Mjerenje protoka bakljičnog plina: Tehnologije, odabir, točnost i verifikacija

Taj radni raspon glavni je razlog zašto bi se mjerač protoka bakljičnog plina trebao odabrati iz procesnih podataka, a ne iz željene mjerne tehnologije. Instrument koji radi dobro pri normalnom protoku može izgubiti korisnu rezoluciju na niskom kraju, premašiti svoj validirani raspon tijekom poremećaja ili postati osjetljiv na promjene u svojstvima plina.

Ovaj vodič uspoređuje ultrazvučno mjerenje, mjerenje toplinske mase i diferencijalnog -tlaka, zatim objašnjava uvjete procesa, izvore nesigurnosti, provjere instalacije i korake verifikacije koji su važni prije nego što se specificira mjerač.

Što treba postići mjerenjem protoka baklji?

Sustav baklje osigurava kontrolirani put za plinove koji se oslobađaju tijekom normalnog odzračivanja, pokretanja, gašenja, održavanja, smetnji u procesu i događaja pomoći. Mjerenje plina koji ulazi u taj sustav može podržati praćenje procesa, identifikaciju gubitaka, procjenu učinka baklje, izračune emisija i regulatorno izvješćivanje.

Cilj mjerenja treba definirati prije odabira mjerača. Postrojenje kojem je potrebna samo radna indikacija abnormalnog odzračivanja ne mora nužno imati iste zahtjeve kao rafinerija koja koristi protok baklje u reguliranom izračunu.

Na primjer, trenutačni američki zahtjevi u40 CFR 63.670uključite zahtjeve za kontinuirani ventil za baklju-nadziranje protoka plina za pogođene primjene i zahtijevaju da određeni sustavi protoka uzmu u obzir temperaturu i tlak pri izvješćivanju protoka u standardnim uvjetima. Propisi se razlikuju ovisno o objektu i jurisdikciji, tako da primjenjivu dozvolu i regulatorni okvir treba provjeriti odvojeno od odabira brojila.

Zašto je baklji plin teško mjeriti

Jedno zaglavlje može vidjeti vrlo različite uvjete protoka

Korisno mjerno područje mora pokrivati ​​više od normalne radne točke. Baklja može provesti duga razdoblja blizu minimalnog protoka, a zatim doživjeti brz porast tijekom događaja olakšanja. SICK opisuje mjerenje na baklji kao posebno zahtjevnu primjenu jer se i brzina i sastav plina mogu brzo mijenjati, s vrlo niskim normalnim protokom i mnogo većim protokom za zaustavljanje u istoj instalaciji.

U svrhu specifikacije, sakupite minimalni, normalni i maksimalni protok. Gdje je moguće, izračunajte i odgovarajuće brzine plina. Brzina protoka koja zvuči velika može ipak proizvesti skromnu brzinu u velikom kolektoru, dok manja linija može brzo doseći gornju granicu brzine od jednog metra.

Sastav plina možda neće ostati konstantan

Zajednički konektor baklje može primati struje iz nekoliko jedinica. Plin -bogat vodikom, ugljikovodici, ugljikov dioksid, dušik, para ili druge komponente mogu ući u različitim omjerima kako se radni uvjeti mijenjaju.

Sastav je bitan jer svaki princip mjerenja različito reagira na svojstva plina. Može utjecati na izračune gustoće, toplinska svojstva, molekularnu težinu, akustičnu brzinu i pretvorbu između mase i standardnog volumetrijskog protoka.

Nizak tlak može stvoriti ograničenje mjerenja

Nisko{0}}tlačni plameni plin zaslužuje posebnu pažnju kada se procjenjuje ultrazvučna tehnologija. U stezaljkom-sustavu, zvučni signal mora proći kroz stijenku cijevi i u plin. Velika razlika akustičke-impedancije između čelika i plina niske-gustoće može otežati prijenos signala. Siemens raspravlja o ovom ograničenju posebno zanisko{0}}tlačni plameni plin u čeličnoj cijevi.

To ne znači da ultrazvučno mjerenje nije prikladno za-niskotlačne baklje. To znači da se konstrukcija mjerača, raspored senzora, materijal cijevi, tlak i margina signala moraju procijeniti zajedno. Generičkoultrazvučni mjerač protokanikada se ne bi trebalo pretpostaviti da specifikacija predstavlja svaku konfiguraciju baklje.

Mokri plin i naslage mogu utjecati na senzore

Spaljeni plin nije uvijek suh. Kondenzat, kapljice, krutine ili naslage mogu dospjeti na mjesto mjerenja. Njihov učinak ovisi o instrumentu: naslage mogu promijeniti prijenos topline toplinskog senzora, tlačni otvori se mogu začepiti, a kontaminacija ili tekućina mogu utjecati na kvalitetu ultrazvučnog signala.

Pregled procesa bi stoga trebao uključivati ​​izvedbu knockout-bubnja, očekivanu kondenzaciju, prijenos tekućine i bilo kakvu povijest naslaga na predloženoj lokaciji mjerača.

Tri glavne tehnologije mjerenja protoka spaljenog plina

Ultrazvučno mjerenje protoka

Ultrazvučni mjerači-tranzitnog vremena određuju brzinu plina iz razlike između vremena ultrazvučnog prolaska u smjeru strujanja i suprotno od njega. Za detaljnije objašnjenje fizike mjerenja, pogledajte ovoVodič za princip rada ultrazvučnog mjerača protoka.

Ultrazvučna tehnologija široko se razmatra za baklje jer može mjeriti bez stvaranja značajnog trajnog gubitka tlaka i može se projektirati za širok radni raspon. Namjenski-instrumenti za baklje također mogu pružiti brzinu{2}}-dijagnostike zvuka i signala koja pomaže u razlikovanju promjene procesa od problema s instrumentom.

Važno ograničenje je da "ultrazvučno" opisuje princip mjerenja, a ne zajamčenu radnu omotnicu. Dizajn senzora, broj akustičnih putanja, tlak plina, geometrija cijevi, buka, sastav i maksimalna brzina utječu na performanse. Dokumentacija specifična za-baklju SICK-a, na primjer, tretira brze promjene brzine i sastava kao uvjete dizajna, umjesto da pretpostavlja da će standardni ultrazvučni sustav automatski upravljati njima.

Mjerenje toplinskog masenog protoka

A termički mjerač masenog protokaodređuje maseni protok plina iz odziva-prijenosa topline oko grijanog senzora. Koristan uvod dostupan je u ovom objašnjenjukako funkcionira mjerenje toplinske-disperzije.

Toplinsko mjerenje može biti privlačno kada je korisna niska-osjetljivost protoka i izravan maseni-protok. Također se izbjegava potreba za izvođenjem masenog protoka isključivo iz volumetrijskog očitanja plus zasebnog izračuna gustoće.

Glavno inženjersko pitanje za uslugu baklje je sastav plina. Različiti plinovi različito prenose toplinu, tako da mjerač kalibriran ili konfiguriran za jednu smjesu može reagirati drugačije kada se ta smjesa značajno promijeni. To je razlog zašto dobavljači termo-mjerača traže podatke o sastavu i zašto neki moderni sustavi uključuju načine ažuriranja svojstava plinske-smjese. Temeljni problem dodatno je objašnjen u ovom člankumjerenje toplinske mase plinskih smjesa.

Toplinsku tehnologiju stoga ne treba odbaciti samo zato što sastav baklje može varirati. Umjesto toga, odredite koliko varira, koliko često se mijenja i ima li predloženi mjerač dokumentiranu metodu za rukovanje tom varijacijom.

Diferencijalni tlak i Pitot{0}}sustavi

Diferencijalno{0}}mjerenje tlaka proizlazi iz razlike tlaka koju stvara plin koji se kreće preko ili oko primarnog elementa ili sonde. Sam odašiljač može biti običaninstrument tlaka ili diferencijalnog{0}}tlaka, dok kompletan sustav uključuje primarni uređaj, tlačne priključke, ulaze za-svojstva plina i izračun protoka.

DP tehnologija je poznata i može biti praktična u prikladnim primjenama, ali vrlo nizak baklji protok je izazovan jer raspoloživi diferencijalni tlak pada kako se smanjuje brzina. Na suprotnom kraju, domet sonde i odašiljača mora se prilagoditi maksimalnom vjerodostojnom stanju. Za dublju raspravu o samom pojmu mjerenja pogledajte ovaj pregleddiferencijalni{0}}tlak plina-točnost mjerača.

DP sustavi također zahtijevaju pozornost na impulsne vodove, tlačne otvore, kondenzat, začepljenje i kompenzaciju gustoće. Jednostavna brojka točnosti odašiljača stoga nije isto što i mjerna-nesigurnost ukupnog protoka.

Kako se tehnologije uspoređuju

Ova tablica je alat za probir. Konačni odabir treba koristiti odobrenu radnu omotnicu proizvođača za stvarne uvjete plina, tlaka, temperature, cijevi i brzine.

Stvarni volumen, standardni volumen ili maseni protok?

Jedna greška u specifikaciji je traženje "tijeka" bez definiranja njegove osnove.

Stvarni volumetrijski protokopisuje volumen koji prolazi kroz cijev pri radnom tlaku i temperaturi.Standardni volumetrijski protokizražava taj volumen plina pri definiranim referentnim uvjetima.Maseni protokpredstavlja masu koja prolazi kroz sustav u jedinici vremena.

Ove vrijednosti su povezane, ali nisu međusobno zamjenjive. Volumen plina mijenja se s tlakom i temperaturom, zbog čega mjerač može prijaviti ispravnu stvarnu brzinu, dok je standardni-izračun protoka pogrešan jer su tlak, temperatura, molekularna težina ili referentni uvjeti pogrešno konfigurirani.

Ova je razlika detaljnije obrađena u vodiču za stranicumaseni protok u odnosu na volumenski protok. Kada su podaci o tlaku dio pretvorbe, također se pobrinite da se inženjerski tim složi oko apsolutnog u odnosu na manometar; razlika izmeđuPSI, PSIA i PSIGnije detalj oblikovanja.

Za pogođene aplikacije u rafinerijama u SAD-u, 40 CFR 63.670 navodi standardne uvjete za određene nadzirane izračune volumetrijskog protoka i dopušta pretvorbu masenog protoka pomoću molekularne težine određene iz sastava. Taj regulatorni primjer ilustrira zašto bi se tražena osnova za izvješćivanje trebala podmiriti prije nego što se instrumentacija konfigurira.

Točnost nije isto što i potpuna mjerna nesigurnost

Podatkovna tablica mjerača može navesti vrijednost točnosti, ali na nesigurnost baklje-protoka utječe cijeli mjerni sustav.

Potencijalni suradnici uključuju:

• kalibracija i ponovljivost mjerača;
• rad blizu donjeg ili visokog kraja validiranog raspona;
• pogreška unutarnjeg-promjera cijevi;
• iskrivljeni ili vrtložni profili brzine;
• nesigurnost sastava-plina;
• mjerenje tlaka i temperature;
• standardna{0}}pretvorba protoka;
• kontaminacija senzora ili degradacija signala;
• instalacijski parametri pogrešno uneseni u transmiter.

Za ultrazvučne sustave posebno je važna razlika između točnosti instrumenta i točnosti primjene. Laboratorijski broj performansi ne može sam po sebi objasniti neprikladni akustični put, netočne podatke o cijevi ili poremećeni protok. Rasprava na stranici otočnost ultrazvučnog mjerača protokapruža korisnu pozadinu, ali primjenu baklje ipak treba pregledati u odnosu na specifičnu dokumentaciju mjerača.

Ako mjerenje podržava izvješćivanje ili ugovorni zahtjev, definirajte potrebnu nesigurnost i metodu provjere prije kupnje. U suprotnom, projekt može otkriti nakon instalacije da je odabrani instrument tehnički funkcionalan, ali ne zadovoljava cilj mjerenja.

Kako odabrati mjerač protoka bakljičnog plina

1. Odredite punu radnu omotnicu

Zabilježite minimalni, normalni i maksimalni protok, tlak i temperaturu. Uključite pokretanje, isključivanje, čišćenje, olakšanje i druge vjerodostojne nenormalne uvjete umjesto oslanjanja na jednu točku dizajna.

2. Opišite sastav i varijabilnost plina

Osigurajte reprezentativne sastave za važne operativne slučajeve. Ako nekoliko procesnih jedinica opskrbljuje jedan kolektor, jedna analiza "tipičnih plinova" može sakriti stanje koje je najteže za mjerač.

3. Potvrdite potrebnu osnovu protoka

Navedite je li traženi izlaz stvarni volumen, standardni volumen, maseni protok, brzina ili više od jednog od navedenog. Eksplicitno definirajte standardne referentne uvjete.

4. Dokumentirajte cijev i predloženu lokaciju mjerača

Zabilježite vanjski promjer cijevi, debljinu stijenke ili raspored, materijal, oblogu ako postoji, orijentaciju i dostupni pristup. Identificirajte obližnja koljena, T-kolice, ventile, reduktore, zaglavlja i druge smetnje. Odnos izmeđubrzina protoka i tlaktakođer može biti korisna pozadina pri pregledu uvjeta procesa, iako potpuni izračun baklje može zahtijevati dodatne informacije o svoj-plinu.

5. Rano identificirajte ograničenja instalacije

Može li se linija ugasiti? Može li se rezati? Je li dopušteno vruće točenje? Je li instalacija umetanja prihvatljiva? Je li za lokaciju potrebno odobrenje-opasnog područja? Ova pitanja mogu eliminirati inače atraktivne tehnologije prije nego što se obavi nepotreban inženjerski posao. Za toplinske instrumente, ova rasprava omjerila toplinske mase u opasnim područjimapruža dodatni kontekst, ali stvarno odobrenje mora se provjeriti na certifikatu odabranog proizvoda.

6. Zatražite od dobavljača-dokaze specifične za primjenu

Nemojte se zaustaviti na "ova tehnologija može mjeriti plameni plin." Pitajte je li predložena konfiguracija procijenjena za vaš minimalni tlak, maksimalnu brzinu, plinsku matricu, veličinu cijevi, rizik od kontaminacije i potrebnu nesigurnost.

Za zahtjevnu ultrazvučnu uslugu, zatražite očekivanu marginu signala ili procjenu primjene proizvođača. Za toplinska mjerenja pitajte kako se postupa s promjenama sastava. Za DP sustave provjerite raspoloživi diferencijalni tlak pri minimalnom protoku i raspon pri maksimalnom protoku.

Instalacija i provjera: Što treba provjeriti?

Ispitivanje protoka spaljenog plina treba tretirati odvojeno od kontinuiranog mjerenja protoka. Testiranjem i provjerom utvrđuje se je li instalirani sustav konfiguriran i ponaša li se kako je predviđeno.

Praktična provjera puštanja u pogon trebala bi uključivati:

• stvarne dimenzije cijevi odgovaraju konfiguraciji odašiljača;
• položaj i orijentacija senzora odgovaraju instalacijskom crtežu;
• smjer protoka je ispravan;
• dokumentirane su inženjerske jedinice i standardni referentni uvjeti;
• unosi tlaka i temperature su razumni i koriste ispravnu apsolutnu ili baznu osnovu;
• konfiguracija sastava plina ili molekularne-težine odgovara predviđenom operativnom slučaju;
• analogni, pulsni i digitalni izlazi su pravilno skalirani;
• dijagnostika mjerača bilježi se kao osnovna vrijednost;
• nulto ili očekivano nisko-ponašanje protoka provjerava se kada uvjeti procesa dopuštaju;
• konfigurirani raspon mjerača pokriva specificiranu radnu omotnicu.

Dokumentaciju o umjeravanju također treba pregledati, a ne tretirati je kao potvrdu koju treba arhivirati. Ovaj pregled odkalibracija mjerača protokapruža korisnu pozadinu koncepta kalibracije.

Za ultrazvučno mjerenje baklje, zabilježite dijagnostičke vrijednosti pri puštanju u rad. Buduća promjena kvalitete signala ili brzine zvuka tada se može usporediti s poznatom osnovnom linijom. Sam uvjerljivi broj protoka nije dovoljan da pokaže da mjerenje ostaje ispravno.

Uobičajeni problemi i što prvo provjeriti

Ultrazvučni signal postaje slab

Provjerite jesu li se tlak, sastav, temperatura ili uvjeti cijevi promijenili prije podešavanja parametara transmitera. Niska gustoća plina, akustični šum, naslage, poravnanje senzora i rad izvan predviđenog raspona brzine mogu utjecati na kvalitetu signala.

Očitavanje postaje nestabilno

Usporedite trend protoka s procesnim podacima. Pravi tok baklje može biti nestabilan. Ako je proces stabilan, istražite sastav plina, prijenos tekućine, poremećaj-profila protoka, ulaze tlaka i temperature i dijagnostiku mjerača.

Standardni protok izgleda pogrešno, ali brzina izgleda razumno

Provjerite referentnu temperaturu i tlak, ulazni apsolutni tlak, molekularnu težinu, konfiguraciju plina i inženjerske jedinice. Ovaj obrazac često ukazuje na sloj konverzije, a ne na samo mjerenje brzine.

Termomjer se mijenja nakon promjene izvora plina

Pregledajte novi sastav u odnosu na plin korišten za kalibraciju ili konfiguraciju. Mjerenje toplinske mase inherentno je povezano sa svojstvima prijenosa-topline plina. Sierrin tehnički materijal namjerila toplinskog umetanja i sastav plinaobjašnjava zašto su plinske smjese obično dio konfiguracije brojila.

Primjer praktičnog odabira

Razmotrite hipotetski veliki kolektor za baklju rafinerije koji obično nosi mali protok pročišćavanja, ali može primati plinove iz nekoliko jedinica tijekom gašenja. Tlak je nizak, sastav se značajno mijenja, a maksimalna brzina daleko je iznad normalnih radnih uvjeta.

Bilo bi prerano odabrati mjerač samo iz normalnog protoka. Inženjerski slijed bi trebao biti:

• izračunati brzinu pri minimalnim, normalnim i maksimalnim uvjetima;
• identificirati najniži{0}}pritisak;
• definirati očekivani raspon sastava plina;
• provjeriti je li prijenos tekućine vjerodostojan;
• pregled dostupnih ravnih linija i geometrije cijevi;
• provjeriti svaku tehnologiju mjerača u odnosu na te uvjete;
• zatražite dokaze-specifične izvedbe aplikacije za preostale opcije.

Ultrazvučno mjerenje moglo bi se pokazati kao jak kandidat zbog širokog raspona i zahtjeva za-niskim gubitkom tlaka, ali nisko{1}}stezaljka-na konfiguraciji mogla bi propasti akustički pregled. Namjenski-ugrađeni linijski ili ultrazvučni dizajn za umetanje mogao bi ostati održiv. Termometar može biti atraktivan pri niskom protoku, ali trebat će obranjivu metodu za rukovanje promjenama sastava. DP rješenje treba dovoljno diferencijalnog tlaka na niskom kraju bez prekoračenja njegovog raspona tijekom slučaja visokog-protoka.

Vrijednost primjera nije u tome što jedna tehnologija "pobjeđuje". Pokazuje zašto je odabir-mjerača baklje prvo problem-uvjeta procesa, a zatim-problem kategorije instrumenta.

Informacije koje treba pripremiti prije nego što zatražite ponudu

• cilj mjerenja i primjenjivi zahtjev za izvješćivanje;
• minimalni, normalni i maksimalni protok ili brzina;
• minimalni, normalni i maksimalni tlak;
• minimalna, normalna i maksimalna temperatura;
• sastav plina za relevantne radne slučajeve;
• očekivane tekućine, krutine ili naslage;
• OD cijevi, ID ili raspored i materijal;
• nacrt cjevovoda i dostupan ravni dio;
• klasifikacija-opasnih područja;
• potrebna osnova protoka i referentni uvjeti;
• potrebni izlazi i komunikacijski protokol;
• ograničenja instalacije i isključivanja;
• zahtjevi za točnost, nesigurnost, kalibraciju i verifikaciju.

Pružanje ovih informacija omogućuje dobavljaču da procijeni stvarnu primjenu umjesto da preporuči metar samo na temelju veličine cijevi i normalnog protoka. Ako imate te podatke spremne, možete ih dostaviti i putemprijavni upitnikza tehnički pregled.

Često postavljana pitanja

Koji je najbolji mjerač protoka za spaljeni plin?

Ne postoji univerzalna najbolja tehnologija. Namjenski ultrazvučni mjerači često su jaki kandidati za glavne baklje s velikim varijacijama protoka, dok toplinska masa i DP sustavi mogu biti učinkoviti u odgovarajućim uvjetima. Odluka bi se trebala temeljiti na radnom rasponu, sastavu, tlaku, instalaciji, riziku od kontaminacije i potrebnoj nesigurnosti.

Može li ultrazvučni mjerač protoka mjeriti nisko{0}}tlačni baklji?

Da, u odgovarajućim konfiguracijama, ali plin-niskog tlaka može otežati akustička mjerenja. Mjerenje-stezaljkom kroz čeličnu cijev zahtijeva posebno ispitivanje jer samo dio ultrazvučne energije može ući u plin-niske gustoće. Koristite procjenu primjene proizvođača radije nego generičku pretpostavku tlaka.

Utječe li promjena sastava plina na mjerenje protoka u baklji?

Da. Učinak ovisi o principu mjerenja. Sastav može promijeniti gustoću, molekularnu težinu, toplinska svojstva i brzinu zvuka. Mjerenje toplinske mase posebno je osjetljivo na svojstva prijenosa-topline plina koja se koriste u kalibraciji ili konfiguraciji.

Zašto su tlak i temperatura potrebni za mjerenje protoka u baklji?

Oni su potrebni kada se stvarni volumetrijski protok mora pretvoriti u definirane standardne uvjete i također mogu utjecati na gustoću i performanse mjerača. Potrebni inputi ovise o principu mjerenja i osnovi izvještavanja.

Koliko često treba kalibrirati mjerač protoka baklji?

Ne postoji univerzalni interval koji se odnosi na svaki bakljemjer. Učestalost kalibracije i verifikacije trebala bi slijediti primjenjivu regulativu, specifikaciju projekta, smjernice proizvođača, kritičnost mjerenja i dokaze iz dijagnostike instrumenta ili povijesne performanse.

Je li točnost mjerača isto što i mjerna nesigurnost?

Ne. Točnost mjerača opisuje samo dio mjernog sustava. Dimenzije cijevi, učinci instalacije, svojstva plina, instrumenti za tlak i temperaturu, izračuni pretvorbe, kalibracija i radni raspon mogu pridonijeti nesigurnosti konačnog prijavljenog protoka.

Zaključak

Pouzdano mjerenje protoka spaljenog plina počinje s radnom omotnicom, a ne s katalogom mjerača. Inženjerski tim bi trebao razumjeti koliko protok može varirati, kako se mijenja sastav, koji se tlak i temperaturni uvjeti javljaju, što dopušta geometrija cijevi i što mora predstavljati konačna prijavljena vrijednost.

Ultrazvučne tehnologije, tehnologije toplinske mase i diferencijalnog{0}}tlaka imaju legitimne primjene. Korisno pitanje nije koji je princip univerzalno najbolji, već koji predloženi mjerač može pokazati odgovarajuće performanse u stvarnim minimalnim i maksimalnim uvjetima sustava baklje.

Definirajte osnovu protoka, pregledajte ukupnu mjernu nesigurnost, provjerite ograničenja instalacije i uspostavite osnovnu liniju verifikacije prije nego što instrument postane dio rutinskog izvješćivanja postrojenja. Ti koraci čine više za pouzdanost mjerenja od odabira tehnologije iz jednog broja točnosti ili normalnog-uvjeta protoka.