ساز و کار صفحه اوریفیس و انواع آن

صفحه اوریفیس یکی از معمول‌ترین تجهیزات برای اندازه‌گیری فلو با استفاده از رانسمیترهای اختلاف فشار می‌باشد. در کولرهای گازی بعد از تعویض کمپرسور لازم است لوله موئین نیز تعویض شود اما با نصب اوریفیس دیگر نیازی به تعویض لوله موئین نبوده و دغدغه تعویض این لوله و انتخاب سایز مناسب برطرف می‌گردد. در این مقاله به بررسی ساز و کار اوریفیس و انواع آن می‌پردازیم.

صفحه اوریفیس چیست؟

صفحه اوریفیس ( Orifice plate ) یکی از رایج ترین تجهیزات ابزار دقیق می‌باشد که برای اندازه‌گیری جریان سیالات، کاهش فشار جریان و محدود کردن نرخ جریان عبوری مورد استفاده قرار می‌گیرد و عموما دارای ضخامتی در حدود 1.16 تا 1.4 اینچ است. اوریفیس پلیت صفحه‌ای است فلزی، با ضخامت بسیار کم و شکل هندسی گرد که در مرکز آن یک سوراخ وجود دارد. همچنین دارای یک زبانه می‌باشد که مشخصات اوریفیس پلیت بر روی آن درج شده است. اساس کار این قطعه به این صورت است که اختلاف فشار اندازه‌گیری شده، دبی جریان را تعیین می‌کند.

با نصب اوریفیس پلیت بر روی یک خط جریان و عبور جریان از صفحه، مساحت عبوری جریان کم می‌شود و کاهش سطح موجب ایجاد اختلاف فشار در قبل و بعد صفحه می‌گردد. این اختلاف فشار بستگی زیادی به مقدار سرعت جریان دارد.

نصب صفحه اوریفیس در مسیر لوله موئین، اثر فشار متقابل ایجاد می‌کند و باعث می‌شود فشار استاتیکی بالا دست افزایش یابد. به این ترتیب برای کاهش فشار، فلو از میان اوریفیس پلیت عبور داده می‌شود.

طرز کار صفحه اوریفیس

هنگامی که مایعات به سوراخ تعبیه شده در اورفیس پلیت نزدیک می‌شوند، فشار اندکی افزایش می‌یابد و بعد از عبور از سوراخ فشار ناگهان افت می‌کند. این فرآیند تا رسیدن به فشردگی جریان ادامه می‌یابد و به صورت تدریجی تا حدی بالا می‌رود که تقریبا 5 تا 8 برابر قطر لوله گردد. کاهش فشار هنگام عبور سیال از درون حفره، موجب افزایش سرعت عبور سیال در ناحیه کاهش یافته از دهانه می‌گردد. کاهش مقدار مایعات در زمان خروج از فشار رخ می‌دهد و با افزایش یافتن فشار تمایل دارند به سطح فشار ابتدایی خود برگردند. در صورت عدم وجود جریان، اختلاف نیز وجود نخواهد داشت.

از بین رفتن اصطکاک و آشفتگی در جریان موجب بهبود افت فشار نمی‌شود و زمانی که سرعت جریان افزایش یابد، افت فشار حاصل در حفره بیشتر نیز خواهد شد. در صورت عدم وجود جریان، اختلاف نیز وجود نخواهد داشت. فشار دیفرانسیل و مربع سرعت با یکدیگر تناسب دارند پس می‌توان استنتاج کرد با ثابت بودن همه عوامل، مربع سرعت جریان و دیفرانسیل متناسب خواهند بود.Beta Ratio (d/D)، نسبت قطر صفحه اوریفیس به قطر لوله موئین می، باشد و نظور از d قطر اوریفیس پلیت و منظور از D قطر لوله است.

برای انواع لوله در سایزهای مختلف، صفحه اوریفیس مناسب وجود دارد اما معمولا مقورن و به صرفه‌تر است که از اوریفیس برای لوله‌ها با سایز بزرگتر (بزرگتر از قطر بتای اینچ) استفاده کرد.

انواع صفحه اوریفیس و کاربرد آن ها

اوریفیس پلیت به دلیل کاربردهای مختلفی که دارد در اشکال مختلف ساخته می‌شود تا بتواند اندازه‌گیری جریان را در موارد گوناگون به درستی انجام دهد. باید پیش از استفاده شرایط جریان بررسی شود تا مشخص شود کدام اوریفیس برای اندازه گیری مناسب است.

• اوریفیس متحد المرکز (Concentric Orifice)

نوع متحدالمرکز دارای سوراخی در مرکز دایره می‌باشد و برای سیالات سبک، تمیز و بدون رسوب نظیر آب، بخارات و گازها مناسب است.

• اوریفیس پلیت خارج از مرکز (Eccentric Orifice Plate)

نوع خارج از مرکز دارای سوراخی در نزدیکی پایین صفحه و غیر هم مرکز با دایره می‌باشد و یک دهانه گرد مماس روی دیواره داخلی لوله است. این نوع اوریفیس معمولا برای اندازه‌گیری مایعاتی همراه با انداکی مواد جامد غیر ساینده یا اندازه‌گیری گازهایی همراه با اندکی مایع کاربرد دارد. زیرا هنگام باز شدن در انتهای لوله، مواد جامد و مایعات از آن عبور خواهند کرد.

• صفحه اوریفیس قطاعی ( Segmental Orifice Plate)

در این نوع اوریفیس پلیت سوراخ به صورت نیم دایره و در پایین صفحه ایجاد می‌شود. این نوع صفحه مناسب سیالات همراه با رسوبات و ذرات معلق زیاد می‌باشد. در صفحه قطاعی و صفحه غیر متمرکز دقت اندازه گیری به اندازه اوریفیس متحد المرکز نمی‌باشد.

• اوریفیس پلیت با لبه چهار گوش (Quadrant Edge Orifice)

اوریفیس پلیت چهارگوش مناسب مایعات با ویسکوزیته بالا می باشد و دیواره‌ی آن دارای یک لبه گرد با شعاع مشخص است.

• صفحه اوریفیس با لبه مخروطی ( Conic Edge Orifice)

اوریفیس پلیت با لبه مخروطی مجهز به یک بوش 45 می‌باشد. این بوش رو بع بالا و به طرف جریان روان نصب می‌گردد.

محل نصب شیرآلات اوریفیس پلیت

در اوریفیس پلیت چندین نمونه شیرآلات مورد استفاده قرار می‌گیرد که هریک محل خاص خود را دارا می‌باشند و در ادامه بررسی می‌شوند.

• شیرهای فلنج (Flange Taps)

شیرآلات فلنج در فاصله یک اینچی از بالای دهانه صفحه اوریفیس و یک اینچ از قسمت پایین دست نصب می‌شوند. شیرآلات فلنج عموما در اوریفیس پلیت متحدا المرکز کاربرد دارند.

• لوله‌های شیرآلات (Pipe Taps)

لوله‌های شیرآلات در محل قطر لوله دو بالا دست و قطر لوله 8 پایین دست که نقطه حداکثر بازیابی فشار است، نصب می‌گرد.

• شیرآلات گوشه (Corner Taps)

این شیرآلات در مجاورت صورت‌های صفحه اوریفیس بالادست و پایین دست قرار می‌گیرند. این نوع شیرآلات در اندازه‌های خط کمتر از 2 اینچ برای لوله‌های کم جریان مورد استفاده قرار می‌گیرند.