ابزار دقیق (Instrumentation)

استفاده از ابزار دقیق در صنعت نفت

در ابتدا باید تعریفی از ابزار دقیق را ارائه دهیم تا با مفهوم آن آشنا شویم. منظور از ابزار دقیق، وسایل و تجهیزاتی هستند که در یک سیستم کنترلی و اتوماسیونی به کار گرفته می­شوند تا پارامترهای مورد نظر را با دقت زیاد و کمترین خطا اندازه­ گیری نمایند. ابزار دقیق کاربردهای زیادی دارد که یکی از آنها استفاده از ابزار دقیق در صنعت نفت می­باشد.

نکاتی در مورد ابزار دقیق در صنعت نفت

• ابزار دقیق در صنعت نفت بر حسب نوع عملکرد می­توان به وسایلی تقسیم بندی کرد که عمل کنترل دما، فشار، رطوبت، سطح و … را انجام می­دهند که به آن­ها کنترلر می­گویند
• ابزار دقیق در صنعت نفت بر حسب نوع عملکرد دارای ترانسمیتر است که کار انتقال اطلاعات مقادیر اندازه­گیری شده را به صورت جریان الکتریکی استاندارد که از قبل تعریف شده و در بازه­ی ۴ تا ۲۰ میلیمتر روی یک جفت سیم، برای کمیت­های مورد نظر انجام می­دهد
• ابزار دقیق در صنعت نفت بر حسب نوع عملکرد دارای نمایشگر یا ایندیکِیتور است که کار نمایش مقادیر اندازه­گیری شده را انجام می­دهد
• ابزار دقیق در صنعت نفت بر حسب نوع پارامتری که بر روی آن کار انجام می­دهند دارای بخش­های مختلفی است مثلا برای دما شامل کنترلر دما، ترانسمیتر دما و ترمومتر می­باشد و همینطور در مورد فشار و سطح نیز دارای چنین بخش­هایی می­باشد
• اجزای ابزار دقیق در صنعت نفت شامل: سنسور، ترنسدیوسر یا مبدل، ترنسمیتر، کنترلر یا کنترل کننده، عنصر نهایی، رکوردر و ایندیکیتور یا نمایشگر می­باشد
• ابزار دقیق در صنعت نفت باید طبق استاندارد ایرانی IPS و استانداردهای بین المللی API و ISA ساخته شده باشد.

اجزای ابزار دقیق در صنعت نفت:

یکی از صنایع مرتبط با تجهیزات ابزار دقیق، صنعت نفت می­باشد به این دلیل که در این صنعت از سیالات بسیار متنوعی استفاده می­شود که قرار است از طریق یک سری خطوط و لوله از جایی به جای دیگر انتقال یابند یا در مخازن کوچک و بزرگ ذخیره شوند در نتیجه نیاز به تجهیزات ابزار دقیق در بخش­های مختلف آن احساس می­شود. در ذیل به معرفی دقیق تجهیزات ابزار دقیق در صنعت نفت می پردازیم که شامل:

1. سنسورها: به طور کلی به هر دستگاهی اطلاق می­شود که وظیفه­ی آن تبدیل نمودن کمیت فیزیکی مورد نظر به یک سیگنال الکتریکی در دستگاه­های الکتریکی یا تبدیل نمودن کمیت فیزیکی مورد نظر به یک سیگنال نیوماتیکی را در دستگاه­های نیوماتیکی به عهده دارد. سنسورهای مورد استفاده در صنعت نفت شامل: سنسورهای دمایی، فشار، سطح و جریان می­باشند که به معرفی هر یک می­پردازیم.
   1. سنسورهای دمایی: به دو روش غیر الکتریکی و الکتریکی عمل می­کنند که هر کدام ابزار دقیق خاص خود را دارد.
      1. غیر الکتریکی: به شیوه­های انبساط مایعات و فلزات انجام می­گیرد . در شیوه­ی انبساط مایعات، ترمومتر استفاده می­شود نوعی از ابزار دقیق در صنعت نفت است که جهت اندازه­گیری دما، دریافت سیگنال کنترلی از آن و سوئیچ به کار می­رود. شیوه­ی عملکرد آن بدین صورت است که در اثر افزایش حرارت محیط اطراف، حجم مایع افزایش یافته و مقدار دما از روی لوله­ی شیشه­ای آن که مدرج است خوانده می­شود. در شیوه­ی انبساط فلزات از ابزار دقیق بیمتال استفاده می­گردد. بیمتال از ۲ فلز ساخته شده­ که هر کدام ضریب حرارتی مختلفی داشته که یک طرف این دستگاه را به محلی نصب یا درون لوله­های انتقال نفت درون ترمووِل قرار می­دهند و طرف دیگر آن که آزاد هست را به عقربه ایی دستگاهی که مدرج می­باشد وصل می­کنند. هنگام اتصال این دو و گرفتن حرارت، فلز با ضریب حرارتی بالاتر به سمت فلز با ضریب حرارتی پایین­تر خم می­شود، این حرکت خمش به عقربه منتقل و درجه حرارت را نشان می­دهد.
      2. الکتریکی: از ترموکوپل، ترمیستور، RTD و سنسورهای IC استفاده می­گردد.

۱-۱-۱-۲- ترموکوپل: روش کار آن بدین صورت است که رو انتهای سیم غیر هم جنس را به هم وصل، نقطه­ اتصال را حرارت داده، اختلاف پتانسیل حاصل شده را به یک میلی ولت متر و سپس آن را متناسب با حرارت درجه بندی می­کنند.

۲-۱-۱-۲- ترمیستور:خود به دو نوع PTC (با افزایش حرارت مقاومت آنها افزایش می­یابد) و NTC (با افزایش حرارت مقاومت آنها کاهش می­یابد) تقسیم می­شود. این نوع ابزار دقیق در صنعت نفت جهت اندازه گیری دما در محل­های مختلف به کار می­رود.

۳-۱-۱-۲- RTD: نوعی از ابزار دقیق در صنعت نفت می­باشد که در واقع نوعی ترمومتر با تغییر مقاومت الکتریکی فلزات است که این مقاومت الکتریکی در اثر تغییر دما، کم و زیاد می­شود. برخی فلزات بکار رفته در RTDها شامل نیکل، مس و پلاتینیوم می­باشند. RTDها موقعی در صنعت نفت به کار می­روند که دقت اندازه گیری دما زیاد و محدوده­ی اندازه گیری کم می­باشد. همچنین مواقعی که در صنعت نفت بخواهند محدوده­ی دمایی خاصی را اندازه گیری کنند از RTDها استفاده می­شود.

۴-۱-۱-۲- سنسورهای IC: به­صورت مجتمع در مدار قرار می­گیرند و در مقایسه با دیگر سنسورهای دمایی ابزار دقیق الکتریکی که بیان شد، دارای سیگنال خروجی بالا و تغییرات خطی هستند. استفاده از این نوع سنسور در صنعت نفت مقرون به صرفه نیز هست.

۲-۱– سنسورهای فشار: توسط دو نوع ابزار دقیق در صنعت نفت، که سنسور می­باشند می­توان فشار را اندازه گرفت که شامل مانومترها و بردن تیوب­ها هستند.

۱-۲-۱- مانومترها: از مانومترها در صنعت نفت برای اندازه گیری فشارهای کم استفاده می­گردد که شیشه­ای محکم و مدرج بوده و مایع درون آن جیوه یا آب می­باشد و به سه نوع یک شاخه­ای، دو شاخه­ای و  مورب تقسیم می­شود.

۲-۲-۱- بردن تیوپ: از جنس برنز یا نیکل سخت هستند و به انواع: C شکل، فانوسی، حلقوی، حلزونی، دیافراگمی و کپسولی تقسیم بندی می­شود. این فشار سنج­ها از طریق تغییر شکل مکانیکی، فشار را اندازه می­گیرند.

۳-۱– سنسورهای جریان سنج: یکی از کاربردهی ابزار دقیق در صنعت نفت، اندازه­گیری میزان جریان سیالات است که به ۳ نوع تقسیم می­شوند: با صفحه­ی سوراخدار، توربینی و مغناطیسی.

۱-۳-۱- با اُریفیس یا صفحه­ی سوراخدار: روش آن بر مبنای اختلاف فشار در دو طرف این صفحه است که خود به سه نوع: صفحه­ی اریفیس متحدالمرکز، خارج از مرکز و قطعه­ای یا نیم دایره­ای شکل تقسیم بندی می­گردد.

۲-۳-۱- توربینی: از تجهیزات ابزار دقیق در صنعت نفت است که براساس مقداری که سیال عبور نموده، پره­های توربین آن به حرکت درآمده و در اثر آن تعدادی پالس تولید می­شود که بوسیله­ی سنسور بر حسب متر مکعب در واحد زمان سنجیده می­شود. دارای انواع دیجیتال، آب، استیل و با خروجی پالس می­باشد.

۳-۳-۱- مغناطیسی: با کمک قانون القای فارادی، جهت تعیین شدت جریان سیال، در صنعت نفت مورد استفاده قرار می­گیرد.

 

۴-۱– سنسور­های سطح سنج: نوعی ابزار دقیق در صنعت نفت است که در مخازن برای اندازه­گیری سطح مایعات مورد استفاده قرار می­گیرند. سنسورهای سطح سنج به انواع مختلف: عمق سنج­ها (مورد استفاده در مخازن نفت سرباز)، شناور یا فلوتر، فشار سنج ارتفاع مایعات (مورد استفاده در مخازن نفت سرباز و سربسته)، مجهز به خاصیت دیافراگمی، مجهز به خاصیت شناوری، شیشه­ای تقسیم بندی می­شوند.

• ترنسدیوسرها یا مبدل­ها: نوعی از ابزار دقیق در صنعت نفت است که وظیفه­ی آن تبدیل سیگنال الکتریکی خروجی از سنسور به یک سیگنال الکتریکی است که از طریق سیم­های فلزی قابل انتقال به مدارهای الکترونیکی باشد. ترنسدیوسرهای مورد استفاده در صنعت نفت ۴ نوع هستند که شامل:
  • ترنسدیوسر کمیت غیر الکتریکی به الکتریکی: وظیفه­ی آن تبدیل تغییرات کمیت­های مختلف مانند درجه حرارت و ... به تغییرات علائم الکتریکی یعنی از ۴ تا ۲۰ میلی آمپر می­باشد.
  • ۲-۲–ترنسدیوسر کمیت فیزیکی به علائم نیوماتیکی: وظیفه­ی آن تبدیل تغییرات کمیت­های مختلف به تغییرات فشار یعنی از ۳ تا ۱۵ Psi می­باشد.
  • ترنسدیوسر علائم نیوماتیکی به علائم الکتریکی: وظیفه­ی آن تبدیل علائم نیوماتیکی یعنی فشار هوا به علائم الکتریکی می­باشد.
  • ترنسدیوسر علائم الکتریکی به نیوماتیکی: وظیفه­ی آن تبدیل علائم الکتریکی با کمک خاصیت الکترومغناطیسی به یک حرکت مکانیکی است و سپس تبدیل آن به علائم نیوماتیکی یعنی فشار هوا می­باشد.

• ترنسمیترها یا انتقال دهنده­ ها: نوعی از ابزار دقیق در صنعت نفت می­باشد که خود به سه بخش حس کننده، مبدل و تقویت کننده تقسیم می­گردد که وظیفه­ی آن اندازه­گیری و حس کردن یک کمیت فیزیکی مانند دما، فشار، سطح و جریان توسط حس کننده و سپس تبدیل آن به یک کمیت الکتریکی یا نیوماتیکی توسط بخش مبدل و سپس تقویت آن توسط تقویت کننده­ی الکتریکی یا نیوماتیکی می­باشد که آن را در نهایت از طریق سیم یا لوله به اتاق کنترل انتقال می­دهد. در تمامی ترنسمیترهای مورد استفاده در صنعت نفت تنها بخش حس کننده متفاوت است.
  • ترنسمیتر درجه حرارت: به دو نوع: نیوماتیکی (افزایش درجه حرارت باعث افزایش فشار شده که این فشار به بلوز انتقال یافته که این حرکت مکانیکی توسط مبدل به نیوماتیکی تبدیل می­شود­ و از آنجا توسط بخش تقویت کننده به اتاق کنترل ارسال می­شود) و الکترونیکی (ولتاژ تولید شده توسط حرارت در انواع سنسورهای دمایی بعد از تقویت به اتاق کنترل می­رود) تقسیم می­شود.

• ترنسمیتر فشار: به سه نوع: نیوماتیکی (فشار فرایند را اندازه­گیری و سپس به فشار هوای ۳ تا ۱۵ Psi تبدیل می­کند که متناسب با مقدار متغیر است و سپس به اتاق کنترل هدایت می­کند)، کپسول­دار (بر اساس فشاری که به کپسول این ترنسمیتر وارد می­شود فشار هوایی معادل ۳ تا ۱۵ Psi تولید کرده که در نهایت به اتاق کنترل انتقال می­دهد) و اختلاف فشار از نوع نیوماتیکی (همانند نوع کپسول دار است اما بجای یک فشار، دو فشار از طرف نفت به دو طرف کپسول آن وارد و سپس فشار هوایی معادل ۳ تا ۱۵ Psi را تولید می­کند و در نهایت به اتاق کنترل انتقال می­دهد در نتیجه جهت اندازه­گیری اختلاف فشار در صنعت نفت به کار می­رود) تقسیم می­شود.

• ترنسمیتر جریان: نوعی از ابزار دقیق در صنعت نفت می­باشد که کار آن انتقال سیگنال­های الکتریکی تولید شده از انواع سنسورهای جریان سنج می­باشد که پرکاربردترین آن نوع توربینی است.

• ترنسمیتر سطح: نوعی از ابزار دقیق در صنعت نفت می­باشد که جهت انتقال تغییرات سطح نفت از محل فرایند به اتاق کنترل به کار می­رود که مشتمل بر سه نوع است: با کمک دستگاه انتقال دهنده­ی فشار و اختلاف فشار، با استفاده از قانون ارشمیدس و الکترونیکی.

• کنترلر: نوعی از ابزار دقیق در صنعت نفت می­باشد که خروجی ترنسمیتر وارد آن شده تا براساس توابعی که برای کنترل کننده تعریف شده، تصمیمات لازم جهت عکس العملی که مورد نیاز می­باشد را اتخاذ کند. در واقع سیگنال خروجی را با مقدار مطلوب آن مقایسه و محاسبات مربوطه انجام می­شود تا مقادیر متغیرهایی که باید تنظیم شوند را معین سازد.

• عنصر نهایی: نوعی از ابزار دقیق در صنعت نفت می­باشد و تصمیماتی که توسط بخش کنترل کننده گرفته شده، توسط آن عملی می­شوند.
• رکوردر: نوعی ابزار دقیق در صنعت نفت می­باشد که به نام­های ثبات و نمایشگر نیز می­شناسند. وظیفه­ی آنها ثبت تغییرات و رفتار فرایندها در این صنعت به صورت شبانه روزی می­باشد.

• ایندیکیتور: نوعی ابزار دقیق در صنعت نفت می­باشند که جهت نمایش عددی یک پارامتر در اتاق کنترل استفاده می­شود.