Vortex Debimetre Kılavuzu: Basınç ve Sıcaklık Telafisi

Bir girdaplı akış ölçer, akış akışına yerleştirilen bir blöf gövdesi tarafından dökülen girdapların sıklığını tespit ederek hacimsel akışı ölçer; bu, von Kármán etkisi olarak bilinen bir prensiptir. Buhar, sıkıştırılmış gaz veya yoğunluğun çalışma koşullarına göre önemli ölçüde değiştiği herhangi bir akışkan içeren uygulamalar için stveart bir girdaplı akış ölçer tek başına yeterli değildir. Basınç telafisi ve sıcaklık telafisi çeşitleri, kütle akışını veya düzeltilmiş hacimsel akışı gerçek zamanlı olarak hesaplamak için ilave sensörleri doğrudan ölçüm cihazı gövdesine entegre ederek harici enstrümantasyon ve manuel düzeltme hesaplamalarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Doğru konfigürasyonun seçilmesi sıvı tipinize, gereken doğruluğa ve normal çalışma sırasında basıncın, sıcaklığın veya her ikisinin değişip değişmediğine bağlıdır.

Vortex Debimetre Nasıl Çalışır?

Bir cihazın çalışma prensibi girdap akış ölçer köklü bir akışkan dinamiği fenomenine dayanmaktadır. Sıvı, blöf gövdesi veya ayırıcı çubuk olarak adlandırılan aerodinamik olmayan bir engelin üzerinden aktığında, vücudun her iki tarafında düzenli, tekrarlanan bir düzende alternatif girdaplar oluşturulur. Bu modele von Kármán girdap caddesi denir.

Bu girdapların yayılma sıklığı, St.rouhal ilişkisiyle ifade edilen sıvı hızıyla doğru orantılıdır:

f = St × V / d

Nerede f girdap dökülme frekansıdır, St boyutsuz Strouhal sayısıdır (tipik olarak 0,17–0,21 çoğu blöf gövde tasarımı için), V sıvı hızıdır ve d blöf gövdesinin genişliğidir. Strouhal sayısı geniş bir Reynolds sayısı aralığında neredeyse sabit kaldığı için girdap frekansı, akış hızının güvenilir, doğrusal bir göstergesi olarak hizmet eder.

Tespit Yöntemleri

Girdaplar, blöf gövdesinin içine veya yakınına yerleştirilmiş çeşitli algılama teknolojilerinden biri tarafından tespit edilen salınımlı basınç dalgalanmaları yaratır:

• Piezoelektrik sensörler : En yaygın türdür. Piezoelektrik kristal, her girdaptan gelen salınım kuvvetine yanıt olarak küçük bir voltaj sinyali üretir. Bu sensörlerin hareketli parçaları yoktur ve buhar ve gaz hizmetlerinde son derece güvenilirdirler.
• Kapasitans sensörleri : Esnek bir diyafram kullanarak girdapların oluşturduğu basınç farkını tespit edin. Bazı piezoelektrik tasarımlara göre titreşim girişimine daha az duyarlıdır.
• Ultrasonik sensörler : Bazı gelişmiş tasarımlar, girdap kaynaklı hız dalgalanmalarını tespit etmek için boru deliği boyunca yönlendirilen ultrasonik ışınlar kullanır ve müdahaleci olmayan ölçüme olanak tanır.

Tespit yöntemi ne olursa olsun, temel bir girdaplı akış ölçerin çıkışı hacimsel akış hızıyla orantılı frekans darbe sinyali . Bunu kütle akışına veya standartlaştırılmış hacimsel akışa dönüştürmek, sıvı yoğunluğu bilgisini gerektirir; bu noktada dengeleme değişkenleri hayati önem taşır.

Doğru Akış Ölçümü İçin Kompanzasyon Neden Gereklidir?

Bir girdaplı akış ölçerin darbe çıkışı, çalışma koşullarındaki gerçek hacimsel akışı, yani o anda sayaçtan geçen gerçek hacmi yansıtır. Yoğunluğun nispeten stabil olduğu birçok sıvı uygulaması için bu yeterlidir. Ama için gazlar, buhar ve süperkritik akışkanlar Hacimsel akış ile kütle akışı arasındaki ilişki hem basınca hem de sıcaklığa oldukça duyarlıdır.

Doymuş buharı iki farklı basınçta düşünün:

• Şu tarihte: 5 bar (mutlak) doymuş buharın yoğunluğu yaklaşık olarak 2,67 kg/m³
• Şu tarihte: 10 bar (mutlak) doymuş buhar yoğunluğu yaklaşık olarak yükselir 5,16 kg/m³

Bu iki koşulda aynı hacimsel akış okuması şunu temsil eder: kütle akışının neredeyse iki katı 5 bar'a kıyasla 10 bar'da. Bu yoğunluk farkı dikkate alınmadan, yalnızca hacimsel çıktıya dayalı bir buhar enerjisi faturalandırması veya proses kontrol sistemi, şu değerleri aşan hatalar taşıyabilir: %30–50 değişken basınç koşulları altında. Kompanzasyon, düzeltilmiş değerlerin sürekli olarak hesaplanması için gerçek zamanlı basınç ve/veya sıcaklık verilerini akış bilgisayarına besleyerek bu sorunu doğrudan giderir.

Basınç Dengeleme Vorteks Debimetresi

A basınç dengeleme girdap akış ölçer Girdap algılama elemanının yanı sıra ölçüm gövdesine bir basınç vericisini (tipik olarak piezo dirençli veya kapasitans tipi bir basınç sensörü) entegre eder. Dahili akış bilgisayarı, önceden yüklenmiş özellik tablolarından sıvı yoğunluğunu hesaplamak için ölçülen girdap frekansının yanı sıra canlı basınç okumasını kullanır ve ardından gerçek zamanlı olarak kütle akışını veya düzeltilmiş hacimsel akışı elde eder.

Basınç Kompanzasyonu Tek Başına Yeterli Olduğunda

Akışkan sıcaklığı sabit olduğunda veya kabul edilebilir bir tolerans dahilinde sabit kabul edilebildiğinde basınç dengelemesi uygun ve yeterlidir. En yaygın senaryo doymuş buhar servisi : Doymuş buhar, herhangi bir basınç için sabit bir sıcaklıkta mevcut olduğundan, tek başına basınç ölçümü, akışkanın termodinamik durumunu tam olarak tanımlar. Yoğunluğu belirlemek için ayrı bir sıcaklık ölçümüne gerek yoktur.

Ek uygun uygulamalar şunları içerir:

• Besleme sıcaklığının nispeten sabit olduğu ancak hat basıncının kompresör döngüsüne göre değiştiği basınçlı hava sistemleri
• Değişken başlık basıncıyla ortam sıcaklığına yakın nitrojen veya inert gaz dağıtımı
• Sıcaklık değişiminin az olduğu doğal gaz ölçümü (referans değerinin ±10°C'si dahilinde)

Tipik Özellikler

Piyasadaki çoğu basınç dengeleme vorteks akış ölçeri, entegre basınç sensörlerine sahiptir. 0–4 MPa veya 0–10 MPa , tipik olarak basınç ölçüm doğruluğu ile ±%0,5 FS . Telafi sonrası birleşik akış ölçümü belirsizliği genellikle şu aralıktadır: ±%1,0–1,5 sıvılarda hacimsel akışı ölçen tek başına girdap elemanı için ±%0,5–1,0 ile karşılaştırıldığında buhar ve gaz için okuma.

Sıcaklık Telafisi Vorteks Debimetresi

A sıcaklık telafisi girdap akış ölçer bir direnç sıcaklık dedektörünü (RTD) entegre eder - en yaygın olarak bir Pt100 veya Pt1000 A sınıfı sensör - Sayacın içine veya hemen yukarı/aşağı yöndeki tamamlayıcı bağlantı parçasına. Sıcaklık sinyali, yoğunluğu belirlemek ve kütleyi veya düzeltilmiş akışı hesaplamak için akışkan özelliği verilerini kullanan aynı dahili akış bilgisayarını besler.

Sıcaklık Telafisi Tek Başına Kullanıldığında

Yalnızca sıcaklık telafisi, yalnızca basınç veya birleşik telafiden daha az yaygındır, ancak meşru uygulamalara sahiptir:

• Sabit basınçta ancak değişken sıcaklıkta sıvı akışı : Boru basıncının düzenlendiği ancak sıcaklığın proses yüküne göre değiştiği sıcak su devreleri, kızgın yağ sistemleri ve soğutma suyu devreleri
• Bilinen kararlı besleme basıncında gaz akışı : Bir basınç regülatörü giriş basıncını sıkı bir şekilde tuttuğunda ancak ortam veya proses sıcaklığı mevsimsel veya günlük olarak değiştiğinde
• Düzenlenmiş basınçta gazların velayet transferi : Basıncın sözleşme veya düzenleme ile sabitlendiği ve yalnızca sıcaklığın aktif izlemeye ihtiyaç duyduğu yerler

RTD Yerleştirme ve Yanıt Süresi

RTD tipik olarak bir termovel içerisine konumlandırılır. Aşağı yönde 3–5 boru çapı Ölçüm noktasındaki akış profilinin bozulmasını önlemek için vorteks ölçüm cihazı gövdesinin. Termowell tasarımı önemlidir: kalın duvarlı bir termovel termal gecikmeyi artırır, bu da hızlı sıcaklık değişimleri sırasında geçici hatalara neden olabilir. Hızlı sıcaklık dalgalanmalarının olduğu işlemler için, azaltılmış uçlu veya hızlı tepki veren termovel Yanıt süresinin 5 saniyenin altında olması önerilir.

Kombine Basınç ve Sıcaklık Dengelemeli Vortex Debimetre

En yetenekli ve en geniş kapsamlı varyant, hem basınç hem de sıcaklık sensörlerini tek bir ölçüm düzeneğine entegre eder. Her iki değişkene aynı anda erişim sayesinde dahili akış bilgisayarı, akışkan için tam durum denklemini uygulayabilir; Çalışma koşulları hakkında herhangi bir varsayım olmaksızın gerçek kütle akışı hesaplaması .

Bu yapılandırma aşağıdakiler için zorunludur:

• Aşırı ısıtılmış buhar : Doymuş buharın aksine kızgın buhar, herhangi bir basınç için doyma eğrisinin üzerindeki sıcaklıklarda bulunur. Hem basınç hem de sıcaklık bağımsız olarak değişkendir ve buhar tablolarından yoğunluğu belirlemek için her ikisinin de ölçülmesi gerekir.
• Doğalgaz emanet devri : Doğal gaz ölçümüne yönelik AGA (Amerikan Gaz Birliği) ve ISO standartları, hem basınç hem de sıcaklık kullanılarak temel koşullara göre düzeltme yapılmasını gerektirir
• Değişken proses gazları : Bileşim ve çalışma koşullarının dalgalandığı karışık gaz akışları, biyogaz veya proses çıkış gazı
• Faturalandırma veya tahsis için buhar enerjisi ölçümü : Değişen yük koşullarında BTU veya kJ çıkışının doğru şekilde hesaplanması gereken yerler

Yokogawa (digitalYEWFLO serisi), Endress Hauser (Prowirl F 200) ve Emerson (Rosemount 8800D MultiVariable) gibi üreticiler, tek bir proses bağlantısında vorteks frekansını, basıncını ve sıcaklığını ölçen, kütle akışını doğrudan HART, FOUNDATION Fieldbus veya Modbus protokolleri aracılığıyla çıkaran tam entegre çok değişkenli vorteks akış ölçerler sunar.

Karşılaştırma: Standart ve Dengelenmiş Vorteks Debimetreler

Doğruluğu Etkileyen Kurulum Gereksinimleri

Telafi konfigürasyonundan bağımsız olarak, girdaplı akış ölçerler, yukarı akış boru geometrisinin neden olduğu akış profili bozulmalarına karşı hassastır. Nominal doğruluğu elde etmek için düz çalışma gereksinimlerinin karşılanması tartışılamaz.

Yukarı ve Aşağı Yönde Düz Boru Gereksinimleri

Aşağıdaki düz çalışma gereksinimleri, standart kurulum koşulları altında çoğu girdaplı akış ölçer için geçerlidir. Gerçek gereksinimler üreticiye ve ölçüm cihazı tasarımına göre değişir:

Titreşim ve Titreşim Hassasiyeti

Vortex akış ölçerler doğası gereği mekanik titreşime karşı hassastır çünkü sensörleri salınımlı kuvvetleri algılar. Girdap dökülme frekansına yakın frekanslardaki boru hattı titreşimi, yanlış darbeler, sinyal kesintisi veya hatalı okumalar . Çoğu modern dijital sinyal işlemcisi, girdap sinyalleri ile titreşim gürültüsü arasında ayrım yapmak için uyarlanabilir filtreleme içerir, ancak kompresörlerin, pompaların veya buhar türbinlerinin yakınındaki şiddetli titreşim ortamları dikkatle değerlendirilmelidir. Sayacı titreşim yalıtımlı bir makara parçasına monte etmek veya titreşim kaynağından daha uzağa yerleştirmek pratik iyileştirme stratejileridir.

Akış Aralığı ve Minimum Akış Hususları

Her girdaplı akış ölçerin ölçülebilir minimum bir akış hızı vardır - tipik olarak Sıvılar için 0,5–1,0 m/s and Gazlar ve buhar için 3–5 m/s — bunun altında girdap saçılımının düzensiz hale geldiği ve sinyalin güvenilmez hale geldiği seviye. Bu daha düşük eşiğe genellikle kesme hızı veya minimum tespit edilebilir akış adı verilir. Bu noktanın altında, geniş kısma gereksinimleri olan uygulamalarda dikkate alınması gereken gerçek akışa bakılmaksızın sayaç sıfır çıkışı verir.

Çoğu girdap ölçer için pratik kısma oranı 10:1 ila 20:1 Coriolis veya manyetik akış ölçerler için 100:1 veya daha fazlası ile karşılaştırıldığında. Düzenli olarak düşük yükte çalışan buhar sistemleri için (örneğin tesisin başlatılması sırasında veya gece boyunca) bu sınırlama, sayaç ortalama yerine beklenen maksimum akışa göre ölçülü olarak boyutlandırılmadığı sürece önemli ölçüm boşluklarına neden olabilir.

Yararlı bir boyutlandırma kuralı: bir metre boyutu seçin. gaz/buhar için normal çalışma akış hızı 3 ila 15 m/s arasındadır ve sıvılar için 1 ila 7 m/s arasındadır. Bu, akış dalgalanmaları için boşluk bırakarak çalışma noktasının doğrusal aralıkta kalmasını sağlar.

Doğru Vortex Debimetre Konfigürasyonunun Seçilmesi

Uygulamanız için uygun vorteks akış ölçer çeşidini belirlemek için aşağıdaki karar kriterlerini kullanın:

1. Akışkan fazınızı ve değişkenliğinizi tanımlayın : Kararlı koşullarda sıvı → standart girdap. Değişken basınçlı doymuş buhar veya gaz → basınç dengeleme. Aşırı ısıtılmış buhar, doğal gaz veya hem basınç hem de sıcaklık değişimine sahip herhangi bir gaz → birleşik P T telafisi.
2. Kütle akışının mı yoksa hacimsel akışın mı gerekli olduğunu belirleyin : Enerji faturalandırması, saklama transferi ve yanma kontrolü genellikle kütle akışı gerektirir. Tank dolumu veya proses dozajı yalnızca hacimsel akışa ihtiyaç duyabilir, bu durumda standart veya tek kompanzasyon sayacı yeterli olabilir.
3. Minimum akışta Reynolds sayısını kontrol edin : Vorteks ölçüm cihazları yaklaşık olarak minimum Reynolds sayısını gerektirir Yeniden = 20.000 güvenilir dökülme için. Viskoz sıvılar veya çok düşük akış koşulları için bu eşiğe ulaşılamayabilir ve alternatif bir teknoloji dikkate alınmalıdır.
4. Kurulum ortamını değerlendirin : Yüksek titreşim, titreşimli akış veya yetersiz düz çalışma, girdap ölçümünün geçerli olabilmesi için farklı bir ölçüm teknolojisi veya önemli boru tesisatı değişiklikleri gerektirebilir.
5. İletişim ve entegrasyon gereksinimlerini değerlendirin : Telafi edilmiş vorteks ölçüm cihazları birden fazla proses değişkeninin çıktısını verir. Çok değişkenli bir ünite belirlemeden önce kontrol sisteminin veya veri toplama altyapısının ölçüm cihazının çıkış protokolünü (HART, Profibus veya FOUNDATION Fieldbus) desteklediğini doğrulayın.

Dengelenmiş vorteks akış ölçerler için en büyük tek kullanım durumunu temsil eden buhar enerjisi ölçüm uygulamalarının çoğunluğu için, birleşik bir basınç ve sıcaklık dengeleme ünitesi doğru spesifikasyondur. Yalnızca basınçlı bir modele göre marjinal maliyet mütevazıyken, kızgın buhar hizmeti için doğruluk artışı önemli düzeydedir ve genellikle ISO 50001 gibi tesis enerji yönetimi standartları tarafından gerekli kılınır.