لول گیج یا گیج سطح (Glass Level Gauge) که به آن گیج سطح مایعات (Liquid Level Gauge) نیز می‌گویند، ساده‌ترین نمایشگر سطح برای مایعات درون یک مخزن است.
حتی با وجود تکنولوژی‌های پیشرفته برای اندازه‌گیری سطح، همچنان لول گیج در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد و به عنوان یک نشانگر مستقیم سطح برای اپراتورهای سایت عمل می‌کند. گاهی لول گیج، در شرایطی که در دقت سایر تجهیزها شک داشته باشند، اپراتورها را در مانیتورینگ فرایند کمک می‌کند. در این مقاله از وبلاگ پریسماتک به بررسی مشخصات لول گیج و انواع مختلف آن می‌پردازیم. تا پایان با ما همراه باشید.
لول گیج شیشه‌ای برای اندازه‌گیری سطح مایعات همانند مانومتر برای اندازه‌گیری فشار است. در واقع، هر دو دارای ساختار بسیار ساده و موثری برای نمایش مستقیم پارامتر مد نظر در فرایند هستند.
در ساده‌ترین فرم، لول گیج چیزی به جز یک تیوب شفاف نیست که سیال فرایند درون آن دیده می‌شود. در تصویر زیر نمونه‌ای از یک لول گیج شیشه ای نشان داده شده است.
اساس کار لول گیج شیشه ای “قانون ظروف مرتبط ” است.
این قانون بیان می‌کند که دو ظرف مجزای حاوی مایعات، تا زمانی که از هم جدا و بی‌ارتباط باشند، می‌توانند در دو ارتفاع مختلف قرار گیرند. اما به محض آن‌که این دو ظرف را با لوله‌ای بهم وصل کنیم، محتوای ظرفی که در ارتفاع بالاتر قرار دارد شروع به حرکت به سوی ظرف پایین‌تر کرده و سطح مایع موجود در ظرف کم ارتفاع‌تر را بالا می‌برد، و این جریان تا جایی ادامه دارد که مایعات درون هر دو ظرف هم‌سطح شوند.
اگر دو مایع مخلوط نشدنی با وزن مخصوص متفاوت را در دو ظرف بریزیم که به هم مرتبط هستند، سطوح آزاد مایع در دو ظرف یکسان نبوده و ارتفاع آن‌ها با عکس جرم مخصوصشان متناسب خواهد بود.
یک لول گیج شیشه ای شبیه به مانومتر فشار تیوب U شکل، با اعمال فشار یکسان به دو ستون مایع عمل می‌کند. یکی از ستون‌ها مایع درون لول گیج و ستون دیگر مایع درون مخزن است. در تصویر زیر طرز کار لول گیج و نحوه نمایش سطح مایع درون یک مخزن را می‌توان مشاهده کرد.
ولوهای لول گیج شیشه ای امکان تعویض لول گیج بدون تخلیه کردن و کاهش فشار (depressurizing) مخزن فرایند را فراهم میکنند. این ولوها معمولا با تجهیزات محدود‌کننده فلو همراه هستند که حتی در صورت پارگی تیوب و باز بودن ولو، مایع زیادی تخلیه نشود. سایز این ولوها معمولا ۲ اینچ است.
نکته‌ای که باید به آن توجه کرد این است که مخازن ٪۱۰۰ پر نمی‌شوند، بلکه معمولا تا حد ٪۹۰ پر می‌شوند. اما ولو بالایی، حداقل ۱۵۰ سانتی‌متر بالاتر از این حد که به HH شناخته می‌شود، قرار می‌گیرند.
همچنین ولو پایینی ۱۵۰ سانتی‌متر پایین‌تر از LL که سطح مایع در مخزن حدود ٪۲۰ است، نصب می‌شود.
علاوه بر این دو ولو، دو عدد ولو دیگر به نام‌های ولو vent و ولو drain نیز در بالا و پایین لول گیج شیشه ای نصب می‌شوند که برای تخلیه لول گیج مورد استفاده قرار می‌گیرند. در تصویر زیر این چهار عدد ولو نشان داده شده‌اند.
معمولا طول لول گیج‌های شیشه‌ای ۲ متر است. برای مخازن با ارتفاع بالاتر از ۲ متر باید از تعداد بیشتری لول گیج استفاده شود. در این شرایط لازم است از تجهیزی به نام استند پایپ (stand pipe) استفاده شود.
چون اگر به ازای هر لول گیج دو سوراخ در مخزن برای نصب ایجاد شود، مخزن به شدت تضعیف می‌شود. پس ابتدا استند پایپ را با دو ولو به مخزن متصل کرده و سپس تمام لول گیج‌ها به استند پایپ متصل می‌شوند. در تصویر زیر نصب سه لول گیج بر روی یک استند پایپ نشان داده شده است.
استند پایپ در دو نوع ۲ اینچی و ۳ اینچی موجود است که بر روی هر کدام به ترتیب ۳ لول گیج و ۵ لول گیج شیشه ای نصب می‌شود. بین هر دو لول گیج باید ۵۰ میلی‌متر همپوشانی وجود داشته باشد.
در تصویر فوق، فواصل center to center یا C-C length و visible length مشخص شده است. برای تعیین تعداد بخش‌های لازم لول گیج از روی C-C length و visible length باید به جدول زیر توجه کرد.
| C-C length (mm) | visible length (mm) | Level gauge size | Glass size | No. of sections |
| 600 | 320 | 1*9 | 9 (340 mm) | 1 |
| 950 | 680 | 2*9 | 9 (340 mm) | 2 |
| 1300 | 1040 | 3*9 | 9 (340 mm) | 3 |
| 1650 | 1400 | 4*9 | 9 (340 mm) | 4 |
| 2000 | 1760 | 5*9 | 9 (340 mm) | 5 |
فرضا اگر مقدار HH برابر با ۱۳۰۰mm و LL برابر با ۳۰۰mm باشد. آنگاه با توجه به موارد بیان شده محاسبات به صورت زیر خواهد بود:
۱۴۵۰= ۱۵۰ + ۱۳۰۰ = محل ولو بالا
۱۵۰ = ۱۵۰ – ۳۰۰ = محل ولو پایین
۱۳۰۰ =۱۵۰ – ۱۴۵۰ = C-C length
حال با توجه به فاصله ۱۳۰۰ میلی‌متر به دست آمده برای C-C length مشخص می‌شود به ۳ عدد سکشن لول گیج نیاز داریم.
لول گیج انواع مختلفی دارد که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.
سایت گلس یک پنجره شیشه‌ایی یا تیوب است که بر روی مخزن نصب می‌شود و به اپراتور امکان دیدن داخل مخزن را می‌دهد. گاهی لازم است اپراتور درون مخزن را مشاهده کند و از سطح مایع درون مخزن یا بهینه بودن و امنیت فرایند درون آن اطمینان حاصل کند.
سایت گلس‌ها می‌توانند به فرم یک دیسک شیشه‌ای با فلنج فلزی باشند و بر روی نازل مخزن نصب شوند و یا به فرم یک تیوب عمودی با کانکشن فلنجی در بالا و پایین آن باشند. در تصویر زیر انواع سایت گلس نشان داده شده است.
این سایت گلس‌ها در واقع لول گیج‌های دائمی هستند که نشانگر سطح را برای سطوح خاصی از مایع یا بازه‌های خیلی کوچک فراهم میکنند.
این نوع لول گیج یک استوانه یک تکه شیشه‌ای است که حداکثر ۷۵۰ میلی‌میتر طول دارد و دارای حفاظی به نام میکا شیلد است.
لول گیج رفلکس بر اساس قانون بازتاب و شکست نور کار میکنند. در لول گیج رفلکس، قسمت جلوی چمبر فلزی با یک شیشه پوشانده شده است که دارای دندانه‌های منشوری‌مانند است.
همان طور که در بالا اشاره شد، زمانی که مایع وارد چمبر گیج می‌شود، بر اساس قانون ظروف مرتبط دارای سطح یکسان با مایع درون مخزن خواهد بود. سطح مایع توسط روشنایی متفاوت شیشه بین قسمت دارای مایع و قسمت خالی یا دارای گاز مشخص می‌شود. لول گیج رفلکس در تصویر زیر نشان داده شده است.
به عبارت دیگر، زاویه بازتاب نور در ناحیه گاز کمتر از ۴۵ درجه است، بنابراین در این ناحیه نور مجددا به سمت شیشه بازتاب می‌شود و به رنگ نقره‌ای ظاهر می‌شود. به علت تفاوت بالای بین ضریب شکست گاز و شیشه، نور نمی‌تواند از شیشه عبور کند و بازتاب می‌شود.
به این حالت بازتاب داخل کلی (total internal reflection) می‌گویند. اما زاویه بازتاب نور در ناحیه مایع بزرگتر از ۴۵ درجه است، بنابراین نور مجددا بازتاب داده نمی‌شود و شیشه در ناحیه مایع تاریک‌تر دیده می‌شود. به علت تفاوت کم بین ضریب شکست مایع و شیشه، نور از شیشه عبور می‌کند. این تجهیز به نور اضافی نیاز ندارد و روشنایی روز برای دیدن سطح مایع کافی است.
لول گیج رفلکس برای سیالات تمیز و شفاف مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای سیالات خورنده و بخار کاربرد ندارد. زیرا میکا شیلد (mica shield) که برای محافظت از شیشه الزامی است را نمی‌توان با شیشه منشوری نصب کرد. همچنین لول گیج رفلکسی برای سرویس‌های با دو سیال دارای چگالی متفاوت نیز مناسب نیست.
زیرا مرز بین دو مایع بالا و پایین را نمی‌توان دقیق مشخص کرد. اما این نوع لول گیج برای هیدروکربن‌های سبک که تیره و کثیف نباشند می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. هیدروکربن‌های سنگین‌تر و مایعات کثیف و تیره روی شیشه را با لایه‌ای تاریک می‌پوشانند و سطوح مایع پایین دیگر قابل تشخیص نخواهد بود.
لول گیج ترنسپرنت دارای دو پنل شیشه‌ای مسطح در جلو و پشت چمبر است. پرتو نور از شیشه پشتی وارد می‌شود و از درون سیال عبور کرده و از شیشه جلویی خارج می‌شود. تفاوت بین شفافیت سیال‌های مختلف موجب تشخیص سطح آن‌ها می‌شود. معمولا در پشت لول گیج‌های transparent از یک نورافکن استفاده می‌شود تا تشخیص سطح بهتر انجام شود. ساختار این لول گیج در تصویر زیر نشان داده شده است.
به دلیل اینکه سطح مایعات با شفافیت‌های مختلف می‌توانند با این نوع لول گیج تشخیص داده شود، در نتیجه می‌توان از آن برای تشخیص مرز بین مایعات با چگالی مختلف نیز استفاده کرد. برای محافظت از شیشه در برابر بخارات و محلول‌های اسیدی و بازی داغ و سایر سیالات خورنده، باید از میکا شیلد بر روی شیشه در لول گیج transparent نیز حتما استفاده شود.
گیج سطح transparent را می‌توان در کاربردهای زیر مورد استفاده قرار داد:
لول گیج دو رنگ برای نشان دادن سطح آب و بخار در دیگ‌های بخار بویلرهای فشار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این گیج سطح، آب در قسمت پایین با رنگ سبز و بخار در قسمت بالا با رنگ قرمز نشان داده می‌شود.
این تجهیز از بدنه استیل ضدزنگ با سطح مقطع ذوزنقه‌ای، دو شیشه در جلو و عقب بدنه، یک فیلتر دو رنگ و یک نورافکن در پشت شیشه تشکیل شده است. به دلیل شکل ذوزنقه‌ای بدنه، شیشه‌ها با همدیگر موازی نیستند. فیلتر دو رنگ در پشت شیشه قرار داده شده است و پرتوهای نور نورافکن را به رنگ‌های سبز و قرمز تبدیل می‌کند. نور سبز و قرمز هنگام عبور مورب از درون شیشه و آب و شیشه و بخار ضریب شکست متفاوتی دارند.
در قسمت پایین که آب کندانس‌شده جمع شده است، نور قرمز منحرف می‌شود و به دلیل شیشه‌های غیرموازی نمی‌توانند از شیشه جلویی عبور کنند. اما نور سبز می‌تواند به شیشه جلویی برسد و ناظر بیرونی این بخش از لول گیج را سبز رنگ می‌بیند.
در قسمت بالا که حاوی بخار است، نور سبز رنگ منحرف می‌شود و نمی‌تواند از شیشه جلو عبور کند. اما نور قرمز از شیشه جلو رد می‌شوند و این قسمت از گیج سطح قرمز دیده می‌شود. به دلیل محافظت در برابر دمای بالا، شیشه‌های جلو و عقب با میکا شیلد پوشانده شده‌اند.
لول گیج مغناطیسی (Magnetic) نوعی دیگر از لول گیج‌ها به شمار می‌آید که از یک شناور با مغناطیس دائم درون یک چمبر فلزی غیرمغناطیسی و یک نشانگر مغناطیسی با قسمت‌های چرخان تشکیل شده است.
این لول گیج قسمت شیشه‌ای و محدودیت طول لول گیج‌های شیشه‌ای را ندارد و می‌تواند در کاربردهای دما و فشار بالا مورد استفاده قرار بگیرد. مزیت دیگر این نوع لول گیج نسبت به لول گیج‌های شیشه‌ای این است که سطح را از فواصل دورتر نیز می‌توان مشاهده کرد.
سطح مایع در چمبر لول گیج مغناطیسی به اندازه سطح مایع درون مخزن است. شناور بر اساس قانون بویانسی روی سطح سیال باقی می‌ماند. درون شناور یک آهنربا وجود دارد که با بالا و پایین رفتن شناور در سطح سیال، یک سری برگه‌های دو رنگ مغناطیسی را می‌چرخاند و موجب تغییر رنگ آن‌ها در نوار مغناطیسی می‌شود.
در نتیجه رنگ نوار مغناطیسی از قسمت شناور به پایین با رنگ نشانگر از شناور به بالا متفاوت خواهد بود و از روی آن سطح مایع مشخص می‌شود.
اگر این مطلب برای شما مفید بود، شاید به مطالب زیر نیز علاقه‌مند باشید :
سوئیچ سطح یا لول سوئیچ و انواع آن
ترانسمیتر سطح فشار تفاضلی یا لول ترانسمیتر D/P type ــ از صفر تا صد
فلومتر اختلاف فشار یا فشار تفاضلی
ترمیستور چیست و چگونه کار می‌کند؟
ترموول (Thermowell) ــ انواع مختلف، تعیین طول و نحوه نصب
پریسماتک اولین تولیدکننده رفرکتومتر، فلومتر و کنداکتیویتی‌مترهای صنعتی در انواع مختلف است.
برای راهنمایی در انتخاب این ابزارها با شماره های شرکت تماس بگیرید.
محصولات پریسماتک :
