Mjerenje protoka bakljenog plina: tehnologije, odabir, tačnost i verifikacija

Taj radni opseg je glavni razlog zašto bi mjerač protoka bakljenog plina trebao biti odabran na osnovu podataka procesa, a ne iz preferirane tehnologije mjerenja. Instrument koji dobro radi pri normalnom protoku može izgubiti korisnu rezoluciju na donjem kraju, premašiti svoj validirani opseg tokom poremećaja ili postati osjetljiv na promjene svojstava plina.

Ovaj vodič upoređuje ultrazvučno, termičko mjerenje mase i diferencijalnog{0}}pritiska, zatim objašnjava uslove procesa, izvore nesigurnosti, provjere instalacije i korake verifikacije koji su važni prije nego što se odredi mjerač.

Šta mjerenje protoka bakljenog plina treba postići?

Sistem baklje pruža kontrolisan put za gasove koji se oslobađaju tokom normalnog odzračivanja, pokretanja, gašenja, održavanja, poremećaja u procesu i događaja rasterećenja. Mjerenje gasa koji ulazi u taj sistem može podržati praćenje procesa, identifikaciju gubitaka, procjenu učinka baklje, proračune emisija i regulatorno izvještavanje.

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

Na primjer, trenutni zahtjevi SAD-a u40 CFR 63.670uključuju zahtjeve za kontinuirano odzračivanje baklje-zahtjeve za praćenje protoka plina za pogođene aplikacije i zahtijevaju da određeni sistemi protoka vode računa o temperaturi i pritisku prilikom izvještavanja o protoku u standardnim uslovima. Propisi se razlikuju u zavisnosti od objekta i nadležnosti, tako da važeću dozvolu i regulatorni okvir treba provjeravati odvojeno od odabira brojila.

Zašto je bakljni gas teško izmjeriti

Jedno zaglavlje može vidjeti vrlo različite uslove protoka

Korisni mjerni opseg mora pokriti više od normalne radne točke. Baklja može provesti duge periode blizu minimalnog protoka, a zatim doživjeti brzo povećanje tokom događaja olakšanja. SICK opisuje mjerenje baklji kao posebno zahtjevnu primjenu jer se i brzina i sastav plina mogu brzo promijeniti, s vrlo niskim normalnim protokom i mnogo većim protokom pri zatvaranju mogućim u istoj instalaciji.

Za potrebe specifikacije, prikupite minimalni, normalni i maksimalni protok. Gdje je moguće, izračunajte i odgovarajuće brzine plina. Brzina protoka koja zvuči veliko može i dalje proizvesti skromnu brzinu u velikom zaglavlju, dok manji vod može brzo dostići gornju granicu brzine od jednog metra.

Sastav gasa možda neće ostati konstantan

Zajednički zaglavlje bljeskalice može primati tokove iz nekoliko jedinica. Plin bogat-vodikom, ugljovodonici, ugljični dioksid, dušik, para ili druge komponente mogu ući u različitim omjerima kako se radni uvjeti mijenjaju.

Sastav je važan jer svaki princip mjerenja različito reagira na svojstva plina. Može uticati na proračun gustine, termička svojstva, molekularnu težinu, akustičnu brzinu i konverziju između masenog i standardnog volumetrijskog protoka.

Nizak pritisak može stvoriti ograničenje mjerenja

Plin niskog-baklješkog plamena zaslužuje posebnu pažnju kada se ocjenjuje ultrazvučna tehnologija. U sistemu sa stezaljkama-akustični signal mora proći kroz zid cijevi i u plin. Velika razlika akustične-impedancije između čelika i plina niske{5}}gustine može otežati prijenos signala. Siemens razmatra ovo ograničenje posebno zabaklji gas niskog-pritiska u čeličnoj cijevi.

To ne znači da ultrazvučno mjerenje nije pogodno za usluge baklji pod niskim-pritiskom. To znači da se konstrukcija mjerača, raspored senzora, materijal cijevi, tlak i margina signala moraju procijeniti zajedno. Genericultrazvučni merač protokanikada ne treba pretpostaviti da specifikacija predstavlja svaku konfiguraciju baklje.

Vlažni gas i naslage mogu uticati na senzore

Gas za baklje nije uvijek suv. Kondenzat, kapljice, čvrste tvari ili naslage mogu doći do mjesta mjerenja. Njihov efekat zavisi od instrumenta: naslage mogu da promene prenos toplote termalnog senzora, portovi za pritisak se mogu začepiti, a kontaminacija ili tečnost mogu uticati na kvalitet ultrazvučnog signala.

Pregled procesa bi stoga trebao uključiti performanse bubnja za izbacivanje{0}}, očekivanu kondenzaciju, prenošenje tečnosti i bilo kakvu historiju naslaga na predloženoj lokaciji mjerača.

Tri glavne tehnologije mjerenja protoka bakljenog plina

Ultrazvučno mjerenje protoka

Ultrazvučni mjerači{0}}vremena tranzita određuju brzinu gasa na osnovu razlike između ultrazvučnih vremena prolaza sa i protiv smjera protoka. Za detaljnije objašnjenje fizike mjerenja pogledajte ovoVodič za princip rada ultrazvučnog mjerača protoka.

Ultrazvučna tehnologija se široko razmatra za kolektore baklji jer može mjeriti bez stvaranja značajnog trajnog gubitka tlaka i može se projektirati za širok radni raspon. Namenski{1}}izgrađeni instrumenti za bakljade mogu također osigurati brzinu{2}}-dijagnostike zvuka i signala koja pomaže u razlikovanju promjene procesa od problema s instrumentom.

Važno ograničenje je da "ultrazvuk" opisuje princip mjerenja, a ne garantirani radni okvir. Dizajn senzora, broj akustičkih puteva, pritisak gasa, geometrija cevi, buka, sastav i maksimalna brzina utiču na performanse. SICK-ova specifična dokumentacija{2}}, na primjer, tretira brze promjene brzine i sastava kao uslove dizajna, a ne pretpostavlja da će ih standardni ultrazvučni aranžman automatski rješavati.

Merenje toplotnog masenog protoka

A termalni mjerač masenog protokaodređuje maseni protok gasa iz reakcije{0}}prijenosa topline oko grijanog senzora. Koristan uvod je dostupan u ovom objašnjenjukako funkcionira mjerenje termalne{0}}disperzije.

Termičko mjerenje može biti privlačno kada su korisni niska-osjetljivost na protok i direktni izlaz mase{1}}. Takođe izbegava potrebu za izvođenjem masenog protoka isključivo iz volumetrijskog očitavanja plus odvojeno izračunavanje gustine.

Glavno inženjersko pitanje za servis baklje je sastav gasa. Različiti plinovi različito prenose toplinu, tako da mjerač kalibriran ili konfiguriran za jednu mješavinu može drugačije reagirati kada se ta mješavina značajno promijeni. To je razlog zašto dobavljači termalnih-mjera zahtijevaju podatke o sastavu i zašto neki moderni sistemi uključuju načine ažuriranja svojstava mješavine plina{3}}. Osnovni problem je dalje objašnjen u ovom članku omjerenje toplinske mase gasnih mješavina.

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

Diferencijalni pritisak i Pitot-sistemi

Diferencijalno{0}}mjerenje pritiska proizlazi iz razlike tlaka koju proizvodi plin koji se kreće preko ili oko primarnog elementa ili sonde. Sam predajnik može biti običaninstrument za pritisak ili diferencijalni{0}}pritisak, dok kompletan sistem uključuje primarni uređaj, priključke za pritisak, ulaze-svojstva gasa i proračun protoka.

DP tehnologija je poznata i može biti praktična u odgovarajućim aplikacijama, ali vrlo nizak protok baklji je izazov jer raspoloživi diferencijalni tlak opada kako se brzina smanjuje. Na suprotnom kraju, sonda i domet predajnika moraju zadovoljiti maksimalno vjerodostojno stanje. Za dublju raspravu o samom terminu mjerenja, pogledajte ovaj pregledPreciznost mjerača diferencijalnog-pritiska{1}} plina.

DP sistemi također zahtijevaju pažnju na impulsne vodove, tlačne priključke, kondenzat, začepljenje i kompenzaciju gustine. Jednostavna cifra tačnosti predajnika stoga nije isto što i mjerna nesigurnost ukupnog protoka{1}}.

Kako se tehnologije upoređuju

Ova tabela je alat za skrining. Konačni odabir bi trebao koristiti odobreni radni okvir proizvođača za stvarne uslove plina, tlaka, temperature, cijevi i brzine.

Stvarni volumen, standardni volumen ili maseni protok?

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

Stvarni volumetrijski protokopisuje zapreminu koja prolazi kroz cev pri radnom pritisku i temperaturi.Standardni volumetrijski protokizražava tu zapreminu gasa pri definisanim referentnim uslovima.Maseni protokpredstavlja masu koja prolazi kroz sistem u jedinici vremena.

Ove vrijednosti su povezane, ali nisu zamjenjive. Zapremina gasa se mijenja s pritiskom i temperaturom, zbog čega mjerač može prijaviti tačnu stvarnu brzinu dok je standardni-proračun protoka pogrešan jer su pritisak, temperatura, molekularna težina ili referentni uslovi pogrešno konfigurirani.

Ova razlika je detaljnije objašnjena u vodiču za web lokacijumaseni protok u odnosu na zapreminski protok. Kada su podaci o tlaku dio konverzije, također se pobrinite da se inženjerski tim složi o apsolutnom tlaku u odnosu na mjerni tlak; razlika izmeđuPSI, PSIA i PSIGnije detalj formatiranja.

Za pogođene rafinerijske aplikacije u SAD-u, 40 CFR 63.670 specificira standardne uslove za određene proračune kontrolisanog volumetrijskog protoka i dozvoljava pretvaranje masenog protoka korišćenjem molekularne težine određene iz sastava. Taj regulatorni primjer ilustruje zašto bi se zahtijevana osnova izvještavanja trebala riješiti prije konfiguracije instrumentacije.

Preciznost nije isto što i ukupna mjerna nesigurnost

Podaci o mjeraču mogu navesti vrijednost tačnosti, ali na nesigurnost protoka baklji{0}}utječe kompletan sistem mjerenja.

Potencijalni saradnici uključuju:

• kalibracija brojila i ponovljivost;
• rad blizu donjeg ili visokog kraja validiranog opsega;
• Greška unutarnjeg{0}}promjera cijevi;
• izobličeni ili vrtložni profili brzine;
• nesigurnost{0}}sastava gasa;
• mjerenje tlaka i temperature;
• standardna-konverzija protoka;
• kontaminacija senzora ili degradacija signala;
• instalacijski parametri uneseni pogrešno u predajnik.

Za ultrazvučne sisteme, razlika između tačnosti instrumenta i tačnosti primene je posebno važna. Broj laboratorijskih performansi ne može sam po sebi objasniti neprikladan akustički put, netačne podatke o cijevima ili poremećen protok. Rasprava na stranici otačnost ultrazvučnog merača protokapruža korisnu pozadinu, ali primjenu baklje i dalje treba pregledati u odnosu na specifičnu dokumentaciju mjerača.

Ako mjerenje podržava izvještavanje ili ugovorni zahtjev, prije kupovine definirajte potrebnu nesigurnost i metodu verifikacije. U suprotnom, projekat može otkriti nakon instalacije da je odabrani instrument tehnički funkcionalan, ali da ne zadovoljava cilj mjerenja.

Kako odabrati mjerač protoka bakljenog plina

1. Uspostavite puni operativni okvir

Zabilježite minimalni, normalni i maksimalni protok, tlak i temperaturu. Uključite pokretanje, gašenje, čišćenje, oslobađanje i druge vjerodostojne abnormalne uvjete umjesto da se oslanjate na jednu tačku dizajna.

2. Opišite sastav i varijabilnost gasa

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

3. Potvrdite potrebnu osnovu protoka

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

4. Dokumentirajte cijev i predloženu lokaciju mjerača

Zabilježite vanjski promjer cijevi, debljinu zida ili raspored, materijal, oblogu ako postoji, orijentaciju i dostupan pristup. Identifikujte obližnja koljena, T, ventile, reduktore, glave i druge smetnje. Odnos izmeđuprotok i pritisaktakođer može biti korisna pozadina prilikom pregleda uslova procesa, iako kompletan proračun baklje može zahtijevati dodatne informacije{0}}o svojstvima gasa.

5. Rano identificirajte ograničenja instalacije

Može li se linija isključiti? Može li se rezati? Je li dozvoljeno vruće tapkanje? Da li je ugradnja prihvatljiva? Da li je za lokaciju potrebno odobrenje{0}}opasnog područja? Ova pitanja mogu eliminirati inače atraktivne tehnologije prije nego što se obavi nepotreban inženjerski rad. Za termalne instrumente, ova rasprava omjerači toplinske mase u opasnim područjimapruža dodatni kontekst, ali stvarno odobrenje se mora provjeriti na odabranom certifikatu proizvoda.

6. Zatražite od dobavljača dokaz{1}}specifičan za aplikaciju

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

Za zahtjevne ultrazvučne usluge, zatražite očekivanu marginu signala ili proizvođačevu procjenu primjene. Za termičko mjerenje, pitajte kako se obrađuju promjene sastava. Za DP sisteme, provjerite raspoloživi diferencijalni tlak pri minimalnom protoku i raspon pri maksimalnom protoku.

Instalacija i verifikacija: šta treba provjeriti?

Ispitivanje protoka bakljenog gasa treba tretirati odvojeno od kontinuiranog mjerenja protoka. Testiranjem i verifikacijom se utvrđuje da li je instalirani sistem konfigurisan i da li se ponaša kako je predviđeno.

Praktična provjera puštanja u rad bi trebala uključivati:

• stvarne dimenzije cijevi odgovaraju konfiguraciji predajnika;
• položaj i orijentacija senzora odgovaraju nacrtu instalacije;
• smjer protoka je ispravan;
• dokumentirane su inženjerske jedinice i standardni referentni uslovi;
• ulazni tlak i temperatura su razumni i koriste ispravnu apsolutnu ili mjernu osnovu;
• sastav gasa ili konfiguracija molekularne{0}}težine odgovara predviđenom radnom slučaju;
• analogni, impulsni i digitalni izlazi su pravilno skalirani;
• dijagnostika brojila se snima kao osnovna linija;
• nulti ili očekivani nizak{0}}ponašanje protoka se provjerava kada uslovi procesa dozvoljavaju;
• konfigurirani opseg mjerača pokriva specificirani radni okvir.

Dokumentaciju o kalibraciji također treba pregledati umjesto da se tretira kao potvrda za arhiviranje. Ovaj pregledkalibracija mjerača protokapruža korisnu pozadinu o konceptu kalibracije.

Za ultrazvučno mjerenje baklje, zabilježite dijagnostičke vrijednosti prilikom puštanja u rad. Buduća promjena kvaliteta signala ili brzine zvuka se tada može uporediti sa poznatom baznom linijom. Uvjerljiv broj protoka sam po sebi nije dovoljan da pokaže da mjerenje ostaje zdravo.

Uobičajeni problemi i šta prvo provjeriti

Ultrazvučni signal postaje slab

Provjerite jesu li se tlak, sastav, temperatura ili uvjeti cijevi promijenili prije podešavanja parametara transmitera. Niska gustina gasa, akustični šum, naslage, poravnanje senzora i rad izvan predviđenog opsega brzine mogu uticati na kvalitet signala.

Očitavanje postaje nestabilno

Usporedite trend protoka s podacima procesa. Stvarni tok baklje može biti nestabilan. Ako je proces stabilan, istražite sastav plina, prijenos tekućine, poremećaj profila protoka{2}}, 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.

Termalni mjerač se mijenja nakon promjene izvora plina

Pregledajte novi sastav u odnosu na plin koji se koristi za kalibraciju ili konfiguraciju. Mjerenje toplinske mase je inherentno vezano za svojstva prijenosa topline{1}} plina. Sierrin tehnički materijal uključenmjerači toplinskog umetanja i sastav plinaobjašnjava zašto su mješavine plina obično dio konfiguracije brojila.

Praktični primjer odabira

Razmislite o hipotetičkom velikom kolektoru baklje u rafineriji koji obično nosi mali protok pročišćavanja, ali može primiti plinove iz nekoliko jedinica tokom gašenja. Pritisak je nizak, sastav se značajno mijenja, a maksimalna brzina je daleko iznad normalnog radnog stanja.

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

• izračunati brzinu u minimalnim, normalnim i maksimalnim uslovima;
• identificirati najmanji{0}}pritisak;
• definisati očekivani raspon sastava gasa;
• provjeriti da li je prijenos tekućine vjerodostojan;
• pregledati dostupnu pravu liniju i geometriju cijevi;
• pregledati tehnologiju svakog brojila u odnosu na te uslove;
• zatražite{0}}specifične dokaze performansi aplikacije za preostale opcije.

Ultrazvučno mjerenje može se pojaviti kao jak kandidat zbog širokog raspona i zahtjeva za niskim{0}}gubicima pritiska, ali nisko-pritisak{2}} na konfiguraciji može propasti akustički pregled. Namenski-ugrađeni inline ili ultrazvučni dizajn za umetanje mogao bi ostati održiv. Termalni mjerač može biti privlačan pri niskom protoku, ali bi mu bila potrebna odbranjiva metoda za rukovanje promjenama sastava. DP rješenje bi zahtijevalo dovoljan diferencijalni pritisak na donjem kraju bez prekoračenja njegovog opsega tokom slučaja visokog -protoka.

Vrijednost primjera nije u tome što jedna tehnologija "pobjeđuje". Pokazuje zašto je odabir{1}}mjera baklji-prvo problem uvjeta procesa, a zatim problem kategorije instrumenta{3}}.

Informacije koje treba pripremiti prije nego što zatražite ponudu

• cilj mjerenja i primjenjivi zahtjevi za izvještavanje;
• minimalni, normalni i maksimalni protok ili brzina;
• minimalni, normalni i maksimalni pritisak;
• minimalna, normalna i maksimalna temperatura;
• sastav gasa za relevantne operativne slučajeve;
• očekivane tečnosti, čvrste materije ili naslage;
• OD cijevi, ID ili raspored i materijal;
• crtež cjevovoda i raspoloživa ravna linija;
• klasifikacija{0}}opasnih područja;
• potrebna osnova protoka i referentni uslovi;
• potrebni izlazi i komunikacijski protokol;
• ograničenja instalacije i isključivanja;
• zahtjevi za tačnost, nesigurnost, kalibraciju i verifikaciju.

Pružanje ovih informacija omogućava dobavljaču da procijeni stvarnu primjenu umjesto da preporuči samo metar od veličine cijevi i normalnog protoka. Ako imate spremne ove podatke, možete ih dostaviti i putemobrazac za upit za prijavuza tehnički pregled.

Često postavljana pitanja

Koji je najbolji mjerač protoka za baklje?

Ne postoji najbolja univerzalna tehnologija. Namenski{1}}ultrazvučni merači su često jaki kandidati za glavne kolektore baklji sa velikim varijacijama protoka, dok sistemi termalne mase i DP mogu biti efikasni u odgovarajućim uslovima. Odluka treba da se zasniva na radnom opsegu, sastavu, pritisku, instalaciji, riziku od kontaminacije i potrebnoj nesigurnosti.

Može li ultrazvučni mjerač protoka mjeriti gas niskog{0}}pritiska?

Da, u odgovarajućim konfiguracijama, ali plin niskog-pritiska može otežati akustičko mjerenje. Stezaljka-na mjerenju kroz čeličnu cijev zahtijeva posebno ispitivanje jer samo dio ultrazvučne energije može ući u plin niske{3}}gustine. Koristite proizvođačevu procjenu primjene umjesto generičke pretpostavke pritiska.

Da li promjena sastava plina utiče na mjerenje protoka baklje?

Da. Efekat zavisi od principa merenja. Kompozicija može promijeniti gustinu, molekularnu težinu, termička svojstva i brzinu zvuka. Mjerenje toplinske mase je posebno osjetljivo na svojstva prijenosa topline{3}} plina koja se koriste u kalibraciji ili konfiguraciji.

Zašto su tlak i temperatura potrebni za mjerenje protoka baklje?

Oni su potrebni kada se stvarni zapreminski protok mora pretvoriti u definisane standardne uslove i takođe mogu uticati na gustinu i performanse merača. Potrebni ulazi zavise od principa mjerenja i osnove izvještavanja.

Koliko često treba kalibrirati mjerač protoka bakljenog plina?

Ne postoji univerzalni interval koji se primjenjuje na svaki mjerač baklje. Učestalost kalibracije i verifikacije treba da prati važeću regulativu, specifikaciju projekta, uputstva proizvođača, kritičnost merenja i dokaze iz dijagnostike instrumenta ili istorijskih performansi.

Da li je tačnost mjerača ista kao mjerna nesigurnost?

Ne. Tačnost mjerača opisuje samo dio mjernog sistema. Dimenzije cevi, efekti instalacije, svojstva gasa, instrumenti za pritisak i temperaturu, proračuni konverzije, kalibracija i radni opseg mogu doprineti neizvesnosti konačnog prijavljenog protoka.

Zaključak

Pouzdano mjerenje protoka bakljenog plina počinje s radnim okvirom, a ne s katalogom brojila. Inženjerski tim bi trebao razumjeti koliko protok može varirati, kako se mijenja sastav, koji tlak i temperaturni uvjeti se javljaju, šta geometrija cijevi dozvoljava i šta konačna prijavljena vrijednost mora predstavljati.

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

Definirajte osnovu protoka, pregledajte ukupnu nesigurnost mjerenja, provjerite ograničenja instalacije i uspostavite osnovnu liniju za verifikaciju prije nego što instrument postane dio rutinskog izvještavanja postrojenja. Ovi koraci čine više za pouzdanost mjerenja od odabira tehnologije iz jednog broja tačnosti ili normalnog-uslova protoka.