Jaký je rozdíl mezi pracovními a standardními průtoky v plynoměrech?

Ne nutně. Kapacita kompresoru může být vyjádřena za referenčních podmínek, zatímco měřič udává objem plynu procházejícího tlakovou trubkou. Obě hodnoty mohou popisovat stejné množství plynu.

Toto je rozdíl meziskutečné a standardní průtoky plynu, někdy nazývané pracovní a standardní průtoky. Pochopení je nezbytné při přepočtu spotřeby plynu, výpočtu rychlosti potrubí nebo výběru průmyslového průtokoměru plynu.

Přepočet závisí na absolutním tlaku, teplotě, vlastnostech plynu a použitých referenčních podmínkách. Při dimenzování měřiče musí technici také vzít v úvahu celý provozní rozsah spíše než jednu jmenovitou hodnotu průtoku.

Skutečný a standardní průtok plynu: Jaký je rozdíl?

Skutečný objemový průtok je objem plynu procházejícího potrubím při jeho provozním tlaku a teplotě. Může být vyjádřen ve skutečných m³/h, Am³/h nebo ACFM.

Standardní objemový průtok vyjadřuje ekvivalentní objem plynu za specifikovaných referenčních podmínek. Běžné jednotky zahrnují Nm³/h, Sm³/h a SCFM.

Když je plyn stlačen, jeho hustota obecně roste a stejná hmota zabírá menší objem. V důsledku toho může být skutečný objemový průtok mnohem nižší než standardní objemový průtok v tlakovém potrubí.

Hmotnostní tok se od obou liší. Představuje hmotnost procházející měřicím úsekem za jednotku času, běžně v kg/h. Vztah je dále vysvětlen ve FlowT'ssrovnání hmotnostního průtoku vs. objemového průtoku.

Jaké jsou standardní referenční podmínky plynu?

Neexistuje žádná univerzální referenční teplota pro každou aplikaci měření plynu. V závislosti na příslušné normě nebo obchodní dohodě mohou referenční teploty zahrnovat 0 stupňů , 15 stupňů , 20 stupňů nebo 60 stupňů F.

Například,ISO 13443stanovuje referenční podmínky pro zemní plyn, včetně teploty, tlaku a vlhkosti. Jiné průmyslové aplikace mohou používat jiné smluvní referenční podmínky.

Specifikace uvádějící pouze „1 000 Nm³/h“ je proto neúplná, pokud nejsou známy příslušné referenční podmínky. Tlak musí být identifikován jako absolutní a základ plynu musí být konzistentní, včetně toho, zda se hlášené množství vztahuje na suchý nebo vlhký plyn.

To je důležité při porovnávání zařízení od různých dodavatelů. Množství plynu vyjádřené při 20 stupních zabírá přibližně o 7,3 % větší objem než při 0 stupních, když se tlak nemění a předpokládá se chování ideálního plynu.

Vzorec pro konverzi skutečného toku plynu na standardní

Pro nezměněné složení plynu je vztah mezi skutečným a referenčním objemovým průtokem:

Qstd=Qactual × (Pactual / Pstd) × (Tstd / Tactual) × (Zstd / Zactual)

Chcete-li vypočítat skutečný objemový průtok ze standardního průtoku:

Qactual=Qstd × (Pstd / Pactual) × (Tactual / Tstd) × (Zactual / Zstd)

• Qstd: objemový průtok za referenčních podmínek
• Qactual: objemový průtok za provozních podmínek
• Pstd a Pactual: absolutní tlaky
• Tstd a Tactual: teploty v kelvinech
• Zstd a Zactual: faktory stlačitelnosti plynu

Před výpočtem převeďte měrný tlak

Jednou z nejčastějších chyb je zacházení s přetlakem jako s absolutním tlakem.

Absolutní tlak=Přetlak + místní atmosférický tlak

Pro potrubí pracující při 7 bar (g), za předpokladu atmosférického tlaku 1,01325 bar:

Pactual=7 + 1.01325=8.01325 pruh(a)

Použití 7 bar(a) by v tomto příkladu nadhodnotilo vypočítaný skutečný objem přibližně o 14,5 %, přičemž ostatní proměnné by se nezměnily.

Pro další vysvětlení viz vysvětlení FlowTPSI, PSIA a PSIG. Vhodnýtlakový vysílačmůže poskytovat informace o tlaku kompenzačnímu systému, ale jeho typ měření a rozsah kalibrace musí být ověřeny.

Proč na faktoru stlačitelnosti záleží

Faktor stlačitelnosti Z odpovídá za odchylky od chování ideálního plynu. Mění se složením plynu, tlakem a teplotou.

Pro předběžný odhad ideálního plynu inženýři někdy předpokládají Zactual/Zstd=1. Tento předpoklad nesmí být považován za ověřenou vlastnost stlačeného vzduchu nebo zemního plynu za zvýšeného tlaku.

Zvažte výpočet ideálního plynu produkující 100 m³/h. Pokud je skutečný poměr Zactual/Zstd 0,97, korigovaný výsledek bude 97 m³/h. Pokud je poměr 1,03, výsledek bude 103 m³/h.

Tyto poměry jsou ilustrativními hodnotami citlivosti, nikoli naměřenými vlastnostmi plynu. Ukazují, že nesprávný předpoklad stlačitelnosti přímo ovlivňuje výsledek převodu.

Na zemní plyn,ISO 15970řeší měření vlastností používaných při přepočtu objemu, včetně tlaku, teploty, hustoty a kompresního faktoru. Pokud to přesnost měření vyžaduje, měly by být použity vhodné metody vlastností plynu a informace o složení.

Příklad 1: Převod 800 Nm³/h stlačeného vzduchu

Zvažte systém stlačeného vzduchu s následujícími předpokládanými podmínkami:

• Referenční průtok: 800 Nm³/h
• Referenční teplota: 0 stupňů (273,15 K)
• Referenční tlak: 1,01325 bar(a)
• Provozní tlak: 7 bar (g)
• Provozní teplota: 35 stupňů (308,15 K)
• Předpokládaný atmosférický tlak: 1,01325 bar
• Předpokládaný Zactual/Zstd: 1

Nejprve převeďte provozní tlak na 8,01325 bar(a).

Qactual=800 × (1,01325 / 8,01325) × (308,15 / 273,15)

Qactual ≈ 114,1 m³/h

Za těchto předpokladů zabírá stejné množství plynu představované 800 Nm³/h přibližně 114,1 m³ za hodinu uvnitř tlakového potrubí.

Vypočítat rychlost potrubí

Předpokládejme, že potrubí má skutečný vnitřní průměr 100 mm. Jeho průřezová plocha je přibližně 0,007854 m².

Rychlost=(114,1 / 3600) / 0,007854 ≈ 4,04 m/s

Pokud by technik nesprávně použil 800 m³/h jako provozní průtok, vypočítaná rychlost by byla přibližně 28,3 m/s.

Tento rozdíl by mohl podstatně ovlivnit navrhovanou velikost měřiče a rozsah měření. Vždy používejte skutečný vnitřní průměr, nikoli pouze jmenovité označení potrubí.

Pro aplikace, kde je preferováno přímé měření hmotnosti, poskytuje FlowTmožnosti měření hmotnostního průtoku plynu. Jejich vhodnost je třeba zkontrolovat podle složení plynu a provozních podmínek.

Příklad 2: Výpočet provozního rozsahu zemního plynu

Systém zemního plynu zřídka pracuje při jednom pevném tlaku, teplotě a průtoku. Výběr měřiče by měl brát v úvahu minimální a maximální skutečný objemový průtok.

Předpokládejme následující hypotetickou specifikaci:

• Referenční průtok: 300–1 000 Sm³/h
• Referenční podmínky: 15 stupňů a 1,01325 bar(a)
• Provozní tlak: 3–8 bar (g)
• Provozní teplota: 10–50 stupňů
• Předpokládaný atmosférický tlak: 1,01325 bar
• Zactual/Zstd=1 pro předběžný výpočet

Největší skutečný objem nastává v tomto zjednodušeném modelu, když jsou referenční průtok a teplota nejvyšší a provozní tlak je nejnižší.

Qactual,max=1000 × (1,01325 / 4,01325) × (323,15 / 288,15) ≈ 283,1 m³/h

K nejmenšímu skutečnému objemu dochází při minimálním referenčním průtoku, maximálním tlaku a minimální teplotě.

Qactual,min=300 × (1,01325 / 9,01325) × (283,15 / 288,15) ≈ 33,1 m³/h

Předběžná skutečná obálka průtoku je přibližně 33–283 m³/h.

Tyto hodnoty nejsou konečnými hodnotami návrhu zemního plynu. Předpokládají nezávislé provozní extrémy a chování ideálního plynu. V provozním zařízení mohou být korelovány tlak, teplota a požadavek a musí být vyhodnocen faktor stlačitelnosti.

Pro potrubí se skutečným vnitřním průměrem 150 mm je odpovídající rozsah rychlostí přibližně 0,52–4,45 m/s.

Tento rozsah je výchozím bodem pro výběr měřiče, nikoli důkazem, že jej může měřit jakýkoli konkrétní měřič.

Jak dimenzovat plynoměr pomocí skutečného průtoku

Po výpočtu skutečného průtoku je dalším krokem porovnání provozní obálky s publikovanými limity výkonu zvoleného měřidla.

Krok 1: Stanovte skutečné provozní podmínky

Zaznamenejte minimální, normální a maximální průtok plynu spolu s odpovídajícími tlaky a teplotami. Kde je to možné, používejte spíše simultánní provozní data než kombinování nesouvisejících extrémů.

Identifikujte složení plynu, vlhkost, rozsah tlaku a požadovaný účel měření. Monitorování procesu a regulované měření předání do úschovy mohou mít různé požadavky na vybavení.

Krok 2: Vypočítejte skutečný průtok a rychlost

Převeďte referenční průtok na skutečný průtok v každém relevantním provozním bodě. Použijte vhodnou korekci stlačitelnosti a skutečný vnitřní průměr trubky.

Vypočítejte rychlost pomocí Qactual dělenou vnitřní plochou proudění. To pomáhá promítat objemové technologie, ale samotná rychlost nezaručuje vhodnost.

Krok 3: Zkontrolujte rozsah měření výrobce

Porovnejte nejnižší a nejvyšší provozní body se specifikovanými limity kandidáta.

Pro avírový průtokoměr, dolní mez měření závisí na konstrukci přístroje a podmínkách, jako je hustota plynu a Reynoldsovo číslo. Měřič, který funguje správně při normálním průtoku, nemusí poskytovat spolehlivý signál při minimálním odběru.

Pro atepelný hmotnostní průtokoměr, potvrďte kalibrovaný plyn, rozsah hmotnostního průtoku, tepelné vlastnosti, teplotní limity a požadavky na instalaci.

Pokud vypočtený minimální průtok klesne pod ověřenou dolní mez přístroje, výběr většího měřiče pouze pro přizpůsobení špičkovému průtoku problém nevyřeší.

Krok 4: Ověřte přesnost a podmínky instalace

Pečlivě si přečtěte specifikaci přesnosti. Přesnost vyjádřená v procentech odečtu není ekvivalentní procentům plného rozsahu, zejména při nízkém průtoku.

Zkontrolujte požadované délky přímého potrubí, poruchy průtoku, tlakové ztráty, vibrace, elektrické připojení a požadavky na nebezpečné prostory.

Provkládací tepelný hmotnostní průtokoměrdůležitá je poloha instalace a rychlostní profil. U inline vírového přístroje musí být splněno specifikované provozní Reynoldsovo číslo a hustota plynu.

Tepelná hmotnost vs Vortex: Který měřič vyhovuje aplikaci?

Měření tepelné hmotnosti může být atraktivní pro čisté monitorování spotřeby stlačeného vzduchu, zejména pokud je požadovaným výstupem hmotnostní průtok nebo ekvivalentní referenční objem. FlowT také uvádítepelné hmotnostní přístroje pro měření plynů.

Technologie Vortex může být vhodná pro stabilní podmínky procesního plynu, kdy skutečná rychlost a hustota plynu zůstávají v ověřeném rozsahu. Pro vybranou konfiguraci je třeba zkontrolovat dostupnost kompenzačních funkcí.

Ultrazvuková technologie je další možnou možností pro určité plynové aplikace. Jeho vhodnost závisí na konstrukci přístroje, akustických vlastnostech plynu, instalaci a provozních podmínkách. FlowT'svysvětlení ultrazvukového průtokoměru plynuposkytuje další zázemí.

Neměla by být zvolena žádná technologie měření pouze proto, že převodník může zobrazovat Nm³/h nebo Sm³/h.

Běžné chyby přeměny toku plynu a dimenzování

• Použití přetlaku jako absolutního tlaku:To vytváří nesprávný tlakový poměr a tím nesprávný objemový převod.
• Zadání stupňů Celsia do rovnice plynu:Teplotní poměry musí používat kelvin.
• Ignorování referenčních podmínek:Dvě standardní hodnoty objemu nemusí být přímo srovnatelné, pokud se referenční teplota, tlak nebo vlhkost liší.
• Za předpokladu Z=1 bez vyhodnocení:To může způsobit systematické chyby při přeměně, zejména v náročných podmínkách reálného plynu.
• Dimenzování pouze z nominálního standardního průtoku:Skutečné minimální a maximální průtoky se mohou velmi lišit od hodnot referenčního objemu.
• Matoucí zobrazovací jednotky s principem měření:Měřič udávající standardní objem může odvodit tuto hodnotu z měření hmotnosti nebo kompenzovaného skutečného objemu.

Důležité je také složení plynu. Tepelný přístroj kalibrovaný pro vzduch nelze automaticky považovat za přesný pro jinou směs plynů. Podobně objemový přístroj vyžaduje při výpočtu hmotnostního průtoku příslušné informace o hustotě.

Jaké informace byste měli poslat dodavateli průtokoměru plynu?

Užitečná žádost o cenovou nabídku by měla obsahovat dostatek informací, aby dodavatel mohl vyhodnotit celý provozní rozsah.

• Název plynu, složení a očekávaná variace
• Minimální, normální a maximální průtok
• Skutečný, standardní nebo hmotnostní tok
• Referenční tlak, teplota a základ suchého/mokrého plynu
• Rozsahy provozních tlaků a teplot
• Vnitřní průměr potrubí a detaily připojení
• Dostupná délka rovné trubky a podmínky instalace
• Požadovaná přesnost, sumarizace a výstupní signály
• Případné požadavky na nebezpečné oblasti nebo regulační požadavky

Pokud je požadována kompenzace tlaku nebo teploty, ověřte, zda se provádí uvnitř převodníku nebo externím řídicím systémem. U instalací používajících samostatné měření tlaku je zvolenoprůmyslový snímač tlakuměla by být přezkoumána z hlediska kompatibility médií a požadovaného rozsahu tlaku, spíše než výběr pouze podle výstupního signálu.

Často kladené otázky

Je pracovní průtok stejný jako skutečný průtok?

Obvykle se pracovní průtok vztahuje ke skutečnému objemovému průtoku při provozním tlaku a teplotě. Termín by však měl být potvrzen ve specifikaci projektu.

Lze Nm³/h převést na m³/h pomocí pevného faktoru?

Pouze když jsou provozní a referenční podmínky pevně dané a jsou známy příslušné vlastnosti plynu. Změna tlaku, teploty nebo stlačitelnosti mění konverzní faktor.

Potřebuje tepelný hmotnostní průtokoměr kompenzaci tlaku?

Obecně nepotřebuje stejnou korekci objemového tlaku a teploty, jaká se používá k převodu měření skutečného objemu na hmotnostní průtok. Nicméně tlak, teplota, složení plynu a podmínky kalibrace mohou stále ovlivnit výkon měření.

Měl by být průtokoměr plynu dimenzován podle skutečného nebo standardního průtoku?

U objemových technologií je zásadní skutečný průtok a rychlost. U technologií založených na hmotnosti se musí zkontrolovat příslušný rozsah hmotnostního průtoku a kalibrované provozní podmínky. Konečné rozhodnutí se musí řídit specifikacemi výrobce.

Proč je plynoměr při nízkém průtoku nepřesný?

Mezi možné příčiny patří provoz pod ověřeným minimálním průtokem, nevhodné vlastnosti plynu, poruchy instalace, znečištění snímače nebo nesprávné nastavení kompenzace. Příčinu je třeba zjistit pomocí diagnostických informací a technické dokumentace měřiče.

Závěrečné myšlenky

Skutečné a standardní průtoky plynu představují stejné množství plynu za různých objemových podmínek. Jejich převod vyžaduje jasně definované referenční podmínky, absolutní tlak, teplotu a vhodnou korekci vlastností plynu.

Pro výběr přístroje je důležitější otázka, zda vypočítaný provozní rozsah průtoku spadá do validovaných měřicích limitů měřiče. Správná konverze je pouze prvním krokem.

FlowT nabízí řešení měření plynů založená na různých technologiích. Pokud specifikujete měřidlo pro stlačený vzduch, dusík nebo jiný průmyslový plyn, uveďte provozní podmínky, složení plynu, rozsah průtoku a požadované výstupní jednotky, aby bylo možné navrhovanou konfiguraci zkontrolovat.

Obraťte se na společnost FlowT pro výběr a podporu nabídky průtokoměru plynu