فلومتر توربین گاز: نحوه کارکرد، مشخصات و راهنمای انتخاب

A فلومتر توربین گاز سرعت جریان حجمی یک گاز را با تشخیص سرعت چرخش یک روتور توربین قرار داده شده در جریان جریان اندازه گیری می کند. با عبور گاز از بدنه کنتور، نیرویی بر روی پره های زاویه دار روتور وارد می کند و باعث می شود که با سرعتی که مستقیماً متناسب با سرعت گاز است بچرخد. برای گازهای تمیز و خشک در خطوط لوله با سرعت بالا که در آن دقت، نسبت چرخش گسترده و نصب فشرده در اولویت هستند، فلومتر توربین گاز یکی از قابل اعتمادترین و به خوبی اثبات شده‌ترین فناوری‌های اندازه‌گیری موجود است. این ابزار انتخابی برای انتقال گاز طبیعی، اندازه‌گیری گاز فرآیند صنعتی، اندازه‌گیری هوای فشرده و تخصیص گاز سوخت در تاسیسات تولید برق و پتروشیمی است. درک اینکه چگونه کار می کند، چه مشخصاتی بر انتخاب حاکم است، کجا بهترین عملکرد را دارد و چه محدودیت هایی دارد، به مهندسان و تیم های تدارکاتی این امکان را می دهد که این ابزار را به درستی مشخص کرده و قابلیت اندازه گیری کامل آن را استخراج کنند.

اصل عملکرد یک فلومتر توربین گازی

اصل کار یک فلومتر توربین گاز بر اساس انتقال انرژی جنبشی از یک جریان گاز متحرک به یک روتور مکانیکی است. روتور بر روی شفتی در بدنه کنتور نصب می شود که محور آن با جهت جریان هم تراز است. تیغه های روتور در یک زاویه مارپیچ ثابت قرار می گیرند، معمولاً بین 30 و 45 درجه به محور جریان، به طوری که برخورد گاز به تیغه ها باعث ایجاد گشتاوری می شود که باعث چرخش روتور می شود. در جریان ثابت، روتور به سرعت زاویه‌ای می‌رسد که در آن، گشتاور حرکتی گاز، گشتاورهای کندکننده ناشی از اصطکاک یاتاقان، کشش مغناطیسی سنسور پیکاپ و کشش سیال روی سطوح تیغه را متعادل می‌کند. در این تعادل، سرعت روتور بسیار نزدیک به سرعت گاز در طیف وسیعی از نرخ‌های جریان است.

عامل K و نقش آن در اندازه گیری

رابطه بین فرکانس چرخشی روتور و سرعت جریان حجمی از طریق فاکتور متر که معمولاً ضریب K نامیده می شود بیان می شود. ضریب K به عنوان تعداد پالس های تولید شده در واحد حجم گازی که از متر می گذرد تعریف می شود که معمولاً به صورت پالس در متر مکعب یا پالس در لیتر بیان می شود. برای یک فلومتر توربین گازی که به خوبی ساخته شده است، ضریب K در محدوده جریان مشخص شده کنتور پایدار و خطی است، که این چیزی است که ابزار را برای کاربردهای انتقال نگهبانی با دقت بالا مناسب می‌کند. ضریب K در حین کالیبراسیون روی دکل کالیبراسیون جریان تایید شده تعیین می شود و در گواهی کالیبراسیون کنتور ذکر شده است. یک فلومتر توربین گاز معمولی خطی بودن فاکتور K را بین 0.5 تا 1.0 درصد در محدوده جریان اعلام شده خود حفظ می کند. ، با برخی از مترهای با دقت بالا که به مثبت یا منفی 0.25٪ یا بهتر در بخشی از محدوده خود می رسند.

روش های تشخیص سیگنال

چرخش روتور توربین باید به یک سیگنال الکتریکی بدون تماس مکانیکی تبدیل شود که باعث ایجاد اصطکاک و سایش شود. سه روش تشخیص در فلومترهای توربین گاز تجاری استفاده می شود:

• پیکاپ مغناطیسی با رلوکتانس متغیر : یک آهنربای دائمی تعبیه شده در مجموعه سیم پیچ نصب شده در بدنه کنتور، هر بار که نوک تیغه روتور از زیر آن عبور می کند، یک پالس ولتاژ ایجاد می کند، زیرا نوک تیغه عدم تمایل مغناطیسی مدار را تغییر می دهد. این روش نیازی به برق خارجی ندارد، یک سیگنال خود تغذیه تولید می کند و بسیار قابل اعتماد است. این روش تشخیص استاندارد برای اکثر فلومترهای توربین گاز در کاربردهای صنعتی و شهری است.
• سنسور جلوه هال : یک دستگاه نیمه هادی فعال شده مغناطیسی، عبور نوک تیغه ها را با استفاده از اثر هال تشخیص می دهد. پیکاپ‌های اثر هال به منبع تغذیه کوچکی نیاز دارند، اما لبه‌های سیگنال تمیزتری را در سرعت‌های روتور پایین ارائه می‌کنند و قابلیت اندازه‌گیری جریان کم کنتور را فراتر از آنچه پیکاپ‌های رلوکتانس متغیر می‌توانند به دست آورند، افزایش می‌دهند. در برنامه هایی استفاده می شود که دقت جریان پایین بسیار مهم است.
• پیکاپ خازنی RF (فرکانس رادیویی). : یک نوسان ساز با فرکانس بالا تغییر در ظرفیت خازنی را با عبور هر تیغه روتور از سطح سنسور تشخیص می دهد. این روش بدون تماس شمارش تیغه های بسیار دقیقی را در سرعت های پایین و بالا فراهم می کند و در برخی از مترهای انتقال دقیق و نگهدارنده که در آن به وسیع ترین محدوده خطی ممکن نیاز است استفاده می شود.

مشخصات کلیدی و معنی آنها در عمل

تعیین صحیح فلومتر توربین گاز مستلزم درک معنای واقعی هر یک از مشخصات عملکرد و چگونگی ترجمه آن به کیفیت اندازه گیری در برنامه خاص است. تولیدکنندگان از اصطلاحات منسجم استفاده می کنند، اما پیامدهای عملی آن گاهی اوقات با زبان بازاریابی پنهان می شود.

محدوده جریان و نسبت چرخش

محدوده جریان یک فلومتر توربین گاز به عنوان فاصله بین حداقل دبی که در آن دقت بیان شده اعمال می شود (Qmin) و حداکثر دبی پیوسته (Qmax) تعریف می شود. نسبت این دو مقدار، نسبت بازگشتی است. بیشتر دبی‌سنج‌های توربین گاز تجاری به نسبت‌های کاهشی دست می‌یابند 10:1 تا 20:1 ، با دستیابی به برخی مدل های دقیق 30:1 یا بالاتر با استفاده از طراحی پیشرفته روتور بلبرینگ و جلوه هال یا سیستم های پیکاپ RF. نسبت چرخش 20:1 به این معنی است که متری که برای اندازه‌گیری حداکثر جریان 200 متر مکعب در ساعت اندازه‌گیری شده است، جریان‌های کمتر از 10 متر مکعب در ساعت را نیز در مشخصات دقت اعلام شده‌اش اندازه‌گیری می‌کند. این محدوده وسیع یکی از مزیت‌های رقابتی اولیه فلومتر توربین نسبت به دستگاه‌های فشار دیفرانسیل است، که معمولاً قبل از از دست دادن دقت قابل قبول در جریان‌های کم، فقط 3:1 تا 5:1 برگشت را ارائه می‌دهند.

دقت و تکرارپذیری

دقت برای فلومترهای توربین گاز معمولاً به عنوان درصد قرائت (درصد نرخ) به جای درصد مقیاس کامل بیان می شود. این تمایز اهمیت قابل توجهی دارد: یک متر با مثبت یا منفی 1.0٪ از دقت خواندن آن خطا را در کل محدوده جریان حفظ می کند، در حالی که یک متر با مثبت یا منفی 1.0٪ از دقت مقیاس کامل خطای نسبی بسیار بیشتری در جریان های کم دارد. برای برنامه های انتقال حضانت، OIML R137 و AGA-7 (گزارش شماره 7 انجمن گاز آمریکا) مشخص می کنند که کنتورهای توربین انتقال نگهدارنده باید دقت مثبت یا منفی 1.0% از قرائت را بدست آورند. در سراسر محدوده جریان، با بهترین عملکرد متر به مثبت یا منفی 0.5٪ یا بهتر است. تکرارپذیری، که توانایی متر برای تولید قرائت یکسان برای شرایط جریان یکسان در اندازه گیری های مکرر را توصیف می کند، معمولاً بهتر از دقت است، اغلب در مثبت یا منفی 0.1 تا 0.2 درصد برای متر توربین با کیفیت. تکرارپذیری بالا برای اثبات (تأیید میدانی عملکرد کنتور با استفاده از یک متر سنج اصلی) و برای کاربردهایی که ثبات جریان به جای دقت مطلق نیاز اولیه است ضروری است.

رتبه بندی فشار و دما

بدنه و قطعات داخلی کنتور باید حداکثر فشار و دمای عملیاتی برنامه را بدون خرابی ساختاری یا تغییر ابعادی که ضریب K را تغییر می‌دهد تحمل کند. فلومترهای توربین گاز برای خدمات گاز طبیعی معمولاً در درجه بندی فشار موجود هستند PN16، PN25، PN40، و کلاس 150/300/600 به ASME B16.5، فشار خط از اتمسفر تا بیش از 100 بار را در برخی تنظیمات پوشش می دهد. درجه بندی دما برای مدل های صنعتی استاندارد حدوداً متفاوت است منفی 20 تا مثبت 60 درجه سانتیگراد برای الکترونیک و از منفی 40 تا مثبت 120 درجه سانتیگراد برای بدنه مکانیکی در انواع خدمات با دمای بالا. سرویس سنج های برودتی برای اندازه گیری بخار گاز طبیعی مایع (LNG) با استفاده از بدنه های فولادی ضد زنگ و یاتاقان ها و مواد روتور انتخاب شده تا دمای منفی 196 درجه سانتیگراد گسترش می یابد.

محدوده اندازه لوله

فلومترهای توربین گاز در اندازه های خط استاندارد از حدود تولید می شوند 15 میلی متر (0.5 اینچ) تا 600 میلی متر (24 اینچ) سوراخ اسمی، با طرح‌های بدنه ویفری برای اندازه‌های کوچک‌تر و بدنه‌های تمام سوراخ فلنجی برای قطرهای اسمی بزرگ‌تر. انتخاب اندازه کنتور لزوماً با سوراخ اسمی خط لوله یکسان نیست: توربین‌مترها باید به‌گونه‌ای اندازه‌گیری شوند که جریان عملیاتی معمولی در نیمه بالایی محدوده جریان اعلام‌شده کنتور قرار گیرد، جایی که خطی بودن بهترین است، نه در یا نزدیک به حداکثر دبی که خطر فراتر از کار مداوم نامی و سایش یاتاقان را افزایش می‌دهد.

کاربردهایی که در آن توربین گازی فلومتر اکسل است

فلومترهای توربین گاز از دهه 1950 تولید تجاری شده اند و سابقه طولانی در زمینه در صنایع مختلف را به دست آورده اند. ترکیبی از دقت، بردپذیری و ردپای نصب نسبتا فشرده آنها را به انتخاب ارجح در دسته‌های کاربردی زیر تبدیل می‌کند.

انتقال گاز طبیعی و اندازه گیری مالی

مهمترین کاربرد فلومترهای توربین گاز در سطح جهان، انتقال گاز طبیعی بین تولیدکنندگان، شرکت های انتقال، شرکت های توزیع و مصرف کنندگان بزرگ صنعتی است. در ایستگاه‌های اندازه‌گیری انتقال، خروجی کنتور مستقیماً برای محاسبه ارزش پولی گاز منتقل شده استفاده می‌شود و دقت و قابلیت ردیابی مطابق با استانداردهای ملی اندازه‌گیری را الزامی می‌کند. AGA-7 استاندارد صنعتی است که بر طراحی، عملکرد و نصب توربین فلومتر برای انتقال گاز طبیعی در آمریکای شمالی حاکم است. ISO 9951 همان برنامه را در سطح بین المللی پوشش می دهد. این استانداردها قابلیت ردیابی کالیبراسیون، بودجه عدم قطعیت، الزامات نصب، و روش‌های اثبات را مشخص می‌کنند که مبنای قراردادی برای صورت‌حساب دقیق بین شرکای تجاری گاز را تشکیل می‌دهند.

یک نصب معمولی انتقال نگهدارنده از دو یا سه توربین متر به طور موازی با سوئیچینگ جریان خودکار و یک پروور کنتور اختصاصی برای تأیید کالیبراسیون در حین خدمت استفاده می کند. پروور اجازه می دهد تا ضریب K بر اساس استاندارد حجم تایید شده بدون حذف کنتور از سرویس بررسی شود، و اطمینان حاصل شود که هرگونه تغییر در عملکرد کنتور قبل از اینکه منجر به خطای اندازه گیری قابل توجهی شود که مستلزم تسویه مالی بین طرفین است، شناسایی و تصحیح می شود.

اندازه گیری گاز فرآیندهای صنعتی

در تولیدات شیمیایی، پتروشیمی و دارویی، فلومترهای توربین گازی نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن، آرگون، دی اکسید کربن و گازهای فرآیند مخلوط را در سیستم‌های خط لوله که به راکتورها، مبدل‌های حرارتی، سیستم‌های تصفیه و سیستم‌های پوششی خدمات می‌دهند، اندازه‌گیری می‌کنند. توانایی آنها در مدیریت گازهای تمیز با فشار بالا و ابعاد بدنه فشرده آنها، آنها را در جایی که فضا به دلیل طرح لوله های موجود محدود شده است، کاربردی می کند. در سیستم های مدیریت مشعل برای کوره ها و بویلرهای صنعتی، توربین متر سیگنال جریان مورد استفاده برای محاسبه نسبت هوا به سوخت را ارائه می دهد که برای راندمان احتراق و انطباق با انتشار گازهای گلخانه ای بهینه شده است.

هوای فشرده و سیستم های گاز ابزاری

هوای فشرده یکی از انرژی برترین ابزارها در تولید است و فلومترهای توربین گازی نصب شده در هدرهای توزیع هوای فشرده به مدیران انرژی این امکان را می دهد که مصرف را بر اساس منطقه تولید کمیت کنند، نشت را شناسایی کنند و بهبودهای بهره وری انرژی را معیار قرار دهند. این متر حجم واقعی را در فشار و دما خط اندازه گیری می کند و هنگامی که با یک فرستنده فشار و دما و یک کامپیوتر جریان ترکیب می شود، جریان حجمی اصلاح شده را در متر مکعب استاندارد در ساعت یا فوت مکعب استاندارد در دقیقه ارائه می دهد که نشان دهنده مقدار واقعی هوای مصرف شده بدون توجه به تغییرات فشار سیستم در طول دوره های اوج تقاضا است.

اندازه گیری گاز سوخت تولید برق

نیروگاه های گازسوز از فلومترهای توربین برای اندازه گیری عرضه گاز سوخت به هر توربین گاز و دیگ استفاده می کنند. اندازه‌گیری دقیق سوخت برای محاسبه نرخ گرما، پایش بازده، و گزارش انتشار گازهای گلخانه‌ای تحت شرایط مجوز محیطی مورد نیاز است. اندازه‌گیری جریان از توربین‌متر، همراه با آنالیز گاز از کروماتوگراف، امکان محاسبه محتوای انرژی گاز مصرفی در ساعت را فراهم می‌کند که مستقیماً بازده حرارتی کارخانه و هزینه سوخت در هر مگاوات ساعت تولید را تعیین می‌کند. یک درصد خطا در اندازه‌گیری گاز سوختی در یک نیروگاه سیکل ترکیبی 400 مگاواتی که تقریباً 70000 متر مکعب در ساعت گاز طبیعی مصرف می‌کند، نشان‌دهنده خطای صورت‌حساب معادل صدها هزار دلار در سال است. با قیمت های معمولی گاز، که سرمایه گذاری در کنتورهای توربین درجه انتقال با کیفیت بالا در تاسیسات تولید برق را توضیح می دهد.

محدودیت ها و کاربردهایی که متر توربین بهترین انتخاب نیستند

وابستگی فلومتر توربین گازی به چرخش مکانیکی به این معنی است که دارای محدودیت‌های ذاتی در شرایط خاص خدمات است که باید صادقانه هنگام مقایسه آن با فناوری‌های جایگزین برای یک کاربرد خاص ارزیابی شود.

گازهای کثیف، مرطوب یا خورنده

دبی سنج های توربین گازی برای عملکرد قابل اعتماد به گاز تمیز و خشک نیاز دارید. آلودگي ذرات ناشي از رسوب لوله، آوارهاي ساختماني يا حمل فرآيند به پره هاي روتور و سطوح ياتاقان آسيب مي رساند و باعث رانش پيشرونده فاكتور K و در نهايت خرابي مكانيكي مي شود. مایعات حباب شده باعث آسیب مشابه می شوند و می توانند تغییر ناگهانی فاکتور K را در حین عبور مایعات از کنتور ایجاد کنند. اجزای گاز خورنده از جمله سولفید هیدروژن، کلر و ترکیبات اسیدی به مواد یاتاقان حمله می کنند و اگر مواد خیس شده به طور خاص برای مقاومت در برابر خوردگی انتخاب نشده باشند، می توانند باعث تشنج روتور شوند. قبل از تعیین کنتور توربین در هر سرویس گاز، ترکیب گاز شامل آلاینده های احتمالی باید تایید شود که با مواد روتور کنتور، مواد شفت و نوع بلبرینگ سازگار است. گازی که نمی توان آن را تضمین کرد که در ورودی کنتور تمیز و خشک باشد، باید با فناوری بدون قطعات متحرک مانند متر اولتراسونیک یا گرداب سنج اندازه گیری شود.

جریان ضربانی

کمپرسورهای رفت و برگشتی و پمپ‌های جابجایی مثبت، پالس‌های فشاری را در لوله‌های پایین دست ایجاد می‌کنند که باعث شتاب و کاهش دوره‌ای جریان گاز می‌شوند. روتور توربین به دلیل اینرسی و هندسه زاویه پره خود، با ثبت بیش از حد به جریان ضربانی پاسخ می دهد: هنگامی که سرعت گاز افزایش می یابد شتاب می گیرد و زمانی که سرعت کاهش می یابد کندتر می شود و یک خطای اندازه گیری مثبت سیستماتیک ایجاد می کند. در شرایط شدید ضربان دار این خطا می تواند برسد 5 تا 10 درصد یا بیشتر ، که برای اهداف انتقال حضانت یا کنترل فرآیند کاملاً غیرقابل قبول است. میراگرهای پالسی نصب شده در بالادست متر، یا انتخاب یک متر اولتراسونیک که هیچ روتور متحرکی مستعد تأثیرات اینرسی ندارد، گزینه های اصلاحی برای محیط های جریان ضربانی هستند.

نرخ جریان بسیار پایین و اعداد رینولدز پایین

در زیر مشخصات Qmin توربین‌متر، نیروهای اصطکاک و پسا یاتاقان نسبت به نیروی محرکه از جریان گاز قابل توجه است و باعث می‌شود روتور کمتر از سرعت متناسب با سرعت جریان کاهش یابد. فاکتور K از مقدار کالیبره شده خود منحرف می شود و خطای اندازه گیری به سرعت افزایش می یابد. کاربردهایی که در آن جریان به طور منظم به کمتر از 10 درصد Qmax برای دوره‌های طولانی می‌رسد، به‌طور ضعیفی توسط توربین‌مترها ارائه می‌شوند. فلومترهای جرمی حرارتی یا کنتورهای کوریولیس برای اندازه گیری گاز کم جریان که در آن حداقل آستانه جریان توربین متر به طور مداوم قابل دستیابی نیست، مناسب ترند.

الزامات نصب برای اندازه گیری دقیق

فلومترهای توربین گاز به مشخصات سرعت گاز در ورودی خود حساس هستند. یک پروفیل سرعت کاملا توسعه یافته، متقارن و بدون چرخش که وارد کنتور می شود، تضمین می کند که روتور به طور یکنواخت در تمام بخش های تیغه پاسخ می دهد و ضریب K با مقدار کالیبره شده مطابقت دارد. پروفیل های مختل ناشی از اتصالات لوله کشی بالادست جریان نامتقارن یا چرخشی ایجاد می کند که عامل K موثر را تغییر می دهد و خطای اندازه گیری سیستماتیک را ایجاد می کند که هیچ مقدار تنظیم الکترونیکی نمی تواند به طور کامل آن را اصلاح کند.

الزامات اجرای لوله مستقیم

حداقل جریان مستقیم لوله مورد نیاز در بالادست و پایین دست یک فلومتر توربین گازی به نوع و شدت اختلال بالادست بستگی دارد. AGA-7 راهنمایی های خاصی را برای پیکربندی های لوله کشی رایج ارائه می دهد:

در جایی که به دلیل محدودیت فضای لوله کشی نمی توان به طول لوله مستقیم مورد نیاز دست یافت، یک تهویه کننده جریان نصب شده در بالادست کنتور می تواند به طور قابل توجهی مسیر مستقیم مورد نیاز را با شکستن چرخش و توزیع مجدد اعوجاج های پروفیل سرعت کاهش دهد. تهویه‌کننده‌های جریان مطابق با توصیه‌های پیوست ISO 17089 یا AGA-7، نیاز بالادستی را تا حدودی کاهش می‌دهند. 10 بعدی به دنبال نرم کننده در اکثر پیکربندی‌های لوله‌کشی، به قیمت یک افت فشار دائمی کوچک در سراسر عنصر تهویه‌کننده.

جهت و موقعیت نصب

فلومترهای توربین گاز را می توان در هر جهت لوله از جمله جریان افقی، عمودی به سمت بالا و عمودی رو به پایین نصب کرد، مشروط بر اینکه کنتور برای جهت گیری طراحی شده باشد. نصب افقی رایج ترین و به طور کلی ترجیح داده می شود زیرا از پتانسیل تجمع مایع در ورودی کنتور جلوگیری می کند که می تواند با جریان رو به پایین عمودی در خطوط گاز که دارای آثار میعانات هستند رخ دهد. در صورت نیاز به نصب عمودی، جریان رو به بالا بر جریان رو به پایین ترجیح داده می شود تا اطمینان حاصل شود که هر مایع موجود به جای جمع شدن در نوک تیغه ها از روتور خارج می شود. کنتور باید در مکانی قابل دسترسی برای نگهداری و بازرسی بدون نیاز به داربست یا جداسازی موقت لوله که باعث وقفه در سرویس می شود نصب شود.

تصحیح حجم و جبران دما و فشار

فلومتر توربین گاز حجم واقعی گاز عبوری از کنتور را در شرایط خط فشار و دما اندازه گیری می کند. در اکثر کاربردهای تجاری و صنعتی، مقدار مورد نظر حجم واقعی در شرایط خط نیست، بلکه حجم یا جرم استاندارد اصلاح شده به یک شرایط مرجع است، معمولاً 0 درجه سانتیگراد و 101.325 کیلو پاسکال (متر مکعب استاندارد) یا 15 درجه سانتیگراد و 101.325 کیلو پاسکال بسته به قرارداد قابل اجرا یا استاندارد نظارتی.

نقش رایانه جریان

یک کامپیوتر جریان سیگنال پالس را از توربین متر به همراه سیگنال های فشار و دما از فرستنده های نصب شده در متر یا نزدیک متر دریافت می کند و معادله واقعی گاز حالت را برای محاسبه حجم یا جریان جرم تصحیح شده در زمان واقعی اعمال می کند. ضریب تراکم پذیری Z گاز که انحراف رفتار گاز واقعی از رفتار گاز ایده آل در فشارهای بالا را محاسبه می کند، باید از معادله ترکیب گاز مانند AGA-8 (برای گاز طبیعی) محاسبه شود تا دقت مورد نیاز برای اندازه گیری مالی به دست آید. در فشار خط 70 بار، ضریب تراکم پذیری گاز طبیعی ممکن است تقریباً 0.85 باشد، به این معنی که حجم واقعی در شرایط خط تنها 85 درصد حجمی است که محاسبات گاز ایده آل پیش بینی می کند. و نادیده گرفتن تراکم پذیری یک خطای سیستماتیک 15% را در هر محاسبه اندازه گیری در آن فشار ایجاد می کند. بنابراین اجرای دقیق جریان کامپیوتری AGA-8 یا معادله حالت معادل آن به اندازه کیفیت کالیبراسیون خود توربین متر برای دقت کلی سیستم مهم است.

یکپارچه سازی اندازه گیری انرژی

برای کاربردهای گاز طبیعی که در آن مبادلات تجاری به جای حجم، بر اساس محتوای انرژی است، رایانه جریان محاسبه خود را با ضرب نرخ جریان حجمی استاندارد در ارزش حرارتی گاز به جریان انرژی گسترش می‌دهد. ارزش حرارتی از تجزیه و تحلیل کروماتوگراف گازی ترکیب در خود ایستگاه اندازه گیری یا از یک مقدار نماینده توافق شده بین طرفین به دست می آید. زنجیره اندازه‌گیری انرژی از پالس توربین‌متر از طریق تصحیح حجم تا محاسبه انرژی، عملکرد اصلی یک سیستم اندازه‌گیری مالی است و بر اساس استانداردهای اندازه‌گیری ملی در طول راه‌اندازی و در فواصل آزمایشی بعدی ممیزی می‌شود.

نگهداری و تحمل عمر

نیاز اولیه تعمیر و نگهداری فلومتر توربین گاز، سیستم بلبرینگ روتور است. روتور در طول کار به طور مداوم با سرعت بالا می چرخد ​​و یاتاقان هایی که محور روتور را پشتیبانی می کنند در معرض سایش هستند که در نهایت نیاز به تعویض دارند. میزان سایش یاتاقان فاصله نگهداری کنتور و پایداری ضریب K را در طول زمان تعیین می‌کند و کیفیت بلبرینگ را به یکی از مهم‌ترین پارامترهای طراحی در یک فلومتر توربین گازی با قابلیت اطمینان بالا تبدیل می‌کند.

انواع بلبرینگ و طول عمر آنها

سه نوع یاتاقان در فلومترهای توربین گاز تجاری استفاده می شود که هر کدام دارای ویژگی های عملکرد و طول عمر متفاوتی هستند:

• بلبرینگ آستین (ژورنالی). : یاتاقان های هیدرودینامیکی که در آن یک لایه نازک از گاز یا روان کننده شفت روتور را پشتیبانی می کند. در سرویس گاز خشک تمیز، گاز فرآیند خود روانکاری را فراهم می کند و نیاز به تامین روانکار خارجی را از بین می برد و از آلودگی جریان گاز جلوگیری می کند. یاتاقان‌های آستین در سرویس گاز طبیعی تمیز می‌توانند به زندگی دست پیدا کنند پنج تا ده سال یا بیشتر قبل از نیاز به تعویض
• بلبرینگ : یاتاقان‌های المان غلتشی اصطکاک کم را در هنگام راه‌اندازی و نرخ جریان کم ایجاد می‌کنند و دامنه مفید کنتور را به سمت سرعت‌های جریان کمتری نسبت به یاتاقان‌های آستین افزایش می‌دهند. با این حال، بلبرینگ‌های ساچمه‌ای نیاز به روان‌کاری دارند که باید از یک مخزن روان‌کننده مجزا در بدنه کنتور یا از غبار روان‌کننده در گاز فرآیند تامین شود و نسبت به یاتاقان‌های آستینی در کاربردهای گاز کثیف در معرض آسیب آلودگی هستند.
• بلبرینگ سرامیکی : یاتاقان های سرامیکی زیرکونیا یا کاربید سیلیکون مقاومت در برابر سایش، بی اثری شیمیایی و توانایی عملکرد بدون روغن کاری در محیط های خورنده یا گاز خشک را ارائه می دهند که در آن یاتاقان های فلزی معمولی دچار سایش یا حمله خوردگی سریع می شوند. بلبرینگ های سرامیکی به طور فزاینده ای برای کاربردهای گاز ترش (حاوی سولفید هیدروژن) و گازهای خورنده مشخص می شوند.

نظارت بر وضعیت و نگهداری پیش بینی شده

طراحی‌های مدرن توربین‌های گازی فلومتر دارای پیکربندی دو روتور یا پیکاپ دوگانه است که ابزاری برای تشخیص تخریب یاتاقان یا آسیب روتور در سرویس بدون برداشتن کنتور برای بازرسی فراهم می‌کند. در یک متر دو روتور، دو روتور به صورت سری در داخل بدنه کنتور قرار می گیرند. در شرایط عادی، هر دو روتور با سرعت‌هایی می‌چرخند که توسط جریان گاز تعیین می‌شود، و نسبت سرعت آنها با زاویه تیغه‌هایشان ثابت می‌شود. هنگامی که ساییدگی یاتاقان یا آسیب روتور شروع به تأثیر متفاوتی روی یک روتور با دیگری می کند، نسبت سرعت چرخش آنها تغییر می کند و یک سیگنال تشخیصی ارائه می دهد که نشان دهنده ایجاد مشکلات مکانیکی قبل از اینکه دقت اندازه گیری به طور قابل توجهی مختل شود را نشان می دهد. این قابلیت پیش‌بینی تعمیر و نگهداری به اپراتورها اجازه می‌دهد تا جایگزین یاتاقان‌ها را در طول قطعی تعمیرات برنامه‌ریزی‌شده برنامه‌ریزی کنند به‌جای واکنش واکنشی به رویدادهای خرابی کنتور. ، که در سرویس انتقال حبس می تواند باعث ایجاد رویه های پرهزینه تعویض کنتور و اختلافات احتمالی صورتحساب شود.

کالیبراسیون، اثبات و ردیابی

دقت یک فلومتر توربین گازی که در انتقال نگهدارنده یا اندازه‌گیری مالی استفاده می‌شود، فقط به اندازه کالیبراسیونی است که منحنی ضریب K آن را ایجاد کرد و برنامه اثباتی که ضریب K را تأیید می‌کند در طول دوره خدمات خود ثابت می‌ماند. کالیبراسیون و اثبات فعالیت‌های متمایز اما مکملی هستند که با هم قابلیت ردیابی اندازه‌شناختی مورد نیاز برای معاملات تجاری قانونی را فراهم می‌کنند.

کالیبراسیون کارخانه

کالیبراسیون کارخانه بر روی یک مرکز کالیبراسیون جریان با استفاده از یک محیط مرجع، معمولاً هوا یا گاز طبیعی، با یک متر متر قابل ردیابی یا استاندارد حجم به عنوان مرجع انجام می شود. کالیبراسیون ضریب K را در نرخ های جریان چندگانه در محدوده کنتور ایجاد می کند و یک جدول کالیبراسیون یا منحنی تصحیح چند جمله ای را ایجاد می کند که در فرستنده الکترونیکی متر یا رایانه جریان مربوطه ذخیره می شود. گواهی کالیبراسیون باید استاندارد مرجع مورد استفاده، قابلیت ردیابی آن با استانداردهای اندازه گیری ملی یا بین المللی، عدم قطعیت استاندارد مرجع، و عدم قطعیت گسترش یافته ضریب K کالیبره شده کنتور را در هر دبی آزمایش شده بیان کند. برای کنتورهای در نظر گرفته شده برای انتقال نگهدارنده، کالیبراسیون باید بر روی گاز در شرایطی انجام شود که نشان دهنده فشار سرویس است تا از تأثیرات چگالی بر روی ضریب K که توسط کالیبراسیون هوا در فشار اتمسفر گرفته نمی شود، جلوگیری شود.

در سرویس اثبات

اثبات کنتور ضریب K یک متر نصب شده در سرویس را در برابر یک دستگاه پروور کالیبره شده یا یک متر اصلی کالیبراسیون شناخته شده بدون حذف کنتور از خط لوله تأیید می کند. پروورهای لوله، پروورهای حجم کوچک و پروورهای متر سنج اصلی سه روش اصلی اثبات مورد استفاده برای فلومترهای توربین گاز در سرویس انتقال نگهدارنده هستند. فرکانس اثبات مورد نیاز طبق مقررات و قراردادهای تجاری قابل اجرا متفاوت است، اما معمولاً از آن متغیر است ماهانه تا سالانه بسته به اندازه تراکنش اندازه گیری شده و سابقه پایداری کنتور. نتایج اثبات با ضریب K تعیین‌شده مقایسه می‌شود، و اگر انحراف از تحمل توافق شده بیشتر شود (معمولاً به علاوه یا منفی 0.25 تا 0.5٪ بسته به قرارداد)، ضریب متر تعدیل می‌شود و اختلاف ممکن است باعث اصلاح صورت‌حساب برای دوره اندازه‌گیری از آخرین اثبات معتبر شود.

چک لیست انتخاب فلومتر توربین گاز

انتخاب یک فلومتر توربین گاز برای یک کاربرد خاص نیاز به ارزیابی سیستماتیک شرایط فرآیند، الزامات عملکرد و محدودیت‌های نصب دارد. چک لیست زیر پارامترهای مهمی را پوشش می دهد که باید قبل از تکمیل یک مشخصات تعریف شوند:

1. ترکیب گاز را تعریف کنید و تمیزی را تأیید کنید : همه اجزا از جمله آلاینده های کمیاب، پتانسیل میعانات و گونه های خورنده را شناسایی کنید. اطمینان حاصل کنید که گاز را می توان در تمام شرایط عملیاتی در ورودی کنتور تمیز و خشک تضمین کرد.
2. محدوده جریان شامل حداقل، نرمال و حداکثر نرخ را تعیین کنید : اطمینان حاصل کنید که محدوده جریان مورد نیاز در محدوده کاهش قابل دستیابی یک متر است، یا برای چندین متر به موازات سوئیچینگ جریان خودکار برنامه ریزی کنید اگر محدوده مورد نیاز از مقداری که یک متر می تواند پوشش دهد بیشتر باشد.
3. دقت و محدوده مورد نیاز را مشخص کنید : تعیین کنید که آیا برنامه نیاز به دقت 0.5% درجه مالی مثبت یا منفی دارد یا اینکه مشخصات درجه فرآیند مثبت یا منفی 1.0% یا مثبت یا منفی 2.0% قابل قبول است، زیرا این امر مستقیماً بر هزینه کنتور تأثیر می گذارد.
4. حداکثر فشار و دمای عملیاتی را تأیید کنید : بررسی کنید که درجه بندی فشار و دما کنتور از حداکثر شرایط نابسامان بیشتر باشد، نه صرفاً از شرایط عملکرد عادی.
5. لوله های مستقیم موجود را ارزیابی کنید : محل نصب را بررسی کنید تا تأیید کنید که مسیرهای مستقیم بالادست و پایین دست مورد نیاز قابل دستیابی هستند، یا اگر نمی توانند برای نصب تهویه کننده جریان برنامه ریزی کنید.
6. سیگنال خروجی و الزامات یکپارچه سازی را تعیین کنید : تأیید کنید که آیا خروجی پالس مستقیماً به رایانه جریان، کارت ورودی DCS یا سیستم SCADA متصل می شود و فرمت خروجی مورد نیاز (فرکانس، HART، Modbus، یا تعداد پالس) را مشخص کنید.
7. روش اثبات و فاصله را مشخص کنید : برای کنتورهای انتقال نگهداری، روش اثبات باید قبل از تعیین کنتور و پروور با طرفین معامله به توافق برسد، زیرا برخی از روش‌های اثبات الزامات خاصی را بر طراحی بدنه کنتور تحمیل می‌کنند.

فلومتر توربین گاز یکی از دقیق‌ترین، قابل اعتمادترین و مقرون به صرفه‌ترین فناوری‌ها برای اندازه‌گیری گاز تمیز با سرعت بالا در طیف کاملی از تأسیسات صنعتی کوچک تا ایستگاه‌های اندازه‌گیری انتقال گاز طبیعی با قطر بزرگ است. سادگی مکانیکی، منابع خطا به خوبی درک شده، دامنه وسیع و زیرساخت های کالیبراسیون و اثبات بالغ، نقش آن را به عنوان فناوری غالب در اندازه گیری مالی گاز طبیعی برای بیش از شش دهه حفظ کرده است، و هیچ چیز در بازار فعلی ترکیبی به اندازه کافی قانع کننده از مزایای رقابتی را ارائه نمی دهد تا آن را از این موقعیت در آینده ای قابل پیش بینی جایگزین کند.