Měření průtoku vzplanutí: Technologie, výběr, přesnost a ověření

Tento provozní rozsah je hlavním důvodem, proč by měl být průtokoměr flérového plynu vybrán z procesních dat spíše než z preferované technologie měření. Přístroj, který funguje dobře při normálním průtoku, může ztratit užitečné rozlišení na dolní hranici, překročit svůj ověřený rozsah během poruchy nebo se stát citlivým na změny vlastností plynu.

Tato příručka porovnává měření ultrazvukem, tepelnou hmotností a diferenčním tlakem-a poté vysvětluje podmínky procesu, zdroje nejistoty, kontroly instalace a ověřovací kroky, na kterých záleží, než je měřidlo specifikováno.

Co potřebuje měření průtoku plynu?

Spalovací systém poskytuje řízenou cestu pro plyny uvolňované během normálního odvětrávání, spouštění, vypínání, údržby, procesních poruch a odlehčovacích událostí. Měření plynu vstupujícího do tohoto systému může podporovat monitorování procesu, identifikaci ztrát, hodnocení výkonu vzplanutí, výpočty emisí a regulační hlášení.

Cíl měření by měl být definován před výběrem měřiče. Zařízení, které potřebuje pouze provozní indikaci abnormálního odvětrávání, nemusí mít nutně stejné požadavky jako rafinérie používající flérový tok v regulovaném výpočtu.

Například aktuální požadavky USA v40 CFR 63,670zahrnují požadavky na kontinuální odvzdušňování-proudu plynu pro dotčené aplikace a vyžadují, aby určité průtokové systémy zohledňovaly teplotu a tlak při hlášení průtoku za standardních podmínek. Předpisy se liší podle zařízení a jurisdikce, takže platné povolení a regulační rámec by měly být kontrolovány odděleně od výběru měřiče.

Proč je těžké měřit plyn vzplanutí

Jediný sběrač může vidět velmi odlišné podmínky průtoku

Užitečný rozsah měření musí pokrývat více než normální provozní bod. Vzplanutí může strávit dlouhou dobu blízko minimálního průtoku a pak během záchranné události zaznamená rychlý nárůst. SICK popisuje měření vzplanutí jako zvláště náročnou aplikaci, protože jak rychlost, tak složení plynu se mohou rychle měnit, s velmi nízkými normálními průtoky a mnohem vyššími průtoky při odstavení ve stejné instalaci.

Pro účely specifikace shromážděte minimální, normální a maximální průtok. Kde je to možné, vypočítejte také odpovídající rychlosti plynu. Průtok, který zní velký, může stále produkovat skromnou rychlost ve velkém sběrači, zatímco menší vedení může rychle dosáhnout horního limitu rychlosti měřiče.

Složení plynu nemusí zůstat konstantní

Společný flare header může přijímat proudy z několika jednotek. Plyn- bohatý na vodík, uhlovodíky, oxid uhličitý, dusík, pára nebo jiné složky mohou vstupovat v různých poměrech, jak se mění provozní podmínky.

Na složení záleží, protože každý princip měření reaguje na vlastnosti plynu jinak. Může ovlivnit výpočty hustoty, tepelné vlastnosti, molekulovou hmotnost, akustickou rychlost a konverzi mezi hmotnostním a standardním objemovým tokem.

Nízký tlak může způsobit omezení měření

Nízkotlaký vzplanutý plyn si zaslouží zvláštní pozornost při hodnocení ultrazvukové technologie. V upínacím-systému musí akustický signál procházet stěnou potrubí a do plynu. Velký rozdíl v akustické-impedanci mezi ocelí a plynem s nízkou{5}}hustotou může ztížit přenos signálu. Siemens o tomto omezení hovoří speciálně pronízkotlaký-spalový plyn v ocelovém potrubí.

To neznamená, že ultrazvukové měření není vhodné pro nízkotlaké-vzplanutí. To znamená, že konstrukce měřiče, uspořádání snímače, materiál potrubí, tlak a rezerva signálu musí být vyhodnoceny společně. generikumultrazvukový průtokoměrspecifikace by nikdy neměla být považována za reprezentující každou konfiguraci vzplanutí.

Vlhký plyn a usazeniny mohou ovlivnit senzory

Spalovací plyn není vždy suchý. Kondenzát, kapičky, pevné látky nebo usazeniny se mohou dostat do místa měření. Jejich účinek závisí na přístroji: usazeniny mohou změnit přenos tepla tepelného senzoru, tlakové porty se mohou ucpat a kontaminace nebo kapalina mohou ovlivnit kvalitu ultrazvukového signálu.

Kontrola procesu by proto měla zahrnovat vyřazený{0}}výkon bubnu, očekávanou kondenzaci, přenos kapaliny a případnou historii usazenin v navrhovaném umístění měřiče.

Tři hlavní technologie měření průtoku plynu

Ultrazvukové měření průtoku

Ultrazvukové měřiče doby průchodu-určují rychlost plynu z rozdílu mezi dobami průchodu ultrazvukem ve směru a proti směru proudění. Pro podrobnější vysvětlení fyziky měření viz totoprůvodce principem fungování ultrazvukového průtokoměru.

Ultrazvuková technologie je široce zvažována pro nálevkové sběrače, protože může měřit bez vytvoření významné trvalé tlakové ztráty a může být navržena pro široký provozní rozsah. Účelové-výškové nástroje mohou také poskytovat rychlost--diagnostiky zvuku a signálu, která pomáhá odlišit změnu procesu od problému nástroje.

Důležitým omezením je, že „ultrazvuk“ popisuje princip měření, nikoli zaručenou provozní obálku. Konstrukce snímače, počet akustických cest, tlak plynu, geometrie potrubí, hluk, složení a maximální rychlost, to vše ovlivňuje výkon. Dokumentace specifická pro vzplanutí- společnosti SICK například považuje rychlé změny rychlosti a složení za konstrukční podmínky, spíše než za předpokladu, že standardní ultrazvukové zařízení je zvládne automaticky.

Měření tepelného hmotnostního průtoku

A tepelný hmotnostní průtokoměrurčuje hmotnostní tok plynu z odezvy přenosu tepla- kolem vyhřívaného senzoru. V tomto vysvětlení je k dispozici užitečný úvodjak funguje měření tepelné-disperze.

Tepelné měření může být atraktivní, když je užitečná nízká-citlivost průtoku a přímý hmotnostní{1}průtok. Také se vyhne nutnosti odvozovat hmotnostní průtok pouze z objemového měření plus samostatného výpočtu hustoty.

Hlavní technickou otázkou pro flérovou službu je složení plynu. Různé plyny přenášejí teplo odlišně, takže měřič kalibrovaný nebo konfigurovaný pro jednu směs může reagovat odlišně, když se tato směs podstatně změní. To je důvod, proč dodavatelé teploměrů-požadují údaje o složení a proč některé moderní systémy zahrnují způsoby aktualizace vlastností-směsi plynů. Základní problém je vysvětlen dále v tomto článku natepelné měření hmotnosti směsí plynů.

Tepelná technologie by se proto neměla zavrhovat jen proto, že se složení vzplanutí může lišit. Místo toho zjistěte, jak moc se mění, jak často se mění a zda navrhovaný měřič má zdokumentovanou metodu pro řešení této změny.

Diferenční tlak a systémy založené-na Pitotovi

Měření diferenčního tlaku{0} odvozuje tok z tlakového rozdílu vytvářeného pohybujícím se plynem přes nebo kolem primárního prvku nebo sondy. Samotný vysílač může být konvenčnítlakový nebo diferenční-tlakový přístroj, zatímco celý systém zahrnuje primární zařízení, tlaková připojení, -vstupy vlastností plynu a výpočet průtoku.

Technologie DP je známá a může být praktická ve vhodných aplikacích, ale velmi nízký průtok je náročný, protože dostupný diferenční tlak klesá se snižující se rychlostí. Na opačném konci musí dosah sondy a vysílače vyhovět maximálně věrohodným podmínkám. Pro hlubší diskusi o samotném termínu měření viz tento přehledpřesnost měření diferenčního-tlaku plynu-.

Systémy DP také vyžadují pozornost k impulznímu vedení, tlakovým portům, kondenzátu, ucpávání a kompenzaci hustoty. Jednoduchý údaj o přesnosti vysílače proto není stejný jako celková nejistota měření-průtoku.

Jak se technologie porovnávají

Tato tabulka je screeningový nástroj. Konečný výběr by měl používat výrobcem ověřenou provozní obálku pro aktuální podmínky plynu, tlaku, teploty, potrubí a rychlosti.

Skutečný objem, standardní objem nebo hmotnostní průtok?

Jednou chybou specifikace je požadavek na „tok“, aniž by byl definován jeho základ.

Skutečný objemový průtokpopisuje objem procházející potrubím při provozním tlaku a teplotě.Standardní objemový průtokvyjadřuje tento objem plynu za definovaných referenčních podmínek.Hmotnostní tokpředstavuje hmotnost procházející systémem za jednotku času.

Tyto hodnoty spolu souvisí, ale nejsou zaměnitelné. Objem plynu se mění s tlakem a teplotou, což je důvod, proč může měřič hlásit správnou skutečnou rychlost, zatímco standardní-výpočet průtoku je chybný, protože tlak, teplota, molekulová hmotnost nebo referenční podmínky byly nakonfigurovány nesprávně.

Tento rozdíl je podrobněji popsán v průvodci webuhmotnostní průtok versus objemový průtok. Jsou-li součástí převodu údaje o tlaku, také se ujistěte, že se tým inženýrů dohodl na absolutním a přetlakovém tlaku; rozdíl meziPSI, PSIA a PSIGnení detailem formátování.

Pro dotčené rafinérské aplikace v USA 40 CFR 63.670 specifikuje standardní podmínky pro určité výpočty monitorovaného objemového průtoku a umožňuje převést hmotnostní průtok pomocí molekulové hmotnosti určené ze složení. Tento regulační příklad ilustruje, proč by měla být požadovaná vykazovací základna vypořádána před konfigurací přístrojového vybavení.

Přesnost není totéž jako celková nejistota měření

Datový list měřiče může uvádět hodnotu přesnosti, ale nejistota průtoku-vzplanutí je ovlivněna kompletním systémem měření.

Mezi potenciální přispěvatele patří:

• kalibrace a opakovatelnost měřidla;
• provoz v blízkosti dolní nebo horní hranice ověřeného rozsahu;
• trubka uvnitř-chyba průměru;
• zkreslené nebo vířivé profily rychlosti;
• nejistota složení plynu-;
• měření tlaku a teploty;
• standardní-konverze toku;
• kontaminace snímače nebo degradace signálu;
• nesprávně zadané instalační parametry ve vysílači.

U ultrazvukových systémů je rozlišení mezi přesností přístroje a aplikační přesností obzvláště důležité. Laboratorní výkonové číslo nemůže samo o sobě vysvětlovat nevhodnou akustickou cestu, nesprávná data potrubí nebo narušený průtok. Diskuse o webupřesnost ultrazvukového průtokoměruposkytuje užitečné pozadí, ale aplikace flare by měla být stále posouzena s ohledem na konkrétní dokumentaci měřiče.

Pokud měření podporuje vykazování nebo smluvní požadavek, definujte před nákupem požadovanou nejistotu a metodu ověření. V opačném případě může projekt po instalaci zjistit, že vybraný přístroj je technicky funkční, ale nesplňuje cíl měření.

Jak vybrat měřič průtoku plynu

1. Vytvořte celou provozní obálku

Zaznamenejte minimální, normální a maximální průtok, tlak a teplotu. Zahrňte spouštění, vypínání, čištění, odlehčení a další věrohodné abnormální stavy, spíše než spoléhání se na jediný návrhový bod.

2. Popište složení a proměnlivost plynu

Poskytněte reprezentativní kompozice pro důležité operační případy. Pokud několik procesních jednotek napájí jeden sběrač, jediná analýza „typického plynu“ může skrýt stav, který je pro měřič nejtěžší.

3. Potvrďte požadovaný základ průtoku

Uveďte, zda je požadovaným výstupem skutečný objem, standardní objem, hmotnostní průtok, rychlost nebo více než jeden z nich. Explicitně definujte standardní referenční podmínky.

4. Zdokumentujte potrubí a navrhované umístění měřiče

Zaznamenejte vnější průměr potrubí, tloušťku stěny nebo plán, materiál, obložení, pokud existuje, orientaci a dostupný přístup. Identifikujte blízká kolena, T-kusy, ventily, redukce, sběrače a další poruchy. Vztah meziprůtok a tlakmůže být také užitečné jako pozadí při kontrole podmínek procesu, i když úplný výpočet vzplanutí může vyžadovat další informace o vlastnostech plynu-.

5. Včas identifikujte omezení instalace

Dá se linka odstavit? Dá se to řezat? Je čepování za tepla povoleno? Je vkládací instalace přijatelná? Vyžaduje místo schválení pro nebezpečné-místo? Tyto otázky mohou eliminovat jinak atraktivní technologie dříve, než dojde ke zbytečné inženýrské práci. U tepelných nástrojů je tato diskuse otepelné měřiče hmotnosti v nebezpečných oblastechposkytuje další kontext, ale skutečné schválení je třeba zkontrolovat na certifikátu vybraného produktu.

6. Požádejte dodavatele o konkrétní-důkazy pro aplikaci

Nezastavujte se u „tato technologie dokáže měřit vzplanutí plynu“. Zeptejte se, zda byla navržená konfigurace vyhodnocena z hlediska vašeho minimálního tlaku, maximální rychlosti, matrice plynu, velikosti potrubí, rizika kontaminace a požadované nejistoty.

Pro náročné ultrazvukové služby si vyžádejte očekávanou rezervu signálu nebo vyhodnocení aplikace výrobce. U tepelného měření se zeptejte, jak se řeší změny složení. U systémů DP ověřte dostupný diferenční tlak při minimálním průtoku a rozsah při maximálním průtoku.

Instalace a ověření: Co je třeba zkontrolovat?

Zkoušky průtoku spalin by měly být řešeny odděleně od kontinuálního měření průtoku. Testování a ověřování zjišťuje, zda je nainstalovaný systém nakonfigurován a chová se tak, jak bylo zamýšleno.

Praktická kontrola uvedení do provozu by měla zahrnovat:

• skutečné rozměry potrubí odpovídají konfiguraci převodníku;
• poloha a orientace snímače odpovídá instalačnímu výkresu;
• směr proudění je správný;
• inženýrské jednotky a standardní referenční podmínky jsou dokumentovány;
• vstupy tlaku a teploty jsou přiměřené a používají správnou absolutní nebo měrnou základnu;
• složení plynu nebo konfigurace -molekulární hmotnosti odpovídá zamýšlenému provoznímu případu;
• analogové, pulzní a digitální výstupy jsou správně škálovány;
• diagnostika elektroměru se zaznamenává jako výchozí;
• nulové nebo očekávané nízké-chování se kontroluje, když to podmínky procesu dovolí;
• konfigurovaný rozsah měřiče pokrývá specifikovanou provozní obálku.

Kalibrační dokumentace by také měla být přezkoumána, nikoli považována za certifikát k archivaci. Tento přehledkalibrace průtokoměruposkytuje užitečné pozadí konceptu kalibrace.

Pro měření ultrazvukového odlesku zaznamenejte diagnostické hodnoty při uvedení do provozu. Budoucí změnu kvality signálu nebo rychlosti zvuku pak lze porovnat se známou základní linií. Samotné věrohodné číslo průtoku nestačí k prokázání, že měření zůstává zdravé.

Běžné problémy a co zkontrolovat jako první

Ultrazvukový signál zeslábne

Před úpravou parametrů převodníku zkontrolujte, zda se nezměnil tlak, složení, teplota nebo podmínky potrubí. Nízká hustota plynu, akustický šum, usazeniny, vyrovnání snímače a provoz mimo zamýšlený rozsah rychlostí, to vše může ovlivnit kvalitu signálu.

Čtení se stává nestabilním

Porovnejte trend toku s daty procesu. Skutečný tok vzplanutí může být nestabilní. Pokud je proces stabilní, prozkoumejte složení plynu, přenos kapaliny, narušení-profilu průtoku, vstupy tlaku a teploty a diagnostiku měřiče.

Standardní tok vypadá špatně, ale rychlost vypadá rozumně

Zkontrolujte referenční teplotu a tlak, vstup absolutního tlaku, molekulovou hmotnost, konfiguraci plynu a technické jednotky. Tento vzor často ukazuje spíše na konverzní vrstvu než na samotné měření rychlosti.

Měřič tepla se mění po změně zdroje plynu

Porovnejte nové složení s plynem použitým pro kalibraci nebo konfiguraci. Měření tepelné hmotnosti je neodmyslitelně spojeno s vlastnostmi přenosu tepla- plynu. Technický materiál Sierry natepelné vložné měřiče a složení plynuvysvětluje, proč jsou směsi plynů běžně součástí konfigurace měřiče.

Praktický příklad výběru

Uvažujme hypotetický velký flérový sběrač rafinérie, který normálně nese malý čistící tok, ale může přijímat plyny z několika jednotek během odstávky. Tlak je nízký, složení se podstatně mění a maximální rychlost je daleko nad normálními provozními podmínkami.

Bylo by předčasné vybírat měřidlo pouze z normálního průtoku. Inženýrská sekvence by měla být:

• vypočítat rychlost za minimálních, normálních a maximálních podmínek;
• identifikovat případ nejnižšího-tlaku;
• definovat očekávaný rozsah složení plynu;
• zkontrolovat, zda je přenos kapaliny důvěryhodný;
• zkontrolovat dostupné přímé vedení a geometrii potrubí;
• otestujte technologii každého měřiče proti těmto podmínkám;
• pro zbývající možnosti si vyžádejte-důkazy výkonu specifické pro aplikaci.

Ultrazvukové měření se může ukázat jako silný kandidát kvůli širokému rozsahu a požadavku na nízkou tlakovou -ztrátu, ale konfigurace nízkotlaké-svorky{2}} může selhat při akustické kontrole. Účelový-vložený nebo vkládací ultrazvukový design by mohl zůstat životaschopný. Teploměr může být atraktivní při nízkém průtoku, ale potřeboval by obhajitelný způsob manipulace se změnami složení. Řešení DP by potřebovalo dostatečný diferenční tlak na dolní hranici, aniž by došlo k překročení jeho rozsahu v případě vysokého-průtoku.

Hodnota příkladu nespočívá v tom, že jedna technologie „vyhraje“. Ukazuje, proč je výběr měřiče vzplanutí-za prvé proces-problém stavu a až poté-problém kategorie přístroje.

Informace, které je třeba připravit, než požádáte o cenovou nabídku

• cíl měření a příslušný požadavek na podávání zpráv;
• minimální, normální a maximální průtok nebo rychlost;
• minimální, normální a maximální tlak;
• minimální, normální a maximální teplota;
• složení plynu pro příslušné provozní případy;
• očekávané kapaliny, pevné látky nebo usazeniny;
• vnější průměr potrubí, ID nebo plán a materiál;
• výkres potrubí a dostupné přímé vedení;
• klasifikace nebezpečných-zón;
• požadovaná základna průtoku a referenční podmínky;
• požadované výstupy a komunikační protokol;
• omezení instalace a vypínání;
• požadavky na přesnost, nejistotu, kalibraci a ověřování.

Poskytnutí těchto informací umožňuje dodavateli vyhodnotit skutečnou aplikaci spíše než doporučit měřidlo pouze na základě velikosti potrubí a normálního průtoku. Pokud máte tyto údaje připraveny, lze je také odeslat prostřednictvímaplikační dotazový formulářpro technickou kontrolu.

Často kladené otázky

Jaký je nejlepší průtokoměr pro flérový plyn?

Neexistuje žádná univerzální nejlepší technologie. Účelové-ultrazvukové měřiče jsou často silnými kandidáty na hlavní flérové ​​sběrače s velkými odchylkami průtoku, zatímco systémy tepelné hmoty a DP mohou být ve vhodných podmínkách účinné. Rozhodnutí by mělo být založeno na provozním rozsahu, složení, tlaku, instalaci, riziku kontaminace a požadované nejistotě.

Může ultrazvukový průtokoměr měřit nízkotlaký-plyn?

Ano, ve vhodných konfiguracích, ale nízký-tlak plynu může ztížit akustické měření. Svorka-při měření přes ocelovou trubku vyžaduje zvláštní kontrolu, protože do plynu s nízkou hustotou se může dostat pouze část ultrazvukové energie. Použijte spíše vyhodnocení aplikace výrobce než obecný předpoklad tlaku.

Ovlivňuje změna složení plynu měření průtoku fléru?

Ano. Účinek závisí na principu měření. Složení může změnit hustotu, molekulovou hmotnost, tepelné vlastnosti a rychlost zvuku. Tepelné měření hmotnosti je zvláště citlivé na vlastnosti přenosu tepla- plynu používané při kalibraci nebo konfiguraci.

Proč jsou tlak a teplota potřebné pro měření průtoku flérem?

Jsou vyžadovány, když musí být skutečný objemový průtok převeden na definované standardní podmínky a mohou také ovlivnit hustotu a výkon měřiče. Požadované vstupy závisí na principu měření a vykazovací bázi.

Jak často by měl být průtokoměr flérového plynu kalibrován?

Neexistuje žádný univerzální interval, který by se vztahoval na každý měřič světlic. Frekvence kalibrace a ověřování by se měla řídit platnými předpisy, specifikací projektu, pokyny výrobce, kritičností měření a důkazy z diagnostiky přístroje nebo historické výkonnosti.

Je přesnost měřiče stejná jako nejistota měření?

Ne. Přesnost měřiče popisuje pouze část systému měření. Rozměry potrubí, instalační efekty, vlastnosti plynu, tlakové a teplotní přístroje, konverzní výpočty, kalibrace a provozní rozsah – to vše může přispět k nejistotě konečného hlášeného průtoku.

Závěr

Spolehlivé měření průtoku spalin začíná u provozní obálky, nikoli u katalogu měřidel. Technický tým by měl pochopit, jak daleko se může měnit průtok, jak se mění složení, jaké tlakové a teplotní podmínky nastávají, co umožňuje geometrie potrubí a co musí představovat konečná hlášená hodnota.

Technologie ultrazvuku, tepelné hmoty a diferenciálního-tlaku mají legitimní využití. Užitečnou otázkou není, který princip je univerzálně nejlepší, ale který navrhovaný měřič může demonstrovat vhodný výkon ve skutečných minimálních a maximálních podmínkách systému flérování.

Definujte základ toku, přezkoumejte celkovou nejistotu měření, zkontrolujte omezení instalace a stanovte ověřovací základ dříve, než se přístroj stane součástí rutinního hlášení závodu. Tyto kroky přinesou pro spolehlivost měření více než výběr technologie z jediného čísla přesnosti nebo normálního-průtokového stavu.