برای توصیف مشخصات مش‌های سیمی، اصطلاحات “اسمی” و “مطلق” به کار می‌روند. در ابتدا به نظر می‌رسید تنها مقدار کمی سردرگمی در مورد معنی و تفاوت این دو اصطلاح وجود داشته باشد. اما پس از بررسی اندکی مشخص شد که موضوع ساده در نظر گرفته شده است وسردرگمی‌های زیادی وجود دارد.
مش‌های فیلتراسیون و مجموعه‌های فیلتری با انواع مشخصات از جمله قطر سیم، تعداد منافذ در هر اینچ، نوع بافت، درصد فضای باز، تخلخل و یک مشخصه به نام micron retention گاهی اوقات تحت عناوین “اسمی” و “مطلق” فهرست می‌شود. این دو اصطلاح، اسمی و مطلق، می‌تواند منبع بسیاری از سردرگمی‌ها باشد برای کسانی که در جستجوی پاسخ در مورد آنچه می‌توانند از عملکرد پارچه فیلتر انتظار داشته باشند.
برای رفع این سردرگمی، ابتدا دامنه‌ای از اندیشه‌ها، سوءتعبیرها، اظهارنظرهای بدون ضمانت و “تعاریف” موجود در اینترنت را در نظر بگیرید. جستجوی “رتبه‌بندی اسمی در مقابل رتبه بندی مطلق مش ” دستاوردهای زیر را برای به همراه خواهد داشت:
اولاً، همه ما مانند دانشجویان آمار نیستیم که از کلاس آمار تازه فارغ‌التحصیل شده باشیم، بنابراین قابل بخشش است که برخی از ما این کلمات را بدون توجه به معنی دقیق آماری آنها بخوانیم و فقط معنی عامیانه آنها را در نظر بگیریم. برخی از توضیحات بر اساس درک محاوره‌ای از کلمات هستند، درحالی‌که برخی دیگر از تعاریف آماری دقیق استفاده می‌کنند.
چه نکاتی را می‌توان در مورد درجه‌بندی‌های اسمی و مطلق فیلترها به‌طورقطع گفت؟
به‌وضوح، تعاریفی که در اینترنت پیدا می‌شوند، بسیار متفاوت هستند. چگونه می‌توان همه این ادراک‌های متفاوت از اصطلاحات را با یکدیگر سازگار ساخت؟
از آنجاکه یک جستجوی اینترنتی تنها به افزایش ابهام در این موضوع کمک میکند، تصمیم گرفته شد تا مستقیماً به یک منبع مستقل و مورد اعتماد صنعت مراجعه شود. مصاحبه‌ای با آقایان Jon Miles و کیث Keith Brocklehurst ، مدیر آزمایشگاه و دانشمند ارشد در شرکت علمیWhitehouse (Chester, UK) ، یکی از آزمایشگاه‌های تست توصیه شده توسط صنعت برای تأیید مستقل بافت‌های سیمی، برگزار شد. آنها در مورد آزمون‌های چالشی با مهره های شیشه‌ای، در مورد اندازه منافذ مش، توضیح دادند.
آزمون چالشی روشی برای اندازه‌گیری اندازه منافذ یک مش از طریق یک آزمون واقعی است تا مشخص شود چه اندازه ذرات واقعاً از مش عبور می‌کنند. اغلب به آن آزمون مهره‌های شیشه‌ای گفته می‌شود؛ زیرا اغلب با استفاده از مهره‌های شیشه‌ای دقیقاً کالیبره شده با اندازه‌های معلوم و توزیع مشخص انجام می‌گیرد.
Keith اخیراً مقاله‌ای را در کنگره جهانی فیلتراسیون سال ۲۰۲۲، WFC13 در سن دیگو ارائه کرد که هدف آن تعریف یک روش آماری قوی‌تر نسبت به استاندارد آزمون چالش مهره موجود تنظیم شده توسط ANSI/API و ISO برای اندازه‌گیری “بزرگترین اندازه منفذ” ، منافذ مطلق ، برای ارزیابی “صفحات ماسه‌ای درون چاه” مورد استفاده در استخراج نفت مورد استفاده قرار گرفت. اگر در حال حاضر یک استاندارد برای تعیین بزرگترین اندازه منفذ وجود دارد، چرا آنها در حال بازبینی آن هستند و منظورشان از “قوی‌تر” چیست؟ این فرصت مناسبی بود تا کمی از دانش آنها استفاده کنیم.
نمونه ساده شده
هنگام ارزیابی نمونه‌ای از مش سیمی برای استفاده به‌عنوان پارچه فیلتر، یکی از اولین ویژگی‌هایی که بررسی می‌شود، اندازه منافذ مش است. برای مش‌های با بافت مربعی این کار نسبتاً آسان است. منافذ مش به‌سادگی فاصله بین سیم‌ها منهای قطر سیم است. یک مش مربعی با سیم‌هایی که در هر متر، صد سیم قرار گرفته باشند و قطر هر سیم ۱.۰ میلی‌متر باشد، به این معناست که اگر بافت بی‌نقص و ایده‌آل بود، انتظار می‌رود تمام منافذ مش ۹.۰ میلی‌متر باشد. بااین‌حال، گاهی اوقات ممکن است نقایص جزئی در کیفیت فرایند بافت رخ دهد که در آن تعدادی از منافذ مش کاملاً بی‌نقص نباشند. در این حالت، ممکن است یک مهره شیشه‌ای به قطر ۹.۰ میلی‌متر از برخی دهانه‌ها عبور کند و در دهانه‌های ناهموار و کج گرفتار شود. در این نمونه ساده‌شده، بر اساس تعریف آزمایشگاه وایت هاوس، “نقطه برش (Cut-point)” یا ۹۷th percentile (d97) آن صفحه، همان‌طور که توسط مشاهده مستقیم از طریق تحلیل تصویر یا با چالش کشیدن صفحه مش با یک دامنه محدود از ذرات کالیبره شده تعیین می‌شود، ممکن است با مقدار مورد انتظار، یعنی ۹.۰ میلی‌متر، متفاوت باشد. “نقطه برش” یا “d97” هر دو اصطلاحاتی هستند که توسط صنعت فیلتراسیون جهان برای توصیف اندازه منافذ مش که ۹۷٪ از یک محدوده مشخص از ذرات مورد آزمون را به دام می‌اندازد، استفاده می‌شود.
هر دو روش اندازه‌گیری، در نمونه‌ای از مش با ده‌هزار روزنه، بسیار وقت‌گیر است. احتمالاً حتی نماینده بسیار خوبی از بقیه آن رول مش، نباشد، پس چقدر می‌توان به این اعداد “به طور مطلق” اعتماد کرد؟
اگر شما به آزمون هر اینچ مربع از رول نپردازید، یا اگر هر نمونه آزمایش شده دارای یک MPP متفاوت باشد در این صورت MPP یا ۱۰۰th percentile (d100), کمکی نخواهد کرد. در عوض، چطور می‌توان نقطه دیگری نزدیک به MPP را پیدا کرد که می‌توان ثابت کرد دقیق‌تر و مهم‌تر و معنادارتر باشد؟ درصد ۹۹.۵ چطور است؟ بعد از همه این‌ها، در نمونه‌ای از مش با ده هزار سوراخ، ۰.۵٪ برابر با ۵۰ سوراخ است. این موضوع اطلاعات کمی درباره اندازه واقعی بزرگترین سوراخ منفرد می‌گوید، اما اطلاعات بیشتری در مورد آنچه که از بقیه رول مش انتظار می‌رود، ارائه می‌دهد.
این است مفهوم استحکام آماری (مفهوم قوی تری که پیش‌تر گفته شد)؛ برای یک نمونه تعیین شود، به‌طور قابل اطمینانی ویژگی‌های کل را پیش‌بینی خواهد کرد. MPP برای آن یک نمونه از مش هم بسیار دقیق و هم بسیار مشخص است، اما به خوبی با ان نمی‌توان MPP نمونه‌ای دیگر را پیش‌بینی کرد. اندازه‌ای که بیش تر از ۰.۵ درصد سوراخ‌ها بالاتر از آن قرار می‌گیرند، با این حال، عدم قطعیت را میان همه ۵۰ سوراخ توزیع میکند. (اما وقتی صحبت از توزیع عدم قطعیت میان همه ۵۰ سوراخ می‌شود، معنی‌اش این است که اگر ما به حداکثر ۰.۵% بزرگترین سوراخ‌ها نگاه کنیم و از آنها یک اندازه میانگین دریافت کنیم، این میانگین نشان‌دهنده توزیع یکنواخت عدم قطعیت در بین تمام سوراخ‌ها است). این به ما کمک میکند تا درک کنیم که، به طور کلی، چگونه سوراخ‌های کوچکتر توزیع شده‌اند، حتی اگر MPP دقیق برای هر نمونه فرق کند. مهم نیست که MPP در میان آنها چیست، میانگین ۵۰ سوراخ با بزرگترین ابعاد یک عدد بسیار قابل تکرارو پیش‌بینی پذیر خواهد بود، کمی کوچکتر از MPP واقعی هر نمونه، اما قابل استناد از هر نمونه به نمونه دیگر. (در نهایت، اگر به جای تمرکز بر روی MPP دقیق هر نمونه، به میانه اندازه ۵۰ سوراخ بزرگتر نگاه کنیم، می‌توانیم رقمی پیدا کنیم که بسیار ثابت و قابل پیش‌بینی است، و این عدد در واقع از نمونه‌ای به نمونه دیگر تغییر نمی‌کند و به ما اطلاعات قابل اعتمادی می‌دهد حتی اگر این عدد کمی کوچکتر از MPP واقعی باشد.)
ویژگی خوب این نمونه مش این است که استفاده از آن به‌عنوان‌مثال، ساده و قابل‌فهم است. این موضوع محاسبات ذهنی را راحت‌تر میکند و درک مطلب را آسان‌تر؛ بااین‌حال اصلاً برای کارایی فیلتراسیون مناسب نیست. مش‌های فیلتر واقعی باید به نحوی بافته شده باشند که قادر به گرفتن ذرات بسیار کوچکتر از مهره‌های شیشه‌ای ۹ میلی‌متری باشند.
تجربه آزمایشگاهی
حالا یک بافت پیچیده را تصور کنید که حتی ارزیابی اسمی آن تنها در حد یک نظریه تئوری است. این بافت‌ها معمولاً با استفاده از تنوعی از بافت‌های هلندی (Dutch) و یا بافت‌های مورب (twill) و بدون فاصله عملی بین سیم‌ها بافته می‌شوند. (فاصله‌های بین سیم‌ها به‌قدری تنگ هستند که به لحاظ عملی قابل‌تشخیص نیستند). به‌جای منافذ مربعی ساده، منافذ در مش فیلتر باید ماده تحت فیلتر شدن را وادار کنند تا از میان مسیر پیچیده عبور کنند. چنین مش‌هایی دارای رتبه‌بندی اسمی هستند، ولی نمی‌توان رتبه‌بندی اسمی را به‌راحتی با شمردن تعداد سیم‌ها و کم‌کردن قطر سیم‌ها از آن محاسبه کرد و همچنین نمی‌توان آن را به طور مستقیم و به‌آسانی مانند مش‌های مربعی مشاهده و اندازه‌گیری کرد. این تنها می‌تواند از طریق آزمون‌های چالشی استنباط و ارزیابی شود. برای حفظ یکنواختی و کاربردی بودن، ارزیابی اسمی برای این بافت‌ها همچنان متوسط اندازه منافذ باید بکار رود، دقیقاً مانند بافت‌های ساده‌تر مربعی.
برای ارزیابی درجه‌بندی مطلق بافت فیلتر، محاسبات یا مشاهده مستقیم کافی نیست. فقط ازمون چالش قابل استفاده است. اما از کدام صدک آزمون چالش استفاده کنیم؟
با نگاهی دوباره به مقاله‌ای که وایت هاوس در کنفرانس فیلتراسیون ارائه داد، می‌توان دریافت آنها در حال بررسی روش‌هایی برای به‌دست‌آوردن داده‌هایی محکم‌تر از استانداردهای بکار رفته در صنعت نفت بودند. استاندارد اصلی تلاش می‌کرد تا MPP (حداکثر اندازه ذره‌ای که قابل فیلترشدن است) را با استفاده از نمونه‌هایی به قطر ۹۰ میلی‌متر از مش فیلتر کمی سنجید. استاندارد فیلتراسیون ۱۹S که توسط ANSI/API منتشر شده، با هدف جلوگیری از خروج دانه‌های شن بزرگتر از یک اندازه خاص از چاه نفت است تا موجب فرسایش و خرابی سریع‌تر پمپ‌ها نشود.
در واقعیت، اندازه‌گیری تک‌تک منافذ بسیار غیرعملی است. آزمون‌های چالشی واقعی به دنبال راه‌هایی برای دورزدن برخی از شمارش‌ها هستند و به‌جای آن، سعی می‌کنند با استنتاج و برون‌یابی کردن اندازه منافذ را تعیین کنند.
با عبور از مثال ساده شده، به‌جای شمارش تک‌تک منافذ، می‌توان با استفاده هم‌زمان از مهره‌هایی با محدوده اندازه‌ای بسیار کوچک، تعداد زیادی از عملیات شمارش را حذف کرد؛ بنابراین، می‌توان از انجام تعداد زیادی از شمارش‌ها صرف‌نظر کرد اگر از یک دامنه کوچک از مهره‌ها به طور هم‌زمان استفاده شود. وایت هاوس از مجموعه‌ای از اندازه‌های مختلف منافذ مش برای نشان‌دادن نتایج استفاده کرد، اما در اینجا تنها به مواردی که از سری مش‌های ۲۵۰ میکرونی بودند اشاره می‌شود. آنها دامنه‌های کوچکی از استانداردهای مهره‌های کالیبره را تولید و استفاده می‌کنند که هر کدام طوری طراحی شده‌اند که حدوداً یک منفذ اسمی بیشتر یا کمتر از سایز هدف منفذ را پوشش دهند. ( وایت‌هاوس، مهره‌های کالیبرشده‌ای با ابعاد مشخص تولید میکند که هر کدام برای گستره معینی از اندازه‌های منافذ (سوراخ‌های) مش‌ها طراحی شده‌اند، به عبارت دیگر، آنها برای اندازه‌گیری و آزمایش منافذ توریها از مجموعه‌هایی استفاده می‌کنند که هرکدام قادرند یک دامنه محدود از اندازه‌ها را در بر بگیرند. در واقع، برای یک توری با اندازه‌ی ۲۵۰ میکرون، این محدوده حدوداً بین ۲۱۲ تا ۳۰۰ میکرون خواهد بود. برای انجام این کار، نمونه مش را درون یک دستگاه قرار می‌دهند که آن را صاف نگه می‌دارد و برای مدت زمان مشخصی آن را می‌لرزاند، در حالی که تمام مهره‌های شیشه‌ای مورد استفاده برای کالیبراسیون را در خود جای داده است. پس از لرزش، مهره‌هایی که از توری عبور کرده‌اند را آنالیز می‌کنند و به دنبال بزرگ‌ترین‌های آنها هستند.
تشریح اندازه منافذ
همان‌طور که در مثال ساده‌شده‌ای که پیش‌تر بحث شد، ذره با بیشترین قابلیت نفوذ (بزرگترین ذره‌ای که از منافذ عبور میکند) تنها تا حدودی مفید است. برای کاهش عدم‌قطعیت، آنها بزرگترین ذره از ۰.۵ درصد از میکروگوی‌هایی که از مش عبور می‌کنند را ارزیابی می‌کنند و کوچکترین ذره در آن دسته را اندازه‌گیری می‌کنند. این مورد نمایانگر ۹۹.۵ درصد از حفرات بالقوه مطلق می‌باشد (به نمودار توجه شود). برای نمونه‌های خاصی از مش که آنها مورد بررسی قرار دادند، این امر منجر به داشتن یک اندازه متوسط منفذ ۲۵۰ میکرونی شد و برای ۹۹.۵ درصد منافذ بزرگتر، اندازه آنها به ۳۰۲ میکرون رسید. به عبارت دیگر، رتبه‌بندی اسمی برای این مش ۲۵۰ میکرون است و رتبه‌بندی دقیق آن بر اساس اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر در ۹۹.۵ درصد موارد، ۳۰۲ میکرون می‌باشد.
شرکت وایت هاوس اعتبار داده‌های خود را به چند روش مختلف تأیید می‌نماید. آنها با استفاده ازغربال‌های بسیار دقیقی که به روش صافی الکترو فورم (Electroformed sieve) ساخته شده‌اند، مجموعه‌ای از گوی‌های کالیبره را تولید کرده و اندازه‌های آنها را مطابق استانداردهای مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (National Institute of Standards and Technology) (NIST) تصدیق می‌کنند. آنها همچنین با استفاده از اسکنرهای نوری، به‌صورت مستقل داده‌ها را آزمایش و صحت‌سنجی می‌کنند.
شرکت وایت هاوس تعداد مشخص و کمینه‌ای از ذراتی که باید شمارش و تجزیه‌وتحلیل شوند را تعیین کرده است. آنها دریافته‌اند که با استفاده از ۹۹.۵ percentile (d99.5) به جای در نظر بزرگترین ذره ای که از منافذ عبور میکند (d100) ، توانسته‌اند نوسان‌های نتایج را از حدود ۴۷ درصد به تنها ۳ درصد در بین دفعات متوالی آزمایش کاهش دهند.
نتیجه‌گیری
باتوجه‌به تنوع درک و برداشت‌های درست و نادرست درباره چگونگی تعریف رتبه‌بندی‌های اسمی و مطلق مش، منطقی است که چرا برخی از تأمین‌کنندگان مش درباره ارائه رتبه‌بندی‌های مطلق برای مش‌هایی که می‌فروشند تردید دارند یا چرا رتبه‌بندی‌های مطلقی که بدون توضیح بیشتر در مورد روش‌شناسی ارائه می‌شوند چندان مفید نیستند. در نتیجه به همین دلیل است که برخی از تعاریف اینترنتی زیر پتانسیل داشتن “داده‌های خوب” را دارند، ولی به دلیل نبودن هر گونه درصد مشخص‌کننده یا توصیفات و توضیحات بیشتر، کمبود دارند. علاقه به رتبه‌بندی‌های مطلق پس‌زنی غالباً ریشه در خواسته‌ای برای نوعی تضمین دارد که حتی آزمایش‌ها با مهره‌های شیشه‌ای هم نمی‌توانند ارائه دهند. حتی بهترین آزمایش‌ها و گواهینامه‌ها فقط تا حدی می‌توانند در مورد عملکرد فیلتر در شرایط واقعی بگویند. به‌ندرت ذرات موجود در مواد فیلتر شده همانند مهره‌های شیشه‌ای کروی رفتار می‌کنند، و اگر اختلاف فشار کافی وجود داشته باشد، هر ذره‌ای می‌تواند به ذره‌ای با بیشترین قابلیت نفوذ تبدیل گردد و از فیلتر عبور کند.
به‌طورکلی، ارزیابی درجه بندی نگه داری(retention ratings) اسمی ذرات بر اساس میانگین اندازه منافذ استوار است، به این معنا که نیمی از منافذ اندازه بزرگتر و نیمی دیگر اندازه کوچک‌تری دارند. ارزیابی اسمی شاید بهترین ایده را از ذره‌ای که بیشترین نفوذ را دارد ارائه ندهد، ولی پایدارترین، محکم‌ترین، تکرارپذیرترین و ارزشمندترین پیش‌بینی‌کننده برای انتظارات از نمونه‌ای مشخص از آن مش است.
درجه‌بندی مطلق ذرات بر اساس بزرگترین سوراخ‌های توری محاسبه می‌شود و هم اندازه و هم درصد را در نظر می‌گیرد. این درجه‌بندی کمی ضعیف‌تر از درجه‌بندی اسمی است، اما بسیار قوی‌تر از اندازه واقعی MPP هستند. جداول منتشر شده در مورد درجه‌بندی مطلق ذرات می‌تواند نقطه شروع مناسبی برای انتخاب مش باشد، اما نیاز به دیدگاهی محتاطانه در مورد منشأ و اعتبار پیش‌بینی‌های آن دارد.
در نهایت، آزمایشگاه‌هایی مانند Whitehouse Scientific تنها راه برای تایید retention rating یا بازدارندگی یک محصول صافی هستند، و حتی آنها هم فقط احتمال را گواهی می‌کنند. اگر می‌خواهید تأییدی مطلق‌تر از آن داشته باشید، میکروسکوپ خود را بردارید و شمارش را شروع کنید.
به‌طورکلی، برای روشن‌شدن درجات نگهداری و سایر عوامل مربوط به انتخاب فیلتر مش مناسب، با یک متخصص مش سیمی در ارتباط باشید. آنها می‌توانند در درک این موارد و انتخاب توری مناسب برای کاربرد شما، به شما کمک کنند.
Link: https://www.filtnews.com/do-filtration-mesh-micron-ratings-have-you-nominally-confused-or-absolutely-confused/
نویسنده: Kevin Gilbert
تاریخ انتشار: May 1, 2023
مترجم: فروغ خلیلی
ذخیره پست 
