• انواع گیج های اندازه گیری فشار(pressure gauge) و اختلاف فشار (differential pressure gauge)
در صنایع برای اندازه گیری فشار محلی (Local) خطوط عبور سیال یا فشار مخازن مختلف از انواع گیج های فشار یا مانومتر استفاده می شود. بسته به شرایط فرآیندی دقت تجهیز، جنس، نحوه اتصال و همچنین ابعاد و اکسسوری مورد نیاز تعین می شود.
فشار با یکاهای مختلفی بیان میشود. یکای استاندارد ما در دستگاه SI پاسکال می باشد. یک پاسکال برابر مقدار یک نیوتن نیروست که بر یک متر مربع سطح جسمی وارد میگردد. بهترین یکایی که میتواند مرجعی برای سایر یکاها به کار برده شود اتمسفر یا جو (Atmosphere ) است که به صورت فشار متوسط هوا در سطح دریا تعریف میشود. همچنین برحسب واحد های bar،mbar،mmHg،psi،mmH2O نیز بیان می شوند. چون پاسکال یکای کوچکی برای فشار است معمولا از کیلو پاسکال(kpa) که برابر 1000 پاسکال است، استفاده میکنند. هر جو تقریبا برابر 100 kpa است. لازم به ذکر است که واحد فشار در گیج های فشار عمدتأ بر اساس بار و بارگیج می باشد، همچنین گیج های فشار منفی نیز جهت اندازه گیری فشار زیر فشار اتمسفر ساخته شده است. این گیج ها در صورتیکه در فشار جو سطح دریای آزاد به محیط با شرایط خلأ کامل وصل شوند پوینتر یا عقربه آنها عدد منفی یک را نشان خواهد داد. در هر صورت ذکر این نکته بسیار مهم است که فشار اندازگیری شده توسط گیج فشار، فشار اتمسفر محیط بعلاوه فشار فرآیند می باشد (فشار گیج).

نحوه عملکرد یک گیج فشار
جهت مشاهده و قرائت فشار خط لوله یا فشار یک مخزن چه اتفاقی می افتد؟ سیال فرآیندی جهت انتقال سیگنال فشار با قسمتی از گیج که این سیگنال فشار را عمومأ با یک مکانیسم مکانیکی قابل قرائت میکند در ارتباط است. یکی از ادوات همراه گیج فشار که در اکثر مواقع وجودش الزامیست منیفلد دو شیر می باشد، هواگیری پشت گیج جهت عملکرد دقیقتر و انجام ایمن و اصولی سرویس های دوره ای باعث می شود این قطعه همراه جدایی ناپذیر گیج فشار باشد.

استفاده از منیفلد دو شیر جهت عملکرد درست گیج الزامیست.

از آنجایی که این قطعه واسط در ارتباط مستقیم با سیال است (wetted part), از این رو مشخصه های سیال مورد نظر بسیار مهم است. امکان دارد سیال فرآیندی خورنده، رسوب کننده (در دماهای مختلف) و یا در برگیرنده ذرات جامد باشد، در اینصورت انتقال سیگنال فشار بصورت مستقیم انجام نمی گیرد.
در سیالاتی که رسوبی از خود به جا نمی گذارند و دربرگیرنده ذرات جامد نیستند گیج فشار Bourdon type یا C type مناسب است. ساده‌ترین و قدیمی‌ترین شیوه‌های اندازه‌گیری فشار، استفاده از لوله بوردون بوده که در حال حاضر به‌عنوان اصلی‌ترین مبنای طراحی فشارسنج‌ها به کار گرفته می‌شود. در این دستگاه از یک لوله منعطف استفاده‌ شده که عبور یک سیال از آن باعث تغییر وضعیت لوله و درنتیجه حرکت عقربه دستگاه می‌شود. عقربه در انتهای لوله قرار دارد و زمانی که سیال با فشار بالا وارد لوله منعطف می‌شود، لوله خمیده تمایل دارد که به‌صورت راست تغییر وضعیت دهد که این تغییر وضعیت منجر به حرکت عقربه و نشان دادن فشار می‌شود.

اندازه گیری فشار بصورت غیرمستقیم در شرایط زیر لازم است:
- سیال های خورنده
- سیال های با دمای فرآیندی زیاد
- سیال های با گران روی بالا که امکان کریستالایز یا پلیمرایز شدن دارند
- سیال های (non-homogenous) یا ناهمگون
- شرایطی که محل مخزن یا لاین فرآیندی دور از محل قرائت گیج باشد
- سیال های ضدعفونی شده
- خطوط یا مخازن حامل سیال خطرناک یا سمی
- خطوط و یا مخازن با فشار بسیار زیاد که نیاز به اجرای تدابیر حفاظتی ویژه هستند.

مکانیسم انتقال سیگنال فشار سیال به قطعات داخلی گیج بصورت مستقیم در گیج های C-type

نحوه عملکرد انتقال غیر مستقیم سیگنال فشار سیال

سیال فرآیندی با تجهیزاتی به نام دیافراگم از ادوات داخلی (قسمت حساس) گیج جدا می شود. شرایط فرایندی تعیین کننده نوع دیافراگم سیل می باشد.
انواع سیل دیافراگمی:
-سیل دیافراگمی فلنجی

دیافراگم سیل فلنجی به همراه گیج فشار

نوعی از سیل دیافراگمی که مستقیمأ به نازل مخزن یا خط عبوری سیال کوپل می شود. این نوع دیافراگم حتمأ باید با گیج درخواستی کوپل شده و سپس عملیات کالیبراسیون روی آن انجام شود، نکته حائز اهمیت این که فضای بین دیافراگم و بوردون تیوپ گیج بایستی کاملأ از یک سیال غیر قابل تراکم پر شود، معمولء با توجه به دمای پروسس از روغن های مناسب استفاده می شود. با توجه به اینکه در استفاده از این نوع سیل دیافراگمی امکان استفاده از منیفلد 2 شیره وجود ندارد، لذا استفاده از قطعه ای به نام فلاشینگ رینگ (Flushing ring) الزامیست.
فلاشینگ رینگ یک مقطع از یک استوانه تو خالی با دو سوراخ طبق شکل زیر می باشد:

فلاشینگ رینگ به همراه دو ولو ونت و درین

-سیل دیافراگم پیچی
دیافراگم های پیچی نیز مکانیسم فلنچی دارند، منتها بصورت یکپارچه با اتصال پیچی عرضه شده و استفاده می شوند جنس دیافراگم بسته به شرایط سیال می تواند پلاستیک، چرم، تفلن و یا فلز باشد، نکته قابل توجه اینکه استفاده از منیفلد دوشیر در این نوع سیل دیافراگمی الزامیست. همچنین نحوه کوپل کردن و روغن ریزی فضای بوردون تیوپ کیج تا دیافراگم نیز بسیار حائز اهمیت می باشد.

دیافراگم سیل پیچی

سیل دیافراگمی جوشی

قبل از انتخاب یک گیج فشار چه مواردی مهم است؟
ترکیبات سیال تحت فشار فرآیندی(Pressure fluid composition)
جدول زیر در انتخاب جنس قطعه حساس گیج می تواند موثر باشد. (A chemical compatibility chart)
(با توجه به نوع سیال ورودی در جدول زیر و لیست جنس ادوات wetted part A,B,C,D )
D=Consult Factory C=Monel B=316L A=Brass (Copper Alloy)

دمای سیال تحت فشار فرآیندی (Pressure fluid temperature)
دمای بالای برخی سیال های فرآیندی نظیر بخار می تواند عملکرد صحیح گیج ها را تحت تأثیر قرار دهد. به این خاطر لزوم استفاده از siphon و cooling tower و یا diaphragm seal بصورت پیوسته با گیج مشخص می شود.
با توجه به اینکه جریان سیال منتهی به گیج بسته است (فشار استاتیک) و فقط فشار جریان خط توسط این انشعاب منتقل می شود، لذا در دماهای بالای حدنصاب تحمل گیج می توان از قطعه ای به نام کولینگ تاور یا کولینگ المنت استفاده کرد. همچنین سرویس های بخار وقتی منتهی به گیج فشار می شود، امکان چگالش سیال وجود دارد، با پر شدن لوپ سایفون توسط بخار چگالش یافته حرارت سیال فرآیندی به گیج فشار منتقل نمیشود، البته در مناطقی که امکان یخ زدن سیال به دام افتاده درون سایفون وجود داشته باشد بایستی از قبل درون سایفون با سیال ضدیخ زدگی و خنثی پر شود.در این موارد نیز از سایفون استفاده می شود.

کولینگ تاور (راست) و سایفون (راست)

شرایط محیطی (Ambient conditions)
عمدتأ ادوات گیج فشار جهت کارکرد در شرایط دمایی F-40o تا C-40o) F140o تا C60o) برای گیج های خشک یا پر شده با سیلیکون ساخته می شوند. برای گیج های پرشده با گیلیسیرین شرایط دمایی بصورت F-4o تا C-20o) F140o تا C60o) می باشد. خطای قابل قبول حاصل از تغییرات دما -0.3% تا +0.3% به ازای کاهش و افزایش هر 18 درجه فارنهایت می باشد. لازم به ذکر است تمامی دما ها نسبت به دمای مرجع 70oF یا 20o C برای خود گیج و نه برای سیال فرآیندی بیان شده است. برای اندازه گیری دماهای بسیار بالاتر می توان از انتقال سیگنال فشار بصورت ریموت استفاده کرد. همچنین شرایط دمایی و رطوبت جوی نیز باید لحاظ شود. راهکار های جلوگیری از تشکیل شبنم و انتخاب متریال مناسب جهت کیس گیج مهم است.

گستره فشار موجود جهت اندازه گیری (Pressure range)
معمولأ رنج فشار یک گیج فشار به اندازه دو برابر فشار کاری آن انتخاب می شود. همواره فشار کاری گیج نباید بیش از 75% گستره گیج باشد. هر جا فشار و ضربان متناوب باشد، باید گیج فشار را طوری انتخاب کنیم که فشار کاری در 3/2 گستره گیج فشار قرار گیرد. حفاظت گیج های فشار در برابر اعمال فشار بیش از حد مختلف است. یه دریچه پشت گیج فشار با یک درپوش پلاستیکی تعبیه شده (Blow out protection)، در صورتی که بوردون تیوب گیج دچار نشتی یا پارگی بر اثر فشار زیاد شود و داخل گیج از سیال خط پر شود؛ درنهایت سیال از آن دیچه به بیرون هدایت می شود. ولی در صورتی که سیال ما سمی و خطرناک باشد استفاده از گیج گفته شده درست نیست، در موارد اینچنینی یا از گیج های دارای صفحه محافظ یا Solid front استفاده می کنیم و یا اینکه از قطعه ای به نام Over Pressure Protector استفاده می کنیم.

دریچه خروج اضطراری گیج فشار و گیج های دارای صفحه فولادی محافظ

عوامل موثر در فرسایش سیستم (Conditions affecting wear of the system)
برای مقابله با تأثیر ضربان و نوسان سیال در اندازه گیری فشار سیال میتوان از تجهیزاتی مانند اسنابر(snubber) استفاده کرد. همچنین استفاده از روغن داخل گیج نیز باعث افزایش عمر گیج خواهد شد. معمولأ در شرایط دمایی معمولی از گیلیسیرین، دمایی بالا سیلیکون و در مقابل عوامل اکسید کننده مانند کلرین و... از هالوکربن می توان استفاده کرد.

گیج اسنابر (راست) و محافظ جلوگیری کننده از افزایش فشار (چپ)

طریقه نصب (Method of mounting)
بسته به شرایط محل نصب گیج فشار، محل اتصال می تواند از پشت یا زیر گیج باشد، همچنین سایز محل اتصال نیز بسته به شرایط فرآیندی و محل نصب بستگی دارد.

لوازم جانبی (Required accuracy)
با توجه به شرایط فرایندی و اهمیت قابل قرائت بودن گیج فشار کارگذاشته شده در مکان مناسب، استفاده از یکسری لوازم جانبی اجتناب ناپذیر است. برخی از مهمترین این تجهیزات عبارتند از:
1. منیفلد 2 شیر(2 Valve Manifold Block and Bleed Valve/)
2. Cooling tower
3. Siphon
4. Over Pressure Protector
5. Diaphragm seal
6. Remote Diaphragm Seal with Capillary tube

مزیت استفاه از گیج روغنی (گیجی که با روغن پر می شود)
1. روغن داخل گیج ارتعاش بیرونی و تغییرات ناگهانی در فشار را میرا می کند
2. میرا شدن نوسانات و تغییرات ناگهانی فشار اپراتور را قادر به راحتتر خواندن فشار می کند.
3. روغن ادوات متحرک گیج را روانکاری کرده و جلوی فرسایش آنها را می گیرد.
4. با توجه به اینکه روغن هایی که داخل گیج ریخته می شود پایه آبی نیستند و همچنین بدنه این گیج ها کاملأ آببند است، لذا در این گیج ها در مقابل محیط های خورنده و در برابر نفوذ آب حفاظت می شوند.

چه نکاتی در پر کردن گیج از روغن مهم است؟
نوع روغن براساس شرایط استفاده گیج بسیار مهم است، در اغلب موارد استفاده از گیلیسیرین خالص بهترین عملکرد را از خود نشان می دهد ولی رعایت نکات زیر الزامیست:
• گیلیسیرین خالص برای دمای -20 تا 60 درجه سانتی گراد مناسب است ولی برای دماهای زیر این گستره می توان از روغن سیلیکون استفاده کرد، زیرا روغن سیلیکون تا 60- درجه ویسکوزیته پایینی دارد.
• در صورتی که گیج در مجاورت با سیستم الکترونیکی ولتاژ بالا قرار دارد حتمأ از روغن های عایق باید استفاده کرد.
• برای ویسکوزیته های مختلف وابسته به دماهای مختلف نوع روغن تعیین می شود.

	جدول گستره دمای مجاز محیط پیرامون گیج فشار پر شده با روغن، در دماهای بالاتر از حد ماکسیمم گستره روغن داخل گیج تغییر فاز یا حالت داده و در دمای زیر حد مینیمم گستره روغن منجمد می شود.
مقدار مجاز روغن داخل گیج

Differential Pressure Measurement
برای اندازه گیری اختلاف فشار دو نقطه معین از گیج های اندازه گیری اختلاف فشار استفاده می شود. عمدتأ در نظارت بر فیلتراسیون، تشخیص نشتی مخازن، اطمینان از تأمین مناسب فشار پمپ و کشف رسوبات و گرفتگی های احتمالی و همچنین پایش اختلاف فشار خطوط و مخازن مختلف در سیستم های مبتنی بر اختلاف فشار برای استخراج کمیت های کنترلی بسیار مهم استفاده می شوند. این نوع از گیج ها به دو صورت نصب و راه اندازی می شوند:
• اتصال دو انشعاب از دو خط دارای اختلاف فشار (با توجه به نوع فرآیند) از طریق یک شیر پنج راه یا منیفلد پنج شیر (5 valve manifold) به گیج اختلاف فشار که در اغلب موارد از این روش استفاده می شود؛ به این ترتیب که از دو لاین مورد نظر انشعاب گیری و طبق تصاویر زیر از طریق منیفلد پنج شیر به گیج اختلاف فشار منتقل می شود.

یک نمونه گیج اختلاف فشار با منیفلد 5 شیر

نحوه باز و بستن شیرهای منیفلد

• اتصال دو انشعاب از دو خط دارای اختلاف فشار (با توجه به نوع فرآیند) توسط دو سیل دیافراگمی ریموت یا سیل دیافراگمی به همراه دو تا سه متر کپیلاری، با توجه به اینکه در برخی موارد بنا به دلایلی همچون گران روی بسیار بالای سیال یا دمای بالا و یا محدودیت های زیست محیطی و...؛ نمی توان جریان سیال را به گیج اختلاف فشار وارد کرد. همانطور که در سمت راست تصویر دیده میشود اتصال هر یک از دو انشعاب گیج اختلاف فشار می تواند فلنجی یا پیچی باشد، همچنین در سمت چپ تصویر ترتیب نصب فلاشینگ رینگ را برای لنگه کانکشن فلنجی نشان داده شده است.

گیج اختلاف فشار با اتصال سیل دیافراگمی

همچنین در انتخاب گیج فشار یا اختلاف فشار قطر مناسب گیج حائز اهمیت می باشد، عواملی چون شرایط عملیاتی و بهره برداری و همچنین رعایت حریم مجاز هر تجهیز در ایمنی هر چه بیشتر سایت در انتخاب سایز صفحه گیج ها (Dial Size) مهم است.