد نفسه قد يعطي نتائج معايرة مختلفة في مواضع مختلفة على المنصة. ويمكن أن تؤثر هذه الفروق في كيفية تقييم الأداء القياسي للعداد. وتبحث الدراسة في أسبابها والعلاجات الممكنة لإفادة استخدام المنصات متعددة المواضع وتصميمها.

استُخدم في الدراسة منصة فوهات صوتية سداسية المواضع بمدى تدفق يتراوح بين 0.04 و65 م³/ساعة، وعدم يقين موسّع نسبي Uᵣ = 0.36% (k = 2). وتألفت من منظومة فوهات صوتية مرجعية، وأجهزة قياس درجة الحرارة والضغط، وأنابيب ومنظومة تشغيل، ومواضع تركيب ومنظومة أخذ عينات، ومنظومة تحكم حاسوبية. وعندما تبلغ نسبة الضغط الساكن عند عنق الفوهة إلى ضغط الركود في المنبع قيمتها الحرجة، يبلغ التدفق الكتلي عبر الفوهة أقصاه للظروف المعطاة في المنبع. وزيادة خفض نسبة الضغط الخلفي تُبقي تدفق الفوهة دون تغيير. وتسجل منظومة أخذ العينات الأحجام المتراكمة بواسطة العدّاد قيد الاختبار وبواسطة الفوهة المرجعية. ويُحصل على خطأ القراءة بمقارنة حجم العدّاد بالحجم المرجعي المصحح وفق درجة الحرارة والضغط. وكانت عدادات الاختبار من عدادات الغاز بالموجات فوق الصوتية من الفئة 1.5 G25 بمدى تدفق يتراوح بين 0.25 و40 م³/ساعة.

هل يمكن لعداد غاز واحد أن ينتج أخطاء إشارة مختلفة عند تركيبه في مواضع مختلفة على نفس منصة التحقق التسلسلية؟ تسأل الدراسة كيف يساهم فقدان الضغط وخصائص خطأ العداد وتوزيع تدفق المدخل في الانتشار الملحوظ، وما إذا كان تغيير الأنابيب يمكن أن يقلله في ظل الظروف المختبرة.

جمع المؤلفون بين تحليل ضغط المدخل والتدفق مع مقارنتين تجريبيتين. استُخدم منصة فوهة صوتية سداسية المواضع لمقارنة أخطاء الإشارة عبر المواضع لستة عدادات من الفئة 1.5. واستُخدمت منصة منفصلة ثلاثية المواضع لمقارنة العداد بالموجات فوق الصوتية نفسه عند 40 م³/ساعة قبل وبعد إضافة مقطع أنبوب مستقيم، مع الإبقاء على الظروف البيئية المذكورة دون تغيير. وتُعرض الآليات الثلاث وبيانات الاختبار الخاصة بكل منها أدناه بترتيب الورقة المصدر.

فقدان الضغط هو متوسط انخفاض الضغط بين مدخل ومخرج عداد الغاز عند معدل تدفق محدد. تربط الورقة ذلك بالاحتكاك داخل العداد، بما في ذلك الاحتكاك المرتبط بممرات التدفق والمكونات المتحركة. يستشهد المؤلفون بلائحة جيانغسو JJG (Su) 206–2018 المعمول بها آنذاك، والتي حددت حدًا أقصى لفقدان الضغط قدره 300 باسكال للعدادات ذات 16 م³/ساعة ≤ Qₘₐₓ ≤ 65 م³/ساعة. ويقدرون أن فرق ضغط المدخل بين الموضع الأول والموضع السادس لمنصة اختبار سداسية المواضع قد يتجاوز 1,000 باسكال ويؤثر على المقارنة.

يعالج التحليل مداخل العداد على أنها على نفس الارتفاع ويقارب الهواء كغاز مثالي. تطبق الورقة علاقة برنولي التالية عند المداخل:

p + ½ρv² + ρgh = C　(1)

p = ضغط المدخل (Pa)؛ ρ = كثافة الغاز (kg/m³)؛ v = السرعة (m/s)؛ g = تسارع الجاذبية (m/s²)؛ h = ارتفاع المدخل (m)؛ C = ثابت.

v = √[2(C − p − ρgh)/ρ]　(2)

في تحليل المؤلفين، مع اعتبار C ثابتًا، تربط المعادلة (2) ضغط المدخل المنخفض p بسرعة المدخل الأعلى v. بالنسبة لمساحة مقطع عرضي ثابتة s، فإن Q = v × s، لذا فإن التغيرات في السرعة تغير معدل التدفق الحجمي المحلي. يرى المؤلفون أن فقدان الضغط في العدادات المتصلة على التوالي يمكن أن يغير ظروف التدفق في مواضع مختلفة ويؤثر على نتائج التحقق الخاصة بها. ويقترحون تقليل الاحتكاك داخل العداد، وتحسين الأنابيب بين المواضع، وتقييم فقدان الضغط التراكمي عند تحديد فرق موضع مسموح به واختيار عدد مواضع الاختبار.

يمكن أن تختلف العدادات في خطأ الإشارة والاستقرار والتكرار بسبب اختلافات في التصنيع. يحدد المؤلفون هذه الاختلافات كمساهم مهم في النتائج التي تم الحصول عليها في مواضع مختلفة على المنصة. يعرّفون انتشار الموضع Δ على النحو التالي:

Δ = |Eₘₐₓ − Eₘᵢₙ|　(3)

Eₘₐₓ و Eₘᵢₙ هما أعلى وأدنى أخطاء إشارة تم قياسها لنفس عداد الاختبار عبر مواضع المنصة.

باستخدام المعيار المذكور في الورقة، تم تقييد انتشار الموضع إلى ربع فئة الدقة العددية للعداد قيد الاختبار. اختبر المؤلفون ستة عدادات من الفئة 1.5 تحت نفس الظروف البيئية على منصة المواضع الستة، مع تطبيق حد قدره 0.375%. تم إعادة إنتاج البيانات في الجدول 1.

تجاوز اثنان من العدادات الستة الحد البالغ 0.375% المستخدم في الدراسة. وهذا يدل على أن انتشار الموضع المقاس يمكن أن يختلف بين العدادات المختبرة على نفس المنصة. يوصي المؤلفون بتحسين استقرار العداد وموثوقيته. ولتقييم اتساق الموضع على معيار قياس، يوصون باختيار عداد اختبار ذي خصائص مترولوجية مستقرة.

الانحناءات شائعة في منصات اختبار عدادات الغاز والتركيبات الميدانية. توضح الورقة أن اختلافات السرعة وقوة الطرد المركزي عبر الانحناء يمكن أن تولد تدفقًا ثانويًا، مما يزيد الاضطراب ويقلل من انتظام ملف تعريف السرعة. يمكن أن يؤثر ذلك على النتائج عبر مواضع المنصة، لا سيما بالنسبة للعدادات الحساسة لملفات تعريف تدفق المدخل، مثل عدادات الغاز بالموجات فوق الصوتية والحرارية.

لدراسة تأثير إضافة مقطع أنبوب مستقيم، استخدم المؤلفون منصة فوهة صوتية ثلاثية المواضع تتضمن انحناءات. كان نطاق التدفق فيها 0.04–65 م³/ساعة وعدم اليقين الموسع النسبي Uᵣ = 0.34% (k = 2). اختبروا نفس مقياس الموجات فوق الصوتية، الرقم التسلسلي 35180824128، عند 40 م³/ساعة مع وبدون المقطع المضاف مع الحفاظ على الظروف البيئية دون تغيير. كانت نتيجة اختبار استقرار المقياس المُبلَّغ عنها 0.23%. انظر الجدول 3 الأصلي للقياسات.

بعد إضافة المقطع المستقيم، انخفض انتشار الموضع المقاس من 0.70% إلى 0.28%. يفسر المؤلفون النتيجة كدليل على أن المقطع المستقيم المضاف حسّن توزيع التدفق واتساق الموضع في إعدادهم. يقترحون أطوالًا مستقيمة من 8D–15D، حيث D هو القطر الداخلي للأنبوب، ويقترحون أدلة تدفق حيث تكون المساحة المتاحة محدودة. كما يوصون بتقليل عدد الانحناءات في أنابيب المنصة.

تُظهر نتائج المواضع الستة أن اختيار جهاز القياس مهم عند تقييم اتساق وضع المقعد. تجاوز جهازا قياس معيار الدراسة البالغ 0.375%، بينما لم يتجاوزه الأجهزة الأربعة الأخرى. وفي اختبار المقعد المنفصل ثلاثي المواضع، أدت إضافة مقطع مستقيم إلى تقليل التشتت من 0.70% إلى 0.28% لجهاز القياس المختبر، أي انخفاض بمقدار 0.42 نقطة مئوية. وبشكل إجمالي، تدعم التجارب فحص كل من استقرار جهاز القياس وترتيب أنابيب المدخل عند تشخيص نتيجة تعتمد على الموضع. تشمل مقارنة المقطع المستقيم جهاز قياس واحدًا عند نقطة تدفق واحدة.

استنادًا إلى خبرة التحقق العملية والتحليل النظري والتجارب، تبحث الورقة أسباب الاختلافات المعتمدة على الموضع والحلول المحتملة من حيث فقدان الضغط وخصائص خطأ العداد وتوزيع مجال التدفق. ويأمل المؤلفون أن تساعد هذه النتائج مختبرات التحقق ومصنّعي عدادات الغاز في تحسين دقة وموثوقية الاختبار متعدد المواضع.

يمكن أن تكرر دراسة متابعة مقارنة المقطع المستقيم عبر عدة نقاط تدفق وتقنيات عدادات وتكوينات مدخل. ومن شأن تسجيل الضغط ودرجة الحرارة الخاصين بكل موضع، والقراءات المتكررة، وعدم اليقين في القياس أن يساعد في فصل تأثير الأنابيب عن تباين العداد، وتحديد مدى انتقال التحسن الملحوظ إلى منصات اختبار أخرى.

تعيد المعادلات (1)–(3) إنتاج تحليل المصدر. في منصة اختبار فعلية، يجب مراعاة الفواقد بين المواضع قبل استخدام علاقة برنولي للتنبؤ بفرق السرعة. وينبغي تفسير المعايير التاريخية للدراسة وقراءات العينات وأطوال الأنابيب المستقيمة ضمن سياق الاختبار الأصلي.

Xu Z., Zhao Z., Zhou Y. تحليل أسباب واختلافات الموضع في معدات التحقق من عدادات الغاز متعددة المواضع والتدابير المضادة [عنوان مترجم]. 2022، 32(2)، ص. 34–36. سجل DOI.

صورة الغلاف التحريرية: بيتي كاريل، وزارة الطاقة الأمريكية. عمل حكومي أمريكي وفقًا لسجل المصدر. تم الاقتصاص لتخطيط الغلاف مع تراكب العنوان. توضح الصورة العمل الهندسي.