Jaka jest różnica między roboczym a standardowym natężeniem przepływu w przepływomierzach gazu?

Nie koniecznie. Wydajność sprężarki można wyrazić w warunkach odniesienia, natomiast licznik podaje objętość gazu przechodzącego przez rurę pod ciśnieniem. Obydwa odczyty mogą opisywać tę samą ilość gazu.

To jest różnica pomiędzyrzeczywiste i standardowe natężenia przepływu gazu, czasami nazywane roboczym i standardowym natężeniem przepływu. Zrozumienie tego jest niezbędne przy przeliczaniu zużycia gazu, obliczaniu prędkości rurociągu lub wyborze przemysłowego przepływomierza gazu.

Konwersja zależy od ciśnienia bezwzględnego, temperatury, właściwości gazu i zastosowanych warunków odniesienia. Przy doborze licznika inżynierowie muszą także wziąć pod uwagę cały zakres roboczy, a nie pojedynczą wartość przepływu nominalnego.

Rzeczywisty a standardowy przepływ gazu: jaka jest różnica?

Rzeczywisty przepływ objętościowy to objętość gazu przepływającego przez rurociąg przy jego ciśnieniu i temperaturze roboczej. Może być wyrażona w rzeczywistych m3/h, Am3/h lub ACFM.

Standardowy przepływ objętościowy wyraża równoważną objętość gazu w określonych warunkach odniesienia. Typowe jednostki to Nm3/h, Sm3/h i SCFM.

Kiedy gaz jest sprężany, jego gęstość na ogół wzrasta, a ta sama masa zajmuje mniejszą objętość. W rezultacie rzeczywisty przepływ objętościowy może być znacznie niższy niż standardowy przepływ objętościowy w rurociągu pod ciśnieniem.

Przepływ masowy różni się od obu. Reprezentuje masę przechodzącą przez odcinek pomiarowy w jednostce czasu, zwykle w kg/h. Zależność wyjaśniono dokładniej w FlowTporównanie przepływu masowego i przepływu objętościowego.

Jakie są standardowe warunki odniesienia dla gazu?

Nie ma uniwersalnej temperatury odniesienia dla każdego zastosowania pomiaru gazu. W zależności od obowiązującej normy lub umowy handlowej temperatury referencyjne mogą obejmować 0 stopni, 15 stopni, 20 stopni lub 60 stopni F.

Na przykład,ISO13443ustanawia warunki referencyjne dla gazu ziemnego, w tym temperaturę, ciśnienie i wilgotność. W innych zastosowaniach przemysłowych mogą obowiązywać inne umowne warunki odniesienia.

Dlatego specyfikacja podająca jedynie „1000 Nm3/h” jest niekompletna, jeśli nie są znane mające zastosowanie warunki odniesienia. Ciśnienie należy określić jako bezwzględne, a baza gazu musi być spójna, łącznie z tym, czy zgłaszana ilość odnosi się do gazu suchego czy mokrego.

Ma to znaczenie przy porównywaniu sprzętu pochodzącego od różnych dostawców. Ilość gazu wyrażona w temperaturze 20 stopni zajmuje około 7,3% większej objętości niż w temperaturze 0 stopni, gdy ciśnienie pozostaje niezmienione i zakłada się, że zachowuje się jak gaz doskonały.

Wzór konwersji rzeczywistego na standardowy przepływ gazu

Dla niezmienionego składu gazu zależność pomiędzy rzeczywistym i referencyjnym przepływem objętościowym wynosi:

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

Aby obliczyć rzeczywisty przepływ objętościowy na podstawie przepływu standardowego:

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

• Qstd: przepływ objętościowy w warunkach odniesienia
• Qactual: przepływ objętościowy w warunkach roboczych
• Pstd i Pactual: ciśnienia bezwzględne
• Tstd i Tactual: temperatury w kelwinach
• Zstd i Zactual: współczynniki ściśliwości gazu

Konwertuj ciśnienie manometryczne przed obliczeniami

Jednym z najczęstszych błędów jest traktowanie ciśnienia manometrycznego jako ciśnienia bezwzględnego.

Ciśnienie bezwzględne=Ciśnienie względne + Lokalne ciśnienie atmosferyczne

Dla rurociągu pracującego pod ciśnieniem 7 bar(g), przy założeniu ciśnienia atmosferycznego 1,01325 bar:

Rzeczywisty=7 + 1.01325=8.01325 bar(a)

Użycie zamiast tego 7 bar(a) spowodowałoby w tym przykładzie zawyżenie obliczonej rzeczywistej objętości o około 14,5%, przy pozostałych zmiennych niezmienionych.

Dalsze wyjaśnienia można znaleźć w objaśnieniu FlowTPSI, PSIA i PSIG. Odpowiedniprzetwornik ciśnieniamoże dostarczać informacji o ciśnieniu do układu kompensacji, ale należy zweryfikować jego rodzaj pomiaru i zakres kalibracji.

Dlaczego współczynnik ściśliwości ma znaczenie

Współczynnik ściśliwości Z uwzględnia odchylenia od zachowania gazu doskonałego. Zależy to od składu gazu, ciśnienia i temperatury.

W celu wstępnego oszacowania gazu doskonałego inżynierowie czasami przyjmują Zactual/Zstd=1. Założenia tego nie można traktować jako zweryfikowanej właściwości sprężonego powietrza lub gazu ziemnego pod podwyższonym ciśnieniem.

Rozważmy obliczenia dla gazu doskonałego wytwarzającego 100 m3/h. Jeżeli rzeczywisty stosunek Zactual/Zstd wynosi 0,97, skorygowany wynik wyniesie 97 m³/h. Jeśli stosunek wynosi 1,03, wynik wynosi 103 m³/h.

Te stosunki są przykładowymi wartościami czułości, a nie mierzonymi właściwościami gazu. Pokazują, że błędne założenie o ściśliwości bezpośrednio wpływa na wynik konwersji.

W przypadku gazu ziemnego,ISO15970dotyczy pomiaru właściwości stosowanych przy przeliczaniu objętości, w tym ciśnienia, temperatury, gęstości i współczynnika kompresji. Jeżeli wymaga tego dokładność pomiaru, należy zastosować odpowiednie metody dotyczące właściwości gazu i informacje o składzie.

Przykład 1: Przekształcenie 800 Nm3/h sprężonego powietrza

Rozważmy układ sprężonego powietrza z następującymi założonymi warunkami:

• Przepływ referencyjny: 800 Nm3/h
• Temperatura odniesienia: 0 stopni (273,15 K)
• Ciśnienie odniesienia: 1,01325 bar(a)
• Ciśnienie robocze: 7 barów (g)
• Temperatura pracy: 35 stopni (308,15 K)
• Zakładane ciśnienie atmosferyczne: 1,01325 bar
• Zakładana wartość rzeczywista/Zstd: 1

Najpierw należy przeliczyć ciśnienie robocze na 8,01325 bar(a).

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

Qrzeczywista ≈ 114,1 m³/h

Przy tych założeniach ta sama ilość gazu reprezentowana przez 800 Nm3/h zajmuje w rurociągu pod ciśnieniem około 114,1 m3 na godzinę.

Oblicz prędkość rurociągu

Załóżmy, że rurociąg ma rzeczywistą średnicę wewnętrzną 100 mm. Jego powierzchnia przekroju wynosi około 0,007854 m².

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

Jeśli inżynier błędnie przyjąłby 800 m3/h jako przepływ roboczy, obliczona prędkość wyniosłaby około 28,3 m/s.

Różnica ta może w istotny sposób wpłynąć na proponowaną wielkość miernika i zakres pomiarowy. Zawsze podawaj rzeczywistą średnicę wewnętrzną, a nie tylko nominalne oznaczenie rury.

W przypadku zastosowań, w których preferowany jest bezpośredni pomiar związany z masą, FlowT zapewniaopcje pomiaru masowego przepływu gazu. Ich przydatność należy sprawdzić pod kątem składu gazu i warunków pracy.

Przykład 2: Oblicz zakres operacyjny gazu ziemnego

Instalacja gazu ziemnego rzadko działa przy jednym stałym ciśnieniu, temperaturze i natężeniu przepływu. Dobór licznika powinien uwzględniać minimalny i maksymalny rzeczywisty przepływ objętościowy.

Załóżmy następującą hipotetyczną specyfikację:

• Przepływ referencyjny: 300–1 000 Sm3/h
• Warunki odniesienia: 15 stopni i 1,01325 bar(a)
• Ciśnienie robocze: 3–8 bar(g)
• Temperatura pracy: 10–50 stopni
• Zakładane ciśnienie atmosferyczne: 1,01325 bar
• Zactual/Zstd=1 do obliczeń wstępnych

W tym uproszczonym modelu największa rzeczywista objętość występuje, gdy przepływ odniesienia i temperatura są najwyższe, a ciśnienie robocze najniższe.

Qrzeczywista, maks.=1000 × (1,01325 / 4,01325) × (323,15 / 288,15) ≈ 283,1 m³/h

Najmniejsza rzeczywista objętość występuje przy minimalnym przepływie odniesienia, maksymalnym ciśnieniu i minimalnej temperaturze.

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

Wstępna rzeczywista koperta przepływu wynosi około 33–283 m³/h.

Wartości te nie są ostatecznymi danymi projektowymi dla gazu ziemnego. Zakładają niezależne ekstrema operacyjne i zachowanie gazu doskonałego. W działającym obiekcie ciśnienie, temperatura i zapotrzebowanie mogą być skorelowane i należy ocenić współczynnik ściśliwości.

Dla rury o rzeczywistej średnicy wewnętrznej 150 mm odpowiedni zakres prędkości wynosi około 0,52–4,45 m/s.

Zakres ten stanowi punkt wyjścia przy wyborze miernika, a nie dowód, że jakikolwiek konkretny miernik może go zmierzyć.

Jak dobrać przepływomierz gazu na podstawie rzeczywistego przepływu

Po obliczeniu rzeczywistego przepływu następnym krokiem jest porównanie obwiedni roboczej z opublikowanymi limitami wydajności wybranego licznika.

Krok 1: Ustal rzeczywiste warunki pracy

Zanotuj minimalny, normalny i maksymalny przepływ gazu wraz z odpowiednimi ciśnieniami i temperaturami. Jeśli to możliwe, używaj jednoczesnych danych operacyjnych, zamiast łączyć niepowiązane skrajności.

Określ skład gazu, stan wilgoci, zakres ciśnień i wymagany cel pomiaru. Monitorowanie procesu i regulowane pomiary rozliczeniowe mogą mieć różne wymagania sprzętowe.

Krok 2: Oblicz rzeczywisty przepływ i prędkość

Konwertuj przepływ odniesienia na przepływ rzeczywisty w każdym odpowiednim punkcie pracy. Zastosuj odpowiednią korekcję ściśliwości i rzeczywistą średnicę wewnętrzną rury.

Oblicz prędkość za pomocą Qactual podzielonego przez wewnętrzną powierzchnię przepływu. Pomaga to w monitorowaniu technologii wolumetrycznych, ale sama prędkość nie gwarantuje przydatności.

Krok 3: Sprawdź zakres pomiarowy producenta

Porównaj najniższy i najwyższy punkt pracy z limitami określonymi przez licznik kandydujący.

Dlaprzepływomierz wirowy, dolna granica pomiaru zależy od konstrukcji przyrządu i warunków, takich jak gęstość gazu i liczba Reynoldsa. Licznik, który działa prawidłowo przy normalnym przepływie, może nie zapewniać niezawodnego sygnału przy minimalnym zapotrzebowaniu.

Dlatermiczny przepływomierz masowy, potwierdzić skalibrowany gaz, zakres masowego przepływu, właściwości termiczne, ograniczenia temperaturowe i wymagania instalacyjne.

Jeśli obliczony przepływ minimalny spadnie poniżej dolnej granicy zatwierdzonej przez przyrząd, wybranie większego licznika jedynie w celu uwzględnienia przepływu szczytowego nie rozwiąże problemu.

Krok 4: Sprawdź dokładność i warunki instalacji

Przeczytaj uważnie specyfikację dokładności. Dokładność wyrażona jako procent odczytu nie jest równoważna procentowi pełnej skali, szczególnie przy niskim przepływie.

Sprawdź wymagane długości prostych rur, zakłócenia przepływu, straty ciśnienia, wibracje, połączenia elektryczne i wymagania dotyczące obszarów niebezpiecznych.

dlaWstawiany termiczny przepływomierz masowyważne jest położenie montażowe i profil prędkości. W przypadku wbudowanego instrumentu wirowego musi być spełniona określona robocza liczba Reynoldsa i gęstość gazu.

Masa termiczna a wir: który miernik pasuje do zastosowania?

Termiczny pomiar masy może być atrakcyjny w przypadku monitorowania zużycia czystego sprężonego powietrza, szczególnie gdy wymagana moc wyjściowa to przepływ masowy lub równoważna objętość odniesienia. FlowT również wymieniaprzyrządy do pomiaru masy termicznej gazów.

Technologia wirowa może być odpowiednia dla stabilnych warunków gazu procesowego, gdy rzeczywista prędkość i gęstość gazu pozostają w zatwierdzonym zakresie. Dla wybranej konfiguracji należy sprawdzić dostępność funkcji kompensacyjnych.

Technologia ultradźwiękowa to kolejna możliwa opcja w przypadku niektórych zastosowań gazowych. Jego przydatność zależy od konstrukcji przyrządu, właściwości akustycznych gazu, instalacji i warunków pracy. FlowTwyjaśnienie ultradźwiękowego przepływomierza gazuzapewnia dalsze tło.

Nie należy wybierać żadnej technologii pomiarowej wyłącznie dlatego, że przetwornik może wyświetlać Nm3/h lub Sm3/h.

Typowe błędy w konwersji przepływu gazu i doborze rozmiaru

• Używanie ciśnienia manometrycznego jako ciśnienia bezwzględnego:Powoduje to nieprawidłowy stosunek ciśnień, a tym samym nieprawidłowe przeliczenie objętości.
• Wprowadzanie stopni Celsjusza do równania gazu:Stosunki temperatur muszą być podawane w stopniach Kelvina.
• Ignorowanie warunków odniesienia:Dwa odczyty objętości standardowej mogą nie być bezpośrednio porównywalne, jeśli temperatura odniesienia, ciśnienie lub wilgotność różnią się.
• Zakładając Z=1 bez oceny:Może to powodować systematyczne błędy konwersji, szczególnie w wymagających warunkach gazu rzeczywistego.
• Dobór wyłącznie na podstawie nominalnego przepływu standardowego:Rzeczywiste przepływy minimalne i maksymalne mogą znacznie różnić się od wielkości referencyjnych.
• Mylenie jednostek wyświetlających z zasadą pomiaru:Licznik podający standardową objętość może wyprowadzić tę wartość z pomiaru masy lub skompensowanej objętości rzeczywistej.

Skład gazu również ma znaczenie. Nie można automatycznie założyć, że przyrząd termiczny skalibrowany dla powietrza jest dokładny dla innej mieszaniny gazów. Podobnie przyrząd wolumetryczny wymaga odpowiednich informacji o gęstości podczas obliczania przepływu masowego.

Jakie informacje należy wysłać dostawcy przepływomierzy gazu?

Przydatne zapytanie ofertowe powinno zawierać wystarczającą ilość informacji, aby dostawca mógł ocenić pełny zakres roboczy.

• Nazwa gazu, skład i oczekiwana zmienność
• Przepływ minimalny, normalny i maksymalny
• Podstawa przepływu rzeczywistego, standardowego lub masowego
• Ciśnienie odniesienia, temperatura i baza gazu suchego/mokrego
• Zakresy ciśnienia i temperatury roboczej
• Wewnętrzna średnica rurociągu i szczegóły połączeń
• Dostępne długości rur prostych i warunki montażu
• Wymagana dokładność, sumowanie i sygnały wyjściowe
• Tam, gdzie ma to zastosowanie, wymagania dotyczące obszaru niebezpiecznego lub wymagania prawne

Jeśli wymagana jest kompensacja ciśnienia lub temperatury, należy sprawdzić, czy jest ona wykonywana wewnątrz przetwornika, czy przez zewnętrzny system sterowania. W przypadku instalacji wykorzystujących oddzielny pomiar ciśnienia należy wybraćprzemysłowy przetwornik ciśnienianależy sprawdzić pod kątem kompatybilności z mediami i wymaganego zakresu ciśnienia, a nie wybierać wyłącznie na podstawie sygnału wyjściowego.

Często zadawane pytania

Czy robocze natężenie przepływu jest takie samo jak rzeczywiste natężenie przepływu?

Zwykle przepływ roboczy odnosi się do rzeczywistego przepływu objętościowego przy ciśnieniu i temperaturze roboczej. Termin ten należy jednak potwierdzić w specyfikacji projektu.

Czy Nm3/h można przeliczyć na m3/h przy użyciu stałego współczynnika?

Tylko wtedy, gdy są ustalone warunki operacyjne i referencyjne oraz znane są odpowiednie właściwości gazu. Zmiana ciśnienia, temperatury lub ściśliwości powoduje zmianę współczynnika konwersji.

Czy termiczny przepływomierz masowy wymaga kompensacji ciśnienia?

Generalnie nie jest wymagana taka sama korekcja ciśnienia objętościowego i temperatury, jaka jest stosowana do przeliczania pomiaru rzeczywistej objętości na przepływ masowy. Jednakże ciśnienie, temperatura, skład gazu i warunki kalibracji mogą w dalszym ciągu wpływać na skuteczność pomiaru.

Czy przepływomierz gazu należy dobierać na podstawie przepływu rzeczywistego czy standardowego?

W przypadku technologii wolumetrycznych istotne są rzeczywisty przepływ i prędkość. W przypadku technologii opartych na masie należy sprawdzić odpowiedni zakres przepływu masowego i skalibrowane warunki pracy. Ostateczna decyzja musi być zgodna ze specyfikacjami producenta.

Dlaczego gazomierz jest niedokładny przy niskim przepływie?

Możliwe przyczyny obejmują pracę poniżej zatwierdzonego przepływu minimalnego, nieodpowiednie właściwości gazu, zakłócenia w instalacji, zanieczyszczenie czujnika lub nieprawidłowe ustawienia kompensacji. Przyczynę należy zbadać korzystając z informacji diagnostycznych miernika oraz dokumentacji technicznej.

Ostatnie przemyślenia

Rzeczywiste i standardowe natężenia przepływu gazu reprezentują tę samą ilość gazu w różnych warunkach objętościowych. Ich przeliczenie wymaga jasno określonych warunków odniesienia, ciśnienia bezwzględnego, temperatury i odpowiedniej korekty właściwości gazu.

W przypadku wyboru przyrządu ważniejszą kwestią jest to, czy obliczony zakres przepływu roboczego mieści się w zatwierdzonych granicach pomiarowych licznika. Prawidłowa konwersja to dopiero pierwszy krok.

FlowT oferuje rozwiązania do pomiaru gazu oparte na różnych technologiach. Jeśli określasz miernik sprężonego powietrza, azotu lub innego gazu przemysłowego, podaj warunki pracy, skład gazu, zakres przepływu i wymagane jednostki wyjściowe, aby można było sprawdzić proponowaną konfigurację.

Skontaktuj się z firmą FlowT, aby uzyskać pomoc dotyczącą wyboru przepływomierza gazu i wyceny