نرخ جریان جرمی به نرخ جریان حجمی: راهنمای تبدیل برای مهندسان

یک تأسیسات پتروشیمی در شرق چین دو فلومتر را به صورت متوالی بر روی همان هدر بخار اشباع کار می کرد: یک گرداب سنج در پایین دست و یک جریان سنج جرمی کوریولیس در بالادست. برای یک ماه کامل، ابزارها در عرض دو درصد یکدیگر را ردیابی کردند. سپس کارخانه بار بخار را تغییر داد، فشار هدر در طول یک آخر هفته تقریباً چهار بار کاهش یافت و این دو قرائت یازده درصد از هم جدا شدند. ورتکس متر، یک دستگاه حجمی، چگالی ثابتی را اعمال می کرد که در هنگام راه اندازی برنامه ریزی شده بود. کوریولیس متر به طور مستقیم جرم را اندازه گیری می کرد. هیچ یک از کنتورها ایراد نداشت. این خطا مفهومی بود: گیاه با خواندن حجمی به گونه‌ای برخورد می‌کرد که گویی یک قرائت انبوه بدون بررسی مجدد چگالی است.

هر مهندسی که با ابزار دقیق جریان کار کرده است، نسخه ای از این مشکل را ملاقات کرده است. رابطه بین سرعت جریان جرمی و سرعت جریان حجمی به طرز فریبنده ای ساده به نظر می رسد: یک معادله، یک مقدار چگالی. اما تراکم به ندرت همان چیزی است که در پلاک ذکر شده است. تبدیل اشتباه، تعادل مواد را مخدوش می‌کند، حسابداری بخار و انرژی را تضعیف می‌کند، انرژی را هدر می‌دهد و در موارد شدید می‌تواند فرآیند را به سمت یک حالت عملیاتی ناایمن سوق دهد.

این مقاله توضیح می‌دهد که هر نرخ جریان در واقع به شما چه می‌گوید، چگونه بین آن‌ها تبدیل کنید، چه اتفاقی برای چگالی در شرایط فرآیند واقعی می‌افتد، کدام فناوری‌های ابزار به طور مستقیم جرم را اندازه‌گیری می‌کنند و کدام یک حجم را اندازه‌گیری می‌کنند، و چگونه انتخاب مناسبی را برای خدمات خود انجام دهید. نتیجه گیری در ابتدا: جریان انبوه کمیت حفظ شده فیزیکی است که اقتصاد و ایمنی فرآیند بر آن بنا شده است. جریان حجمی یک پروکسی مناسب است که تنها زمانی قابل اعتماد است که چگالی مشخص، پایدار و به درستی اعمال شود.

نرخ جریان انبوه و نرخ جریان حجمی: آنچه که هر مقدار در واقع به شما می گوید

دبی جرمی جرم سیالی است که از یک مقطع معین در واحد زمان عبور می کند. در عمل صنعتی به کیلوگرم در ساعت، تن در ساعت یا پوند در دقیقه بیان می شود. جرم در هر فرآیند معمولی حفظ می شود: با تغییر فشار، دما یا فاز نمی توان آن را ایجاد یا از بین برد. اگر به نظر می رسد فرآیندی در حال از دست دادن یا افزایش جرم است، آنچه در واقع می بینید تغییر در موجودی است، نه تغییر در خود عدد جرم.

دبی حجمی حجم سیال عبوری از یک مقطع در واحد زمان، بر حسب متر مکعب در ساعت یا لیتر در دقیقه است. حجم حفظ نشده است. همان کیلوگرم گازی که در فشار اتمسفر یک متر مکعب را اشغال می کند در فشار بالاتر کسری از آن حجم را اشغال می کند. پمپی که حجم ثابتی را در هر دور ارائه می دهد، نرخ جریان جرمی بسیار متفاوتی را بسته به چگالی سیال ورودی به آن ارائه می دهد.

نتیجه عملی ساده است و اغلب نادیده گرفته می شود: هنگامی که سؤال فرآیند به عنوان "میزان ماده در حال تولید، مصرف یا انتقال است" بیان می شود، پاسخ به صورت انبوه تعلق دارد. وقتی سوال این است که "این مخزن چقدر سریع پر می شود" یا "جریان این لوله آب چقدر است"، مبنای حجمی طبیعی و مناسب است. اشتباه گرفتن این دو مشکل واحد نیست. این یک مشکل معنی است.

این دو کمیت با چگالی به هم متصل هستند. برای به دست آوردن جریان جرمی از جریان حجمی، در چگالی سیال در شرایط کار کنتور ضرب کنید. برای به دست آوردن جریان حجمی از جریان جرمی، آن را بر همان چگالی تقسیم کنید. محاسبات پیش پا افتاده است. مشکل مهندسی تعیین مقدار چگالی برای استفاده است، و اینجاست که اکثر خطاهای دنیای واقعی شروع می‌شوند.

فرمول تبدیل: یک معادله، یک گرفتن

در جایی که ṁ نرخ جریان جرمی، Q نرخ جریان حجمی، و ρ چگالی سیال است، رابطه:

ṁ = Q × ρ ، و بنابراین Q = ṁ / ρ

ابتدا با یک مثال مایع کار کنید. چگالی آب در دمای 20 درجه سانتی گراد تقریباً 998 کیلوگرم بر متر است ³ . یک خط 20 متری ³ بنابراین در ساعت آب 20 × 998 = 19960 کیلوگرم در ساعت یا تقریباً 20 تن در ساعت را حمل می کند. از آنجایی که چگالی آب به آرامی با دما تغییر می کند، این تبدیل برای سال ها زمانی که دما پایدار است معتبر باقی می ماند.

حالا یک مثال گاز بزنید. هوا در دمای 25 درجه سانتیگراد و فشار اتمسفر دارای چگالی تقریباً 1.18 کیلوگرم بر متر است. ³ . 20 متر مکعب در ساعت از آن هوا تنها حدود 24 کیلوگرم در ساعت است. همین هوا را تا 6 بار مطلق فشرده کنید و چگالی آن به حدود 7.1 کیلوگرم بر متر می رسد ³ ; همین جریان حجمی اکنون حدود 142 کیلوگرم در ساعت را نشان می دهد. تعداد حجم تغییر نکرد، اما جرم حمل شده شش برابر افزایش یافت. هر کسی که شرط اول را با چگالی دوم تبدیل کند یا برعکس، صدها درصد کاهش می یابد.

این نکته در عنوان این بخش است: ضریب تبدیل خود یک متغیر است. برای مایعات به آرامی تغییر می کند. برای گازها با هر تغییر فشار و دما تغییر می کند. برای بخار می تواند به طور چشمگیری در یک محدوده فشار متوسط ​​تغییر کند.

موضوع دوم مربوط به قراردادهای گزارش دهی است. در عمل گاز طبیعی و هوای فشرده، جریان ها اغلب بر حسب متر مکعب معمولی در ساعت (Nm) بیان می شود. ³ /h) یا متر مکعب استاندارد در ساعت (Sm ³ /h). اینها دبی حجمی واقعی در شرایط خط نیستند. آنها نرخ جریان جرمی هستند که به عنوان حجمی که گاز در شرایط مرجع ثابت اشغال می کند بیان می شود: 0 درجه سانتی گراد و 1.01325 بار برای متر مکعب معمولی، یا 15 درجه سانتی گراد یا 20 درجه سانتی گراد در فشار یکسان برای متر مکعب استاندارد. عددی 10000 نیوتن متر گزارش شده است ³ /h یک جریان جرمی تقریباً 7500 کیلوگرم در ساعت برای یک ترکیب معمولی گاز طبیعی است، بدون توجه به فشار واقعی در لوله. بنابراین، تبدیل بین حجم واقعی، حجم معمولی و جرم مستلزم آن است که هم شرایط مرجع و هم شرایط عملیاتی واقعی به درستی بیان شوند.

تراکم: پلی که حرکت می کند

چگالی جرم در واحد حجم است. رفتار آن در شرایط فرآیند تعیین می کند که هنگام استفاده از یک قرائت حجمی به عنوان پایه جرم چقدر خطا جذب می کنید. خانواده‌های سیال مختلف بسیار متفاوت رفتار می‌کنند، و این تفاوت کل منطق انتخاب ابزار را که بعداً در این مقاله توضیح داده شد، هدایت می‌کند.

مایعات تقریباً تراکم ناپذیر هستند، اما از نظر حرارتی منبسط می شوند. آب در محدوده 10 تا 60 درجه سانتیگراد تقریباً 0.03 درصد از چگالی خود را در هر درجه سانتیگراد از دست می دهد. بازه کامل از 10 درجه سانتیگراد تا 50 درجه سانتیگراد، چگالی را حدود 1.2 درصد تغییر می دهد. کوچک به نظر می رسد، و اغلب اینطور است. اما در 1000 متر ³ خط آب در ساعت، خطای 1.2 درصد چگالی 12 تن در ساعت خطای پنهان است. هیدروکربن ها بیشتر منبسط می شوند: دیزل سبک تراکم را کمی بیش از 2 درصد بین 15 درجه سانتی گراد تا 40 درجه سانتی گراد تغییر می دهد. برای انتقال سوخت مایع، خطای 2 درصد کاملاً مهم است، به همین دلیل است که چگالی در اسکیدهای اندازه گیری اندازه گیری می شود، نه فرض می شود.

گازها طبق قانون گاز ایده آل با تقریب اول رفتار می کنند: ρ = P × M / (R × T)، که در آن P فشار مطلق، T دمای مطلق، M جرم مولی، و R ثابت گاز جهانی است. دو برابر شدن فشار مطلق چگالی را دو برابر می کند. افزایش دمای مطلق از 280 کلوین به 320 کلوین، دانسیته را تا 12.5 درصد کاهش می دهد. یک گاز واقعی از قانون ایده آل منحرف می شود و این انحراف توسط ضریب تراکم پذیری Z ثبت می شود، اما نتیجه کیفی بدون تغییر باقی می ماند: هر زمان که فشار یا دما تغییر کند چگالی گاز بسیار تغییر می کند.

Steam یک مورد خاص است. چگالی بخار اشباع تابعی از فشار است. بین 5 بار مطلق و 10 بار مطلق، چگالی بخار اشباع تقریباً دو برابر می شود، از حدود 2.67 به حدود 5.15 کیلوگرم بر متر ³ . یک بخار سنج حجمی کالیبره شده در شرایط پایین تر، جریان جرمی را تقریباً 50 درصد در زمان رسیدن به شرایط بالاتر کاهش می دهد.

الگوی سازگار است. برای مایعات، یک چگالی ثابت ممکن است در یک پنجره دمای باریک قابل قبول باشد. برای گازها و بخار، عملاً هرگز چنین نیست.

چرا فرآیندهای صنعتی بر اساس جریان انبوه ساخته می شوند؟

اگر محاسبات مهندسی را بررسی کنید که از یک کارخانه فرآیند معمولی پشتیبانی می کنند، تقریباً همه آنها مبتنی بر انبوه هستند. استثناها معدود کاربردهایی هستند که در بخش بعدی مورد بحث قرار می‌گیرند که در آن حجم واحد تجاری طبیعی است. درک اینکه چرا جرم بر اندازه‌گیری جریان غالب است، توضیح می‌دهد که چرا انتخاب ابزار اغلب تصمیمی در مورد اندازه‌گیری مستقیم جرم یا بازسازی آن از روی حجم است.

احتراق و آزاد شدن انرژی واضح ترین نمونه ها هستند. یک دیگ بخار، یک کوره یا یک توربین گاز به نسبت هوا به سوخت کنترل شده نیاز دارد و این نسبت نسبت جرم است، نه حجم. تغییر در فشار گاز سوخت که مورد توجه قرار نگیرد، جرم سوخت تحویلی را برای همان اندازه‌گیری حجمی تغییر می‌دهد، استوکیومتری را تغییر می‌دهد، دمای شعله را تغییر می‌دهد، انتشار گازهای گلخانه‌ای را افزایش می‌دهد و راندمان را کاهش می‌دهد. اپراتورهایی که فقط جریان حجمی هوا و سوخت احتراق را ردیابی می کنند، به طور موثر نسبت به این تغییرات کور هستند.

سیستم های بخار انرژی را توزیع می کنند و انرژی موجود در بخار توسط جرم آن حمل می شود. یک تن بخار اشباع شده در ساعت با فشار 8 بار در حدود دو سوم مگاوات گرمای مفید فرآیند هنگام متراکم شدن آزاد می شود. خطای 10 درصدی در قرائت جریان جرم بخار، خطای 10 درصدی در تراز انرژی نیروگاه است که به صورت شکاف غیرقابل توضیحی در گزارش های بازده دیگ بخار یا در تعادل برگشتی میعانات ظاهر می شود.

استوکیومتری واکنش شیمیایی دلیل سومی را ارائه می دهد. یک خوراک راکتور که از دو جریان مجزا تشکیل شده است، بر اساس نسبت مولی مخلوط می شود. جرم مول ها بر وزن مولکولی تقسیم می شود. اگر سیستم تغذیه یک جزء را در حجم اندازه گیری کند و چگالی آن تغییر کند، نسبت مولی تغییر می کند و راکتور می تواند محصولی خارج از مشخصات تولید کند، کاتالیزور گران قیمت را هدر دهد یا واکنش های جانبی خطرناک را فعال کند.

ترازهای مواد، حسابداری بازده و کنترل زیان نیز به جرم نیاز دارند. کارخانه ای که تراز ماهانه انبوه را می بندد از مجموع برای تشخیص نشت، سرقت، اختلالات فرآیند و خطاهای حسابداری استفاده می کند. این توازن‌ها جرم‌ها را با هم تطبیق می‌دهند، نه حجم‌ها، زیرا فقط جرم حفظ می‌شود. یک قرائت حجمی که بدون چگالی معتبر وارد تعادل می‌شود، یک سود یا زیان خیالی ایجاد می‌کند که روزها بررسی را می‌طلبد.

در نهایت، سیستم های ایمنی بر اساس جرم اندازه گیری می شوند. شیرهای کاهش فشار و هدرهای شعله ور باید جریان جرمی را که بدترین سناریوی معتبر می تواند ایجاد کند، کنترل کنند. اندازه‌گیری دستگاه‌های امدادی از قرائت‌های حجمی بدون چگالی دقیق، مسیری سریع به سمت یک سیستم امدادی کم‌اندازه و شکاف جدی در لایه‌های حفاظتی تأسیسات است.

هنگامی که جریان حجمی اندازه گیری مناسب است

جریان انبوه همیشه مقدار مورد نیاز شما نیست. شناخت کاربردهای حجمی مشروع از هزينه بيش از حد بر روی ابزارهای انبوه جلوگيری می کند و مهندسی را صادقانه نگه می دارد.

شبکه های آب و فاضلاب بزرگترین دسته هستند. سیستم های توزیع بر اساس حجم صورتحساب می شوند، مخازن بر اساس حجم اندازه گیری می شوند و منحنی های پمپ بر اساس حجم منتشر می شوند. تغییرات چگالی آب در یک محدوده عملیاتی معمولی به اندازه ای کوچک است که برای همه به جز دقیق ترین توازن جرم نادیده گرفته می شود. خطوط آب شهری، آب خنک کننده و فاضلاب به خوبی توسط مترهای الکترومغناطیسی یا اولتراسونیک که مستقیماً در حجم خوانده می شوند، سرو می شوند.

پر کردن دسته ای و دوز کردن دسته دوم را تشکیل می دهند. هنگامی که هدف پر کردن ظرف تا یک سطح معین یا رساندن حجم مشخصی از مایع به راکتور باشد، خواندن حجم خود هدف فرآیند است. جرم دسته را می توان بعد از چگالی مخلوط آماده شده محاسبه کرد.

دسته سوم جریان گاز در خدماتی است که فشار و دما کنترل می شود. سیستم‌های هوای فشرده که از یک گیرنده با فشار تنظیم‌شده کار می‌کنند، چگالی تقریباً ثابتی برای ساعت‌ها دارند. یک توربین متر یا گرداب متر با یک مقدار چگالی نقطه تنظیم ممکن است اطلاعات نظارتی کاملاً کافی را برای یک شبکه کمپرسور هوا فراهم کند.

فلومتر توربین گاز سری LWQ برای جریان گاز خشک پایدار این توربین‌سنج که برای گازهای تمیز و خشک تحت شرایط ثابت طراحی شده است، خوانش‌های حجمی تکرارپذیر را با افت فشار کم ارائه می‌کند و از جریان جبران‌شده در هنگام ترکیب با سنسورهای دما و فشار پشتیبانی می‌کند. مشاهده محصول →

برای جریان های گاز تمیز و خشک در شرایط ثابت، دبی سنج توربین گاز LWQ از VNER ارزش ساده نگه داشتن اندازه گیری را نشان می دهد: کاهش فشار کم، خوانش حجم قابل تکرار و حداقل تعمیر و نگهداری. هنگامی که فرآیند فشار و دمای پایدار را تضمین می کند، یک مقدار چگالی منفرد اعمال شده در سیستم کنترل آن حجم خوانده شده را با دقت قابل قبولی برای اهداف نظارتی به جرم تبدیل می کند. عبارت کلیدی «شرایط پایدار» است. لحظه ای که فشار منبع گاز تغییر می کند، تبدیل تک چگالی دیگر معتبر نیست.

اندازه گیری جرم به طور مستقیم با فلومترهای کوریولیس

هنگامی که هزینه خطای چگالی زیاد است، تمیزترین راه حل اندازه گیری مستقیم جرم است. فلومتر کوریولیس استاندارد صنعتی برای اندازه گیری مستقیم جرم است.

چگونه کوریولیس متر کار می کند

کوریولیس متر شامل یک یا دو لوله منحنی یا مستقیم است که سیال از طریق آنها جریان می یابد. لوله ها با فرکانس طبیعی خود توسط یک محرک الکترومغناطیسی ارتعاش می کنند. هنگامی که سیال در یک لوله ارتعاشی حرکت می کند، شتاب کوریولیس را تجربه می کند، که نوسان لوله را به گونه ای که متناسب با سرعت جریان جرمی است، تغییر می دهد. حسگرهایی که در دو نقطه روی لوله قرار دارند، این تغییر فاز را تشخیص داده و آن را به قرائت انبوه تبدیل می‌کنند. فیزیک اندازه گیری به چگالی، دما، فشار یا مشخصات جریان سیال بستگی ندارد، که این چیزی است که این فناوری را ذاتاً مبتنی بر جرم می کند.

همین فرکانس نوسان جرم داخل لوله را نیز آشکار می کند و به عنوان محصول جانبی به متر یک خروجی چگالی پیوسته می دهد. این خروجی چگالی اغلب تا چند دهم درصد دقیق است و خود می تواند برای نظارت بر غلظت، برای تشخیص تغییر محصول یا برای تبدیل دبی جرمی اندازه گیری شده به جریان حجمی در شرایط خط استفاده شود.

نقاط قوت و محدودیت در عمل

نقاط قوت کنتورهای کوریولیس کاربرد گسترده آنها را در انتقال نگهداری و خدمات فرآیند حیاتی توضیح می دهد: بدون قطعات متحرک، بدون نیاز به جریان مستقیم بالادست یا پایین دست، نسبت چرخش گسترده، و دقت معمولی 0.1 تا 0.2 درصد در کنتورهای صنعتی با کاربرد مناسب. آنها به همان اندازه در خانه با مایعات، دوغاب و گازهای متراکم هستند.

محدودیت ها کمتر در مورد اندازه گیری و بیشتر در مورد کاربرد هستند: یک متر کوریولیس افت فشار را ایجاد می کند زیرا جریان از طریق یک محدودیت مجبور می شود. هزینه با اندازه خط به شدت افزایش می یابد. و بدنه کنتور باید به درستی پشتیبانی شود تا از انتقال ارتعاش خارجی به اندازه گیری جلوگیری شود. در خدمات با دمای بالا، مشخصات دقیق مواد لوله جریان و لوازم الکترونیکی مورد نیاز است.

فلومتر جرم کوریولیس سری AC برای اندازه گیری مستقیم جرم و چگالی این کوریولیس متر جریان جرم، چگالی و دمای واقعی را از یک دستگاه فراهم می کند، و آن را برای دوز شیمیایی و کنترل فرآیند در جایی که مفروضات چگالی ناموفق است، مناسب می کند. مشاهده محصول →

جریان سنج جرمی Coriolis سری AC از VNER شکل عملی این فناوری را در کارخانه های مدرن نشان می دهد. این یک قرائت جرم واقعی، یک قرائت چگالی و یک خواندن دما را از یک ابزار منفرد ارائه می‌کند، و معمولاً برای کاربردهای دوز شیمیایی، کنترل فرآیند و اندازه‌گیری سوخت که در آن فرض چگالی نادرست است، مشخص می‌شود. توضیح دقیق تری از اصل اندازه گیری در این مطلب موجود است مقاله ای در مورد نحوه کار کنتورهای جرمی کوریولیس .

برای مهندس که با ناهماهنگی خط بخار که در ابتدای این مقاله توضیح داده شد، سر و کار دارد، یک کوریولیس متر مشکل را در منبع خود برطرف می کند: هیچ چگالی در نظر گرفته نمی شود، زیرا برای محاسبه جرم نیازی نیست. اگر بعداً یک عدد حجمی برای گزارش مورد نیاز باشد، خروجی چگالی کنتور تبدیل معکوس را انجام می دهد. یک ابزار هر دو جهت رابطه جرم به حجم را پوشش می دهد.

اندازه گیری حجم با جبران دما و فشار

کوریولیس متر برای بسیاری از کاربردها توجیه اقتصادی دارد، اما نه برای همه. یک خط آب بزرگ، یک شبکه توزیع هوای گسترده، یا فرآیندی که دقت لازم در آن چند درصد باشد، نیازی به یک جرم سنج چند برابر بیشتر از جایگزین ندارد. در این خدمات، یک متر حجمی به اضافه یک محاسبه چگالی راه حل معمولی است.

مفهوم ساده است: متر حجم را اندازه گیری می کند، دو یا سه فرستنده فشار و دمای واقعی را در متر اندازه گیری می کنند، و یک کامپیوتر جریان یا سیستم کنترل چگالی را از این مقادیر محاسبه می کند. برای گاز، محاسبه به صورت زیر است:

ṁ = Q × P × M / (Z × R × T)

با P و T اندازه گیری شده در محل متر و تبدیل به واحد مطلق. برای بخار، چگالی از فرمول میز بخار با استفاده از فشار اندازه گیری شده برای بخار اشباع، یا فشار و دما برای بخار فوق گرم بدست می آید.

این رویکرد چقدر خوب است؟ با یک گرداب یا چرخش سنج به خوبی حفظ شده، یک فرستنده فشار کالیبره شده به بهتر از 0.5 درصد دهانه، یک کاوشگر دما با خطای زیر یک کلوین، و یک ترکیب سیال که ثابت می ماند، عدم قطعیت جریان جرم حاصل معمولاً در محدوده 1.5 تا 3 درصد قرائت است. این برای نظارت بر بهره وری داخلی، تخصیص بین واحدهای فرآیند و بیشتر گزارش های نظارتی کافی است. برای انتقال حضانت مالی، جایی که معمولاً عدم قطعیت در حد 0.5 درصد لازم است، کافی نیست.

فرضیات مهم است. سیال باید تک فاز و همگن باشد: بخار مرطوب محاسبه چگالی را به طور کامل خراب می کند. فشار مورد استفاده در محاسبه باید فشار در عنصر حجمی باشد، نه در یک نقطه ضربه پنجاه متری پایین دست از شیر کنترل. سنسور دما باید در عمق مناسب قرار گیرد. و ترکیب باید تأیید شود، زیرا جرم مولی M مستقیماً در فرمول چگالی ظاهر می شود.

فلومتر چرخشی سری SA80T-TP با جبران یکپارچه این فلومتر چرخشی سنسورهای دما و فشار را در یک بدنه ادغام می‌کند و جبران چگالی در زمان واقعی را برای خروجی جریان جرم در برنامه‌های اندازه‌گیری انرژی بخار و گاز فشرده می‌سازد. مشاهده محصول →

VNER چالش یکپارچه‌سازی را با فلومتر چرخشی جبران‌شده با فشار-دمای سری SA80TTP برطرف می‌کند. چرخش سنج جریان حجمی را از طریق تقدم یک گرداب اندازه گیری می کند، و نوع SA80TTP یک پورت فشار یکپارچه و یک سنسور دما را در همان بدنه اضافه می کند، بنابراین محاسبه جبران از شرایط فرآیند واقعی در نقطه اندازه گیری استفاده می کند. یکی از ابزارها به داخل خط می‌پیوندد و خروجی جریان جرمی جبران‌شده را بدون تکه‌های معمولی فرستنده‌ها و خطوط ضربه‌ای نصب‌شده جداگانه ارائه می‌دهد. در خدماتی مانند توزیع بخار اشباع و شبکه‌های گاز فشرده، این نوع کنتورها به عنوان کارگاه حسابداری انرژی کارخانه تبدیل شده‌اند.

نحوه انتخاب: جرم مستقیم یا حجم جبران شده

انتخاب بین اندازه گیری مستقیم جرم و اندازه گیری حجم با جبران به مجموعه کوچکی از سوالات کاهش می یابد. پاسخ دادن به آنها قبل از خرید از دو خطای رایج مشخصات جلوگیری می کند: خرید یک متر جرم برای سرویسی که به آن نیاز ندارد و خرید یک متر حجمی ساده برای سرویسی که نیازی به آن ندارد.

1. سیال چیست، و چگالی آن چقدر می تواند در سراسر پاکت عامل تغییر کند؟ آب در دمای پایدار: خطر نزدیک به صفر. بخار اشباع بین 3 تا 10 بار: بسیار زیاد.
2. برنامه واقعاً به چه دقتی نیاز دارد؟ تحمل 5 درصد برای مانیتور هوای احتراق دیگ با 0.3 درصد نیاز برای بارگذاری محصول متفاوت است.
3. عاقبت اشتباه کردن چیست؟ گزارش های تحریف شده و ناکارآمدی یک چیز است. محاسبه كمك كمك یا انتقال حضانت رد شده دیگری است.
4. هزینه کل مالکیت، از جمله کاهش فشار، کالیبراسیون و تعمیر و نگهداری چقدر است، نه فقط قیمت خرید؟

دو معیار اضافی در فرآیند مشخصات تعلق دارند. اول، قابلیت کالیبراسیون: جرم سنج فقط به اندازه حلقه کالیبراسیونی است که روی آن تأیید شده است. دوم، پشتیبانی مهندسی: فروشنده ای که ابزارها را بر اساس داده های فرآیند واقعی، به جای جدول کاتالوگ، اندازه می دهد، به طور قابل توجهی احتمال بیشتری دارد که متری را ارائه دهد که دقت اعلام شده آن را در سرویس داشته باشد. VNER روش اندازه‌گیری مهندسی محور خود را در آن شرح می‌دهد صفحه درباره ، و مقدار عملی در جزئیاتی مانند انتخاب بخش جریان مناسب، تنظیم قطع جریان کم و تعیین مدل چگالی صحیح برای محاسبه جبران نشان داده می شود.

مثال های کار شده: تبدیل حجم به جرم در خدمات واقعی

مثال‌های عددی مفاهیم را تثبیت می‌کنند. سه مورد زیر رایج ترین وظایف تبدیل را در عمل کارخانه نشان می دهد.

بخار اشباع شده

یک گرداب سنج روی یک خط بخار اشباع شده 8000 متر را نشان می دهد ³ / ساعت در 7 بار مطلق. دمای اشباع تقریباً 165 درجه سانتیگراد و چگالی میز بخار 3.67 کیلوگرم بر متر است. ³ . جریان جرمی 8000 × 3.67 = 29360 کیلوگرم در ساعت است. اگر گیاه چگالی ثابت 2.16 کیلوگرم بر متر را حفظ کرده بود ³ از نقطه عملیاتی قبلی 4 بار، دبی جرمی محاسبه‌شده 17280 کیلوگرم در ساعت خواهد بود که 41 درصد جرم واقعی را کمتر می‌کند. تعادل بخار ساخته شده بر روی این عدد، ضرری عظیم و غیرممکن را نشان خواهد داد.

گاز طبیعی در فشار بالا

یک متر DN100 گاز طبیعی را در 20 بار مطلق و 25 درجه سانتیگراد حمل می کند. سرعت متوسط ​​10 متر بر ثانیه است. سطح مقطع π × (0.1)² / 4 = 0.00785 متر مربع است، بنابراین جریان حجمی 10 × 0.00785 × 3600 = 283 متر است. ³ /h. با جرم مولی 17.2 کیلوگرم بر کیلومتر، ضریب تراکم Z 0.92 در 20 بار و 25 درجه سانتیگراد، و ثابت گاز جهانی 8314 J/(kmol·K)، چگالی (20 × 105 × 17.2) / (0.91 × 1.92 × 8، 2.92 × 2) است. 15.1 کیلوگرم بر متر ³ . جریان جرمی 283 × 15.1 = 4273 کیلوگرم در ساعت است. در متر مکعب معمولی، 4273 / 0.72 ≈ 5900 نیوتن متر است. ³ /h. اشتباهی که باید از آن اجتناب کرد، ضرب حجم واقعی در چگالی معمولی است: 283 × 0.72 = 204 کیلوگرم در ساعت، خطای بیش از 95 درصد.

هیدروکربن مایع در دمای گرم

اندازه یک توربین متر 120 متر است ³ / ساعت گازوئیل در دمای 35 درجه سانتیگراد. چگالی در دمای 15 درجه سانتیگراد 840 کیلوگرم بر متر است ³ ; در دمای 35 درجه سانتیگراد تقریباً 824 کیلوگرم بر متر است ³ . دبی جرمی واقعی 120 × 824 = 98880 کیلوگرم در ساعت است. با استفاده از چگالی ثابت 15 درجه سانتیگراد، 100800 کیلوگرم در ساعت، 1.9 درصد اغراق داده می شود. بیش از 10000 تن انتقال ماهانه، که تقریباً 190 تن خطای صورت حساب در یک جهت یا در جهت دیگر بسته به تراکم مورد نیاز قرارداد تجاری است.

مشکلات رایجی که در ممیزی ها و عیب یابی ظاهر می شوند

سال‌ها ممیزی کارخانه نشان می‌دهد که همان خطاهای تبدیل در سراسر سایت‌ها تکرار می‌شود. وقتی آنها را بشناسید، پیشگیری از آنها آسان است.

• چگالی ثابتی که در زمان راه اندازی برنامه ریزی شده و هرگز مورد بازبینی مجدد قرار نگرفت. شایع ترین منبع خطا در سرویس های بخار و گاز. فشار عملیاتی به سمت بالا خزش می‌کند، چگالی سیال دنبال می‌شود، و قرائت جرم به مقدار قبلی ثابت می‌ماند.
• فشار سنج در جاهایی که فشار مطلق مورد نیاز است استفاده می شود. معادله چگالی بر اساس فشار مطلق ساخته شده است. استفاده از فشار سنج در یک فرآیند 7 بار، چگالی را تقریباً 14 درصد بیش از حد نشان می‌دهد، زیرا خط پایه اتمسفر وجود ندارد.
• شرایط مرجع مخلوط در گزارش. متر مکعب معمولی (0 درجه سانتیگراد، 1.01325 بار) و متر مکعب استاندارد (15 درجه سانتیگراد یا 20 درجه سانتیگراد) در یک برچسب DCS مشابه به نظر می رسند، اما تفاوت بین آنها حدود 5 درصد از نظر جرم برای همان مقدار عددی است.
• فشار در محل اشتباه اندازه گیری شد. هنگامی که فرستنده در پایین دست یک شیر کنترل یا یک صافی قرار دارد، محاسبه چگالی از فشاری استفاده می کند که نشان دهنده سیال در عنصر متر نیست.
• تغییر ترکیب نادیده گرفته شد. بیوگاز، گاز هاضم و گاز سوخت پالایشگاه در طول زمان تغییر ترکیب می دهند. یک جرم مولی ثابت در محاسبه چگالی به طور بی صدا جریان جرم را مخدوش می کند.
• بخار مرطوب به عنوان بخار اشباع در نظر گرفته می شود. بخار با کیفیت 90 درصد تقریباً 10 درصد چگالی کمتری نسبت به بخار اشباع خالص در همان فشار دارد. استفاده از مقدار جدول بخار خالص، جریان جرمی را حدود 10 درصد بیش از حد نشان می دهد.
• ضریب تراکم پذیری Z در فشار بالا حذف شد. در 60 بار، بیشتر گازهای هیدروکربنی دارای مقادیر Z بین 0.85 و 0.92 هستند. با تنظیم Z برابر با 1، 8 تا 15 درصد خطا به هر محاسبه دیگری اضافه می شود.

هر یک از این مشکلات دارای یک ریشه مشترک است: مهندس که محاسبه را تنظیم کرده است، فرض می کند که چگالی تغییر نمی کند. راه حل این است که چگالی را به عنوان یک متغیر زنده در نظر بگیریم و آن را به صورت دوره ای تأیید کنیم.

یک روش میدانی اثبات شده برای دریافت تبدیل صحیح

این مفاهیم را به یک رویه کاری تکرارپذیر تبدیل کنید. دنباله زیر در راه اندازی، عیب یابی و کار ممیزی در ده ها کارخانه آزمایش شده است.

1. آنچه را که ابزار در واقع خروجی می دهد تعیین کنید. برچسب متر، دفترچه راهنما و پیکربندی DCS را بخوانید. برخی از مترها با برچسب "جریان" حجم خروجی. دیگران جرم خروجی; مقداری خروجی هر دو قبل از انجام هر ریاضی تایید کنید.
2. حالت سیال را در کنتور تعریف کنید. دما، فشار مطلق عنصر متر، فاز و ترکیب را در زمان تأیید ثبت کنید.
3. منبع چگالی متناسب با سیال را انتخاب کنید. برای یک مایع در دمای پایدار، جدول چگالی کافی است. برای گاز، از معادله حالت با ضریب Z واقعی استفاده کنید. برای بخار، از فرمولاسیون میز بخار تایید شده با فشار یا دمای اندازه گیری شده استفاده کنید.
4. تبدیل و بررسی متقاطع. جریان حجمی را در چگالی انتخاب شده ضرب کنید تا جریان جرمی به دست آید. در صورت امکان، نتیجه را با ترازوی جرمی در سطح گیاه، ترازو یا ابزار دوم با اصل متفاوت مقایسه کنید.
5. تبدیل را به صورت خودکار انجام دهید. تبدیل‌های دستی در صفحات گسترده باعث ایجاد خطاهای رونویسی می‌شوند و به ندرت با فرکانس مناسب تکرار می‌شوند. محاسبه چگالی را در رایانه جریان یا DCS با ورودی های فشار و دما زنده قرار دهید.
6. در واحد مورد نیاز کسب و کار را گزارش دهید. جرم برای تعادل مواد، حجم معمولی برای قراردادهای گاز، حجم واقعی برای ظرفیت خط لوله. شرط مرجع را در کنار عدد ذکر کنید.
7. در فواصل زمانی مجدداً تأیید کنید. فرستنده های فشار و دما را بر اساس برنامه مشابه خود دبی سنج کالیبره کنید. یک سیستم حجمی جبرانی فقط به اندازه ورودی دقیق آن دقیق است.

برای یک مایع با چگالی پایدار با هدف دقت متوسط، مراحل 3 و 4 چند دقیقه طول می کشد. برای یک شبکه گاز یا بخار با شرایط متغیر، مراحل مشابه سرمایه‌گذاری در سخت‌افزار جبرانی یا در یک جرم‌سنج مستقیم که مشکل چگالی را به طور کامل برطرف می‌کند، توجیه می‌کند.

یک بار دیگر به دو متر روی خط بخار برگردید. کارخانه می‌توانست این اختلاف را به سه طریق مدیریت کند: گرداب‌سنج را مجدد کالیبره کند و چگالی ثابت آن را دوباره وارد کند، که یک وصله کوتاه‌مدت است. جبران فشار و دما را روی متر حجمی نصب کنید که راه حلی بادوام برای دقت درجه نظارت است. یا آن را با یک جرم سنج کوریولیس جایگزین کنید، که در مواقعی که دقت جرم بسیار مهم است، راه حل قطعی است. هر سه پاسخ های مهندسی مشروع هستند. صحیح به هدف اندازه گیری بستگی دارد.

این ایده اصلی این مقاله است. تبدیل از دبی جرمی به دبی حجمی یک ضرب و عکس آن یک تقسیم است. مشکل در حساب نیست. آن چگالی است. مهندس فرآیندی که چگالی واقعی در متر را می‌داند، می‌داند فشار، دما و ترکیب چگونه این چگالی را جابه‌جا می‌کنند، و ابزاری را انتخاب کرده است که یا مستقیماً جرم را اندازه‌گیری می‌کند یا داده‌ها را برای بازسازی آن ارائه می‌کند، روز به روز اعداد قابل اعتمادی تولید می‌کند. ابزارهای موجود امروزی دارای تشخیص عالی هستند، اما نمی توانند مفهومی را که در روز پیکربندی اشتباه بود، جبران کنند.

VNER هر دو خانواده ابزار را تولید می کند، از جریان سنج جرمی Coriolis سری AC گرفته تا مترهای چرخشی جبرانی و گردابی، و مهندسان آن به طور معمول به پیمانکاران EPC، اپراتورهای کارخانه و OEMها کمک می کنند تصمیم بگیرند که کدام رویکرد متناسب با یک فرآیند خاص است. تصمیم، همانطور که باید، با یک سوال واحد در مورد گیاه شروع می شود: این فرآیند چه چیزی را باید بداند، جرم یا حجم؟