Какво представлява дебитомерът с отвор? Принцип на работа, точност, приложения и избор

Принципът звучи просто, но надеждното измерване на потока през отвора зависи от нещо повече от самата плоча. Диаметърът на отвора, съотношението на бета, състоянието на ръба, местоположението на крана за налягане, плътността на течността, числото на Рейнолдс, профилът на потока нагоре по веригата, обхватът на DP трансмитера и инсталацията влияят на резултата.

Това ръководство обяснява принципа на работа на дюзовия разходомер от хидравличното ограничение до крайния сигнал за потока, след което показва какво влияе върху несигурността на измерването, къде технологията работи добре и какво инженерите трябва да проверят, преди да специфицират система.

От какво се състои дебитомерът с отвор?

Измервателният уред с отвор трябва да се третира като цялостна система за измерване-на диференциално налягане, а не като метална плоча, монтирана между два фланеца.

Плоча с отвор

Плочата създава ограничението. Конвенционалната концентрична плоча с остри-ръбове има кръгъл отвор, центриран в тръбата. Размерът на отвора, дебелината, горният ръб и ориентацията на монтаж трябва да съответстват на проектната основа, използвана за изчисляване на потока.

За отделни услуги се предлагат различни геометрии на плочите. Ръководството заизбор на тип плоча с отворосигурява допълнителен контекст, когато стандартна концентрична плоча може да не отговаря на течността.

Кранове за налягане и импулсни връзки

Крановете за налягане отчитат статично налягане нагоре и надолу по течението на ограничението. Тръби или интегрирани канали пренасят тези сигнали за налягане към инструмента за диференциално налягане.

Подредбата за потупване е част от дизайна на измерването. Не може да се премества произволно, след като плочата е оразмерена, тъй като налягането варира в зависимост от позицията около ограничението.

Трансмитер за диференциално налягане

Вторичният измервателен елемент открива разликата между страните с високо-налягане и ниско-налягане. Подходящтрансмитер за диференциално наляганепреобразува тази механична разлика в налягането в използваем електронен сигнал.

По-широко казано,конфигурации на трансмитер за наляганетрябва да бъдат избрани според налягането на процеса, температурата, необходимия обхват, условията на околната среда и изискванията на -системата за управление.

Как работи разходомерът с отвор?

1. Течността се доближава до ограничението

Нагоре по течението на плочата течността заема цялото напречно-сечение на тръбата. За стандартизирано измерване приближаващият поток трябва да отговаря на условията на монтаж, изисквани от избрания метод на изчисление. Близките колена, клапани и други смущения могат да променят профила на скоростта, преди течността да достигне отвора.

2. Скоростта се увеличава през отвора

Отворът осигурява по-малка площ на потока от тръбата. За да се поддържа непрекъснатост, течността се ускорява, докато преминава през отвора.

Това ускорение е централно за измерване-на дебита на диференциално налягане. Уредът не измерва директно скоростта на плочата; вместо това измерва промяната на налягането, свързана с ускорението.

3. Падане на статичното налягане

С нарастването на скоростта статичното налягане намалява. Принципът на Бернули осигурява основната физическа връзка между налягането, скоростта и надморската височина за идеализиран поток, докато практическите изчисления на отвора добавят коефициенти, които отчитат поведението на реалната течност.

Следователно налягането нагоре по веригата е по-високо от налягането, измерено от страната надолу по веригата на ограничението.

4. Vena Contracta се образува надолу по течението

Потокът от течност не се разширява веднага до пълния диаметър на тръбата след пресичане на плочата. Продължава да се свива на кратко разстояние надолу по течението. Мястото, където струята достига минималната си площ на напречното-сечение, се наричаvena contracta.

След тази точка потокът се разширява и малко статично налягане се възстановява. Възстановяването не е пълно, защото отделянето и турбуленцията разсейват механичната енергия. Тази невъзстановена част изглежда като постоянна загуба на налягане.

5. Системата измерва диференциалното налягане

Предавателят вижда два сигнала за налягане:

ΔP = P1 − P2

където P1 е изпускателното налягане нагоре по веригата, а P2 е изпускателното налягане надолу по веригата.

С увеличаването на потока диференциалното налягане се повишава. Връзката обаче е нелинейна.

6. Диференциалното налягане се преобразува в поток

За фиксирана геометрия и иначе стабилни условия на процеса, опростената връзка е:

Q ∝ √ΔP

Това има важна практическа последица. Ако диференциалното налягане падне до 25% от стойността на пълната-скала, съответният теоретичен поток е около 50% от пълната скала, а не 25%.

Функцията за квадратен корен може да бъде изпълнена в интелигентен предавател или в PLC, DCS или компютър за поток. Обикновено не трябва да се прилага два пъти. на ЕмерсънРъководство за проектиране на DP потокспециално отбелязва, че извличането на квадратен корен може да се извърши в предавателя или другаде в системата за управление и предупреждава да не се извършва и на двете места.

Полученият сигнал може също да бъде натрупан от aсуматор на потокакогато приложението изисква общ обем или маса във времето.

Какво влиза в уравнението за действителния поток на отвора?

Връзката-корен квадратен обяснява принципа, но не е пълно инженерно уравнение за оразмеряване. Действителните изчисления отчитат геометрията и поведението на първичния елемент и свойствата на течността.

Важните променливи включват:

• диаметър на отвора на отвора;
• вътрешен диаметър на тръбата;
• диференциално налягане;
• плътност на течността;
• коефициент на разтоварване;
• бета съотношение;
• число на Рейнолдс;
• коефициент на разширение за компресируеми течности.

Коефициент на разреждане

Коефициентът на изтичане, обикновено представляван от C, отчита разликата между изчислението на идеализирания поток и действителния поток през ограничението. Той се влияе от геометрията и режима на потока, поради което стандартна плоча с отвор не може да бъде заменена с приблизително подобен отвор и да се очаква да се получи същата база за изчисление.

Състоянието на ръба на плочата също има значение. Заобляне, отлагания, ерозия или механични повреди могат да променят поведението на локалния поток и следователно да повлияят на ефективността на измерването.

Фактор на разширяване

За течности промените в плътността през елемента за диференциално налягане често са достатъчно малки, за да се третира течността като по същество несвиваема за приложимото изчисление. Газът и парата се държат различно.

Когато свиваем флуид преминава през ограничението, промените в налягането са придружени от промени в плътността. Коефициентът на разширяване отчита този ефект при изчислението на приложимия отвор. Това е една от причините, поради които оразмеряването на газ и пара изисква повече информация за процеса, отколкото просто диаметър на тръбата и максимален поток.

Какво е бета коефициент и защо има значение?

Бета съотношението, записано като , е съотношението между диаметъра на отвора на отвора и вътрешния диаметър на тръбата:

= d / D

където d е диаметърът на отвора на отвора и D е вътрешният диаметър на тръбата нагоре по веригата.

По-малък отвор спрямо тръбата създава по-силно ограничение и обикновено създава повече диференциално налягане при даден поток. По-големият отвор създава по-малко диференциално налягане и обикновено по-малко постоянни загуби на налягане.

Това не означава, че много малък или много голям бета коефициент автоматично е по-добър. Бета съотношението взаимодейства с числото на Рейнолдс, коефициента на разреждане, наличния DP, несигурността и чувствителността на инсталацията. Трябва да се изчислява от действителните условия на процеса, а не да се избира само за създаване на удобен обхват на трансмитера.

Кое разположение на крана за налягане се използва?

ISO 5167-2:2022 обхваща стандартни дюзови плочи, използвани с фланцови кранове, ъглови кранове и D и D/2 кранове. Theофициална спецификация ISO 5167-2също така определя геометрията, монтажните и работните условия за стандартни плочи, използвани в пълни кръгли тръбопроводи.

Фланцови кранове

Връзките за налягане са разположени във фланците на стандартизирани разстояния близо до плочата. Това е обичайно индустриално споразумение.

Ъглови кранове

Налягането се усеща непосредствено до горната и долната страна на плочата.

D и D/2 кранове

Кранът нагоре е разположен на един диаметър на тръбата нагоре, докато кранът надолу е разположен на половин диаметър на тръбата надолу.

Тези устройства не просто осигуряват три различни начина за свързване на тръби. Местоположението на крана променя диференциалното налягане, което се измерва, така че конфигурацията на крана трябва да съответства на метода за изчисляване, използван за определяне на потока.

Какво влияе върху точността на разходомера с дюзи и несигурността на измерването?

По-полезно е да се мисли за несигурността на цялата измервателна система, отколкото да се присвои един общ номер на точност на всеки измервателен уред с отвор.

Геометрия на основния елемент

Диаметърът на отвора, плоскостта на плочата, дебелината, състоянието на острите-ръбове и диаметърът на тръбата влияят върху първичното измерване. Плоча, произведена правилно, но монтирана назад, също може да доведе до резултат извън предвидената проектна основа.

Профил на потока

Колена, частично отворени клапани, редуктори и други фитинги могат да създадат вихрови или асиметрични профили на скоростта. Ефектът зависи от смущението, разстоянието му от плочата и геометрията на измервателния уред.

Ето защо няма полезно универсално твърдение, че всеки измервателен уред с дюзи се нуждае от точно същия брой диаметри на тръбата нагоре по веригата. Стандартните изисквания за монтаж трябва да се проверят за действителната конфигурация на тръбопровода.

Числото на Рейнолдс

Числото на Рейнолдс описва връзката между инерционния и вискозния ефект в протичащия флуид. Тъй като коефициентът на изтичане е свързан с режима на потока, числото на Рейнолдс е част от стандартизираното изчисление и границите на приложимост.

ISO 5167-2 определя дефинирани работни условия и граници на приложение, вместо да третира коефициента на пластината като независим от режима на потока.

Обхват на DP предавателя

Трансмитер, който работи добре близо до своя проектиран работен диапазон, може да допринесе пропорционално повече несигурност, когато диференциалното налягане стане много малко.

Това има значение, защото DP спада бързо с намаляване на потока. Ако потокът е 30% от проектния поток, диференциалното налягане е само около 9% от съответния проектен DP при опростената квадратична зависимост.

Поради това ефективността на ниския{0}}поток зависи от нещо повече от номиналната точност на трансмитера, отпечатана на лист с данни.

Кранове за налягане и импулсни линии

Запушени кранове, течове, неравномерни течни глави, уловен газ или кондензат могат да произведат фалшиво диференциално налягане, преди трансмитерът дори да обработи сигнала.

Ето защо проверката на целия път на налягането често е по-полезна от незабавното повторно калибриране на трансмитера, когато показанието стане нестабилно.

Плътност на течността и компенсация

За променящи се условия на газ или пара, плътността може да варира достатъчно, за да повлияе на изчисления поток. Многопроменливата система може да включва статично налягане и температура, така че изчислението отразява променящите се условия на процеса.

Калибрирането остава част от цялостния процес-на управление на измерванията. Ръководство на сайта накак да калибрирате разходомеросигурява допълнителен фон, докато апаратурата за налягане може да се нуждае от свое документиранеинтервал на калибриране на трансмитера за налягане.

Къде се използват дюзови разходомери?

Течен поток

Плочите с дюзи могат да измерват много чисти, едно-фазни течности, когато загубата на налягане и условията на монтаж са приемливи. Вода, технологични течности и въглеводороди са обичайни примери.

Мръсните течности изискват повече внимание. Отлаганията могат да променят геометрията на отвора, докато твърдите частици могат да разядат ръба или да запушат кранове за налягане.

Газов поток

Измерването на диференциално{0}}налягане също се използва широко за газ. Трябва обаче да се вземат предвид промените в свиваемостта и плътността. Система, предназначена да отчита стандартен обемен или масов поток, може да се нуждае от компенсация на налягането и температурата в допълнение към DP.

Читателите, оценяващи газовите приложения, могат да продължат с тези на сайтаизмерване на промишлен газов потокресурси.

Парен поток

Steam е важно приложение за DP-поток, тъй като основният елемент няма въртящ се измервателен механизъм, изложен на процес с висока-температура.

Трудната част често не е плочата, а системата за измерване на налягането. При конвенционалните устройства с мокър-крак кондензатът в импулсните линии трябва да се управлява така, че и двете страни да представят стабилен и сравним натиск на трансмитера. Лошият наклон на линията, неравномерните крака на конденза или парата, навлизаща в трансмитера, могат да създадат проблеми с измерването и надеждността.

Плътността на парата също се променя с работните условия, така че система, използвана в широк диапазон на налягане или температура, може да изисква компенсация. Алтернативни парни технологии се обсъждат в сайтаразходомер на парараздел.

Кога плочата с отвор е лош избор?

Системата с отвори е привлекателна, защото основният елемент е прост и стандартизиран, но нейните компромис-отстъпки имат значение.

• Разходи за постоянна-загуба на високо налягане:ако енергията на помпата или компресора е критична, друг първичен елемент може да осигури по-добро възстановяване на налягането.
• Абразивна или образуваща{0}}отлагания течност:ерозията на ръбовете и блокираните кранове могат да попречат на измерването.
• Много широк работен диапазон:ниският поток произвежда много малък DP, което може да направи цялата система по-малко подходяща от друга технология.
• Силна пулсация:обхватът на стандарта ISO 5167-2 изключва пулсиращ поток.
• Лош тръбопровод нагоре по веригата:силното завихряне или изкривяване на -профила на скоростта може да направи стандартната инсталация непрактична без препроектиране.
• Необходим директен масов поток:една система с отвор обикновено изисква допълнителна информация за налягане, температура и плътност, отколкото присъщо измерване на масата.

Orifice срещу Venturi, Vortex, Turbine и Coriolis

A Вентури разходомерособено си струва да се сравни, когато постоянната загуба на налягане е важна. Секциите за постепенно сближаване и възстановяване обикновено задържат повече налягане, отколкото рязкото разширяване след отвора.

За Steam или помощна услуга сравнете приложението с aвихров разходомер. За чисти течности, където е приемлив механичен ротор,обхват на турбинния разходомерпредоставя друг подход за измерване. Когато директният масов поток е приоритет, ръководството на сайта заПринцип на работа на кориолисовия разходомеробяснява принципно различен метод.

Проводимите течни услуги също могат да оправдаят сравнението с anелектромагнитен разходомер, особено когато е желателно премахването на натрапчиво ограничение.

Как да изберете разходомер с дюза

Полезната спецификация започва с процеса, а не с размера на фланеца.

1. Идентифицирайте течността и фазата.Посочете дали процесът е течност, газ или пара и дали остава еднофазен при работни условия.
2. Осигурете минимален, нормален и максимален поток.Един проектен поток не е достатъчен, за да се оцени DP с нисък-поток или необходимата способност за обхват.
3. Определете налягане и температура.Включете нормални и проектни условия. Изчисленията за газ и пара също може да се нуждаят от тези стойности за компенсация на плътността.
4. Потвърдете вътрешния диаметър на тръбата.Номиналният размер на тръбата не винаги е достатъчен за точно изчисляване на първичния{0}}елемент.
5. Определете допустимата постоянна загуба на налягане.Това може да се превърне в-енергийно ограничение на жизнения цикъл, а не просто проблем с уредите.
6. Изберете геометрията и материала на плочата.Обърнете внимание на чистотата на течността, корозията, температурата и приложимите стандарти.
7. Установете бета съотношението и проектирайте DP.Те трябва да се изчисляват заедно, а не да се избират независимо.
8. Изберете необходимото разположение на крана.Крановете трябва да съответстват на базата за изчисление.
9. Оразмерете DP предавателя.Оценете очаквания DP в реалния работен диапазон, не само при максимален дебит.
10. Определете компенсация и изход.Определете дали системата се нуждае от извличане-на квадратен корен, сумиране, компенсация на налягане/температура или изчисляване на масов-поток.
11. Проверете разположението на тръбите.Прегледайте смущенията нагоре по веригата, изискванията-за праволинейно движение, местоположението на предавателя и маршрута-на импулсната линия, преди да финализирате проекта.

Често срещани грешки при инсталиране и пускане в експлоатация

Emerson описва системите за DP поток като комбинация от първичен елемент, трансмитер за диференциално налягане и поддържащи компоненти като импулсен тръбопровод, клапани и съединители. Този изглед-на ниво система е полезен при отстраняване на неизправности, тъй като добрата плоча не може да коригира лош сигнал за налягане. Вижте този на Емерсънпреглед на измерването на потока на диференциално наляганеза допълнителна техническа подготовка.

Често задавани въпроси

Разходомерът с дюза е разходомер за диференциално налягане?

да Плочата с отвор създава контролирана разлика в налягането и измервателната система използва това DP, за да определи потока.

Защо потокът варира с корен квадратен от диференциалното налягане?

За фиксирана геометрия и стабилни флуидни условия диференциалното налягане варира приблизително с квадрата на потока. Следователно изчисленият поток варира с корен квадратен от DP.

Какъв е основният недостатък на измервателния уред с отвор?

Постоянната загуба на налягане е един от основните компромиси-. Рязкото ограничаване и отделянето на потока надолу по веригата разсейват енергията, която не е напълно възстановена.

Какво е бета съотношение?

Бета съотношението е диаметърът на отвора на отвора, разделен на вътрешния диаметър на тръбата. Той влияе върху генерирания DP, поведението на изпускане, загубата на налягане и приложимите условия за оразмеряване.

Може ли разходомер с дюза да измерва пара?

да Първичният елемент е много подходящ за високо-температурно обслужване, но точното измерване на парата също зависи от състоянието на парата, изчисляването на плътността, информацията за налягането и температурата и правилната инсталация на-импулсната линия.

Всяка плоча с дюзи изисква ли еднаква права дължина на тръбата?

Не. Изискването зависи от смущението нагоре по веригата, бета съотношението, разположението на тръбопроводите и приложимия стандарт за изчисление. Единичен прав-номер на изпълнение не трябва да се прилага за всяка инсталация.

Колко често трябва да се калибрира разходомер с дюза?

Няма универсален интервал за цялата система. Честотата на калибриране трябва да отразява критичността на измерването, стабилността на трансмитера, условията на обслужване, историята на поддръжката и изискванията на-системата за качество. Проверката на плочата и проверките-на пътя на налягането са отделни от калибрирането на трансмитера.

Може ли ISO 5167 да се използва за всяко приложение с отвор?

No. ISO 5167-2 определя конкретен обхват за стандартизирани плочи с дюзи и работни условия. Съгласно официалното обобщение на стандарта, то се прилага за пълни тръбопроводи, специфично налягане-устройства за изпускане, едно-фазен дозвуков поток и дефиниран размер и диапазони на числото на Рейнолдс; пулсиращият поток е извън посочения обхват.

Заключение

Разходомер с дюза преобразува контролирано хидравлично ограничение в диференциално налягане, което може да бъде свързано с потока. Плочата създава промяната на скоростта и налягането, крановете за налягане предават получените сигнали, а DP предавателят или системата за управление извършва преобразуването, необходимо за индикация на потока и сумиране.

Надеждното измерване зависи от цялостната система. Бета коефициентът, коефициентът на разреждане, числото на Рейнолдс, плътността на флуида, състоянието на плочата, профилът на потока, разположението на крана за налягане, обхватът на трансмитера и компенсацията влияят върху крайния резултат.

За ново приложение дефинирайте флуида, фазата, работния обхват на потока, налягането, температурата, ID на тръбата, допустимата загуба на налягане и необходимата производителност на измерване, преди да оразмерите плочата. След това проверете дали тръбопроводната подредба и трансмитерът могат да поддържат очаквания диапазон на DP. Този процес прави много по-лесно да се определи дали измервателният уред с отвор е подходящ или дали Вентури, вихрова, турбинна, електромагнитна или Кориолисова технология предлага по-добро прилягане.