Измерение расхода факельного газа: технологии, выбор, точность и проверка

Этот рабочий диапазон является основной причиной, по которой расходомер факельного газа следует выбирать на основе технологических данных, а не предпочтительной технологии измерения. Прибор, который хорошо работает при нормальном расходе, может потерять полезное разрешение на нижнем конце, превысить допустимый диапазон во время сбоя или стать чувствительным к изменениям свойств газа.

В этом руководстве сравниваются измерения ультразвуковой, тепловой массы и дифференциального-давления, а затем объясняются условия процесса, источники неопределенностей, проверки установки и этапы проверки, которые имеют значение перед выбором счетчика.

Что необходимо для измерения расхода факельного газа?

Факельная система обеспечивает контролируемый путь для газов, выделяющихся во время нормальной вентиляции, запуска, остановки, технического обслуживания, нарушений технологического процесса и аварийных ситуаций. Измерение газа, поступающего в эту систему, может помочь в мониторинге процесса, выявлении потерь, оценке производительности факела, расчете выбросов и составлении нормативной отчетности.

Цель измерения должна быть определена до выбора счетчика. Завод, которому требуется только эксплуатационная индикация ненормальной вентиляции, не обязательно имеет те же требования, что и нефтеперерабатывающий завод, использующий факельный поток в регламентированных расчетах.

Например, текущие требования США в40 С.Ф.Н. 63.670включать требования к постоянному мониторингу расхода газа-для затронутых приложений и требовать от определенных систем расхода учета температуры и давления при составлении отчетов о расходе в стандартных условиях. Правила различаются в зависимости от предприятия и юрисдикции, поэтому применимые разрешения и нормативную базу следует проверять отдельно от выбора счетчика.

Почему факельный газ трудно измерить

Один заголовок может видеть очень разные условия потока.

Полезный диапазон измерения должен превышать нормальную рабочую точку. Вспышка может длительное время находиться вблизи минимального расхода, а затем быстро увеличиваться во время сброса давления. SICK описывает измерение на факеле как особенно требовательное приложение, поскольку скорость и состав газа могут быстро меняться, при этом на одной и той же установке возможны очень низкие нормальные потоки и гораздо более высокие потоки при останове.

Для целей спецификации соберите минимальный, нормальный и максимальный расход. Там, где это возможно, также рассчитайте соответствующие скорости газа. Скорость потока, которая кажется большой, все же может обеспечить умеренную скорость в большом коллекторе, в то время как линия меньшего размера может быстро достичь верхнего предела скорости расходомера.

Состав газа может не оставаться постоянным

Общий заголовок факела может принимать потоки от нескольких устройств. Газ, богатый водородом-, углеводороды, углекислый газ, азот, пар или другие компоненты могут поступать в различных пропорциях при изменении условий эксплуатации.

Состав имеет значение, поскольку каждый принцип измерения по-разному реагирует на свойства газа. Это может повлиять на расчеты плотности, тепловые свойства, молекулярную массу, скорость звука и преобразование между массовым и стандартным объемным расходом.

Низкое давление может создать ограничения при измерении.

Факельный газ низкого-давления заслуживает особого внимания при оценке ультразвуковой технологии. В системе с зажимом-акустический сигнал должен проходить через стенку трубы в газ. Большая разница акустического-импеданса между сталью и газом низкой-плотности может затруднить передачу сигнала. Siemens обсуждает это ограничение специально дляФакельный газ низкого-давления в стальной трубе.

Это не означает, что ультразвуковые измерения непригодны для факельных работ с низким-давлением. Это означает, что конструкция счетчика, расположение датчиков, материал труб, давление и запас сигнала должны оцениваться вместе. Общийультразвуковой расходомерНикогда не следует предполагать, что спецификация отражает каждую конфигурацию факела.

Влажный газ и отложения могут повлиять на датчики

Факельный газ не всегда сухой. Конденсат, капли, твердые частицы или отложения могут попасть в место измерения. Их влияние зависит от прибора: отложения могут изменить теплопередачу термодатчика, порты давления могут засориться, а загрязнение или жидкость могут повлиять на качество ультразвукового сигнала.

Поэтому проверка процесса должна включать в себя работу отбойного-барабана, ожидаемую конденсацию, унос жидкости и любую историю отложений в предполагаемом месте расположения счетчика.

Три основные технологии измерения расхода факельного газа

Ультразвуковое измерение расхода

Ультразвуковые счетчики-времени прохождения определяют скорость газа по разнице между временем прохождения ультразвука по направлению потока и против него. Более подробное объяснение физики измерений см. здесь.Руководство по принципу работы ультразвукового расходомера.

Ультразвуковая технология широко используется для факельных коллекторов, поскольку она позволяет проводить измерения без значительных постоянных потерь давления и может быть рассчитана на широкий рабочий диапазон. Специально созданные-сигнальные приборы также могут обеспечить скорость-передачи-звука и диагностики сигналов, которые помогают отличить изменение процесса от неисправности прибора.

Важным ограничением является то, что термин «ультразвук» описывает принцип измерения, а не гарантированный рабочий диапазон. Конструкция датчика, количество акустических путей, давление газа, геометрия трубы, шум, состав и максимальная скорость — все это влияет на производительность. Например, в специальной документации SICK по факельному оборудованию- быстрые изменения скорости и состава рассматриваются как расчетные условия, а не предполагается, что стандартное ультразвуковое устройство будет обрабатывать их автоматически.

Тепловое измерение массового расхода

A тепловой массовый расходомеропределяет массовый расход газа по реакции-передачи тепла вокруг нагретого датчика. Полезное введение можно найти в этом объяснениикак работает измерение тепловой-дисперсии.

Тепловые измерения могут быть привлекательны, когда полезна низкая-чувствительность к расходу и прямой выходной сигнал-массового расхода. Это также позволяет избежать необходимости определять массовый расход исключительно на основе объемных показаний плюс отдельный расчет плотности.

Основным инженерным вопросом факельного обслуживания является состав газа. Различные газы передают тепло по-разному, поэтому счетчик, откалиброванный или настроенный для одной смеси, может реагировать по-разному, когда эта смесь существенно изменяется. Вот почему поставщики термометров-запрашивают данные о составе и почему некоторые современные системы включают способы обновления свойств газовой-смеси. Основная проблема объясняется далее в этой статье отермическое массовое измерение газовых смесей.

Поэтому не следует отказываться от термической технологии только потому, что состав факела может варьироваться. Вместо этого определите, насколько оно варьируется, как часто оно меняется и имеет ли предлагаемый счетчик документированный метод обработки этих отклонений.

Системы перепада давления и Пито-

При измерении дифференциального- давления расход рассчитывается на основе разницы давлений, создаваемой движущимся газом поперек или вокруг первичного элемента или зонда. Сам передатчик может быть обычнымприбор для измерения давления или перепада-давления, а полная система включает в себя основное устройство, соединения давления, входы-свойств газа и расчет расхода.

Технология DP известна и может быть практичной в подходящих применениях, но очень низкий расход на факеле представляет собой проблему, поскольку имеющийся перепад давления падает с уменьшением скорости. На противоположном конце диапазон зонда и преобразователя должен соответствовать максимально вероятным условиям. Для более глубокого обсуждения самого термина измерения см. этот обзордифференциальное-давление газа-точность счетчика.

Системы DP также требуют внимания к импульсным линиям, портам давления, конденсату, закупоркам и компенсации плотности. Таким образом, простой показатель точности преобразователя — это не то же самое, что неопределённость измерения общего-расхода.

Как сравниваются технологии

Эта таблица является инструментом проверки. При окончательном выборе следует использовать утвержденный производителем рабочий диапазон для фактических условий газа, давления, температуры, трубы и скорости.

Фактический объем, стандартный объем или массовый расход?

Одна из ошибок спецификации — запрос «потока» без определения его основы.

Фактический объемный расходописывает объем, проходящий через трубу при рабочем давлении и температуре.Стандартный объемный расходвыражает объем газа при определенных исходных условиях.Массовый расходпредставляет собой массу, проходящую через систему в единицу времени.

Эти значения связаны, но не являются взаимозаменяемыми. Объем газа изменяется в зависимости от давления и температуры, поэтому счетчик может сообщать правильную фактическую скорость, в то время как стандартный-расчет расхода неверен, поскольку давление, температура, молекулярная масса или эталонные условия были настроены неправильно.

Более подробно это различие описано в руководстве сайта помассовый расход в зависимости от объемного расхода. Если данные о давлении являются частью преобразования, также убедитесь, что команда инженеров согласовала абсолютное и избыточное давление; разница междуPSI, PSIA и PSIGне является деталью форматирования.

Для затронутых нефтеперерабатывающих заводов США 40 CFR 63.670 определяет стандартные условия для определенных расчетов контролируемого объемного расхода и позволяет преобразовывать массовый расход с использованием молекулярной массы, определенной по составу. Этот нормативный пример иллюстрирует, почему запрошенная основа отчетности должна быть рассчитана до настройки инструментария.

Точность — это не то же самое, что общая неопределенность измерений

В технических характеристиках счетчика могут указываться значения точности, но на неопределенность расхода факела- влияет вся измерительная система.

Потенциальные участники включают в себя:

• калибровка и повторяемость счетчика;
• работа вблизи нижнего или верхнего предела подтвержденного диапазона;
• ошибка внутреннего-диаметра трубы;
• искаженные или закрученные профили скорости;
• неопределенность состава-газа;
• измерение давления и температуры;
• стандартное-преобразование потока;
• загрязнение датчика или ухудшение сигнала;
• установочные параметры введены в преобразователе неверно.

Для ультразвуковых систем особенно важно различие между точностью прибора и точностью применения. Лабораторный показатель производительности сам по себе не может объяснить неподходящий акустический путь, неправильные данные трубы или нарушение потока. Обсуждение на сайтеточность ультразвукового расходомерапредоставляет полезную информацию, но применение факела все равно должно быть проверено на соответствие документации конкретного счетчика.

Если измерения поддерживают отчетность или требования контракта, перед покупкой определите требуемую неопределенность и метод проверки. В противном случае после установки проект может обнаружить, что выбранный прибор технически работоспособен, но не соответствует цели измерения.

Как выбрать расходомер факельного газа

1. Установите полный рабочий диапазон

Запишите минимальный, нормальный и максимальный расход, давление и температуру. Включите запуск, останов, продувку, сброс давления и другие вероятные ненормальные условия, а не полагайтесь на одну проектную точку.

2. Опишите состав и изменчивость газа.

Предоставьте репрезентативные составы для важных рабочих случаев. Если несколько технологических установок питают один коллектор, один анализ «типичного газа» может скрыть состояние, которое является наиболее трудным для счетчика.

3. Подтвердите требуемую основу потока.

Укажите, является ли требуемый результат фактическим объемом, стандартным объемом, массовым расходом, скоростью или более чем одним из них. Явно определите стандартные исходные условия.

4. Задокументируйте трубу и предполагаемое расположение счетчика.

Запишите наружный диаметр трубы, толщину стенки или ее форму, материал, футеровку, если она имеется, ориентацию и доступность доступа. Определите близлежащие колена, тройники, клапаны, переходники, коллекторы и другие помехи. Отношения междурасход и давлениетакже может быть полезен при анализе условий технологического процесса, хотя для полного расчета факела может потребоваться дополнительная информация о-свойствах газа.

5. Выявите ограничения при установке на ранней стадии

Можно ли закрыть линию? Можно ли его разрезать? Разрешена ли горячая врезка? Допустима ли вставная установка? Требуется ли для этого места одобрение-опасной зоны? Эти вопросы могут исключить привлекательные в других отношениях технологии до того, как будут выполнены ненужные инженерные работы. Для тепловых приборов это обсуждениетепломассомеры во взрывоопасных зонахпредоставляет дополнительный контекст, но фактическое одобрение необходимо проверить в выбранном сертификате продукта.

6. Попросите поставщика предоставить-доказательства конкретного применения.

Не останавливайтесь на фразе «эта технология позволяет измерять факельный газ». Спросите, была ли предложенная конфигурация оценена с учетом вашего минимального давления, максимальной скорости, газовой матрицы, размера трубы, риска загрязнения и необходимой неопределенности.

Для сложных задач ультразвуковой диагностики запросите ожидаемый запас сигнала или оценку применения производителя. При тепловых измерениях спросите, как обрабатываются изменения состава. Для систем DP проверьте доступный перепад давления при минимальном расходе и диапазон при максимальном расходе.

Установка и проверка: что следует проверить?

Испытание расхода факельного газа следует рассматривать отдельно от непрерывного измерения расхода. Тестирование и проверка позволяют установить, настроена ли установленная система и работает ли она должным образом.

Практическая проверка при вводе в эксплуатацию должна включать:

• фактические размеры трубы соответствуют конфигурации преобразователя;
• положение и ориентация датчика соответствуют установочному чертежу;
• направление потока правильное;
• технические единицы и стандартные исходные условия документированы;
• Входные данные давления и температуры являются разумными и используют правильную абсолютную или манометрическую основу;
• состав газа или конфигурация молекулярной-массы соответствуют предполагаемому рабочему случаю;
• аналоговые, импульсные и цифровые выходы правильно масштабированы;
• диагностика счетчика записывается как базовая;
• нулевой или ожидаемо низкий-поток проверяется, когда позволяют условия процесса;
• настроенный диапазон счетчика охватывает указанный рабочий диапазон.

Документацию по калибровке также следует проверять, а не рассматривать как сертификат, подлежащий хранению. Этот обзоркалибровка расходомерапредоставляет полезную информацию о концепции калибровки.

Для ультразвукового измерения факела запишите диагностические значения при вводе в эксплуатацию. Будущие изменения качества сигнала или скорости звука можно затем сравнить с известными базовыми показателями. Одного правдоподобного числа потока недостаточно, чтобы продемонстрировать, что измерение остается верным.

Распространенные проблемы и что проверить в первую очередь

Ультразвуковой сигнал становится слабым

Прежде чем настраивать параметры преобразователя, проверьте, изменилось ли давление, состав, температура или состояние трубопровода. Низкая плотность газа, акустический шум, отложения, выравнивание датчика и работа за пределами предполагаемого диапазона скоростей могут повлиять на качество сигнала.

Чтение становится нестабильным

Сравните динамику потока с данными процесса. Реальный факельный поток может быть нестабильным. Если процесс стабилен, исследуйте состав газа, унос жидкости, нарушение профиля потока-, входные данные давления и температуры, а также диагностику расходомера.

Стандартный поток выглядит неправильно, но скорость выглядит приемлемой

Проверьте эталонную температуру и давление, входное абсолютное давление, молекулярную массу, конфигурацию газа и технические единицы. Эта закономерность часто указывает на уровень преобразования, а не на само измерение скорости.

Меняется термосчетчик после смены источника газа

Сравните новый состав с газом, использованным для калибровки или настройки. Измерение тепловой массы по своей сути связано со свойствами теплопередачи-газа. Технические материалы Sierra потермометры и состав газаобъясняет, почему газовые смеси обычно являются частью конфигурации счетчика.

Практический пример выбора

Рассмотрим гипотетический большой факельный коллектор нефтеперерабатывающего завода, который обычно пропускает небольшой продувочный поток, но может принимать газы от нескольких установок во время остановки. Давление низкое, состав существенно меняется, а максимальная скорость значительно превышает нормальные условия эксплуатации.

Было бы преждевременно выбирать счетчик только от нормального расхода. Последовательность проектирования должна быть следующей:

• рассчитать скорость при минимальном, нормальном и максимальном условиях;
• определить случай наименьшего-напряжения;
• определить ожидаемый диапазон составов газов;
• проверьте, достоверен ли перенос жидкости;
• просмотреть имеющиеся прямые участки и геометрию труб;
• проверять технологию каждого счетчика на соответствие этим условиям;
• запросите конкретные доказательства производительности-приложения для остальных вариантов.

Ультразвуковые измерения могут оказаться подходящим кандидатом из-за широкого диапазона и требований к низким-потерям давления, но конфигурация с низким-зажимом-может не пройти акустическую проверку. Специально-созданная линейная или врезная ультразвуковая конструкция может оставаться жизнеспособной. Тепловой счетчик может быть привлекательным при низком расходе, но для этого потребуется надежный метод реагирования на изменения состава. Для решения DP потребуется достаточный перепад давления на нижнем конце без превышения его диапазона в случае высокого-расхода.

Ценность примера не в том, что какая-то одна технология «побеждает». Он показывает, почему выбор факельного-метра является, прежде всего, проблемой-состояния процесса, а затем проблемой-категории прибора.

Информация, которую необходимо подготовить перед запросом ценового предложения

• цель измерения и применимые требования к отчетности;
• минимальный, нормальный и максимальный расход или скорость;
• минимальное, нормальное и максимальное давление;
• минимальная, нормальная и максимальная температура;
• состав газа для соответствующих вариантов эксплуатации;
• ожидаемые жидкости, твердые вещества или отложения;
• наружный диаметр трубы, внутренний диаметр или график, а также материал;
• чертеж трубопровода и имеющийся прямой участок;
• классификация опасных-зон;
• требуемая основа расхода и исходные условия;
• необходимые выходы и протокол связи;
• ограничения по установке и отключению;
• требования к точности, неопределенности, калибровке и проверке.

Предоставление этой информации позволяет поставщику оценить фактическое применение, а не рекомендовать счетчик только на основе размера трубы и нормального расхода. Если у вас есть эти данные, их также можно отправить черезформа запроса заявкина техническую экспертизу.

Часто задаваемые вопросы

Какой расходомер факельного газа лучше?

Не существует универсальной лучшей технологии. Специально созданные-ультразвуковые расходомеры часто являются хорошими кандидатами для использования в основных факельных коллекторах с большими изменениями расхода, тогда как системы тепломассы и DP могут быть эффективными в подходящих условиях. Решение должно основываться на рабочем диапазоне, составе, давлении, установке, риске загрязнения и требуемой неопределенности.

Может ли ультразвуковой расходомер измерять факельный газ низкого-давления?

Да, в подходящих конфигурациях, но газ при низком-давлении может затруднить акустические измерения. Зажим-при измерении через стальную трубу требует особого внимания, поскольку только часть ультразвуковой энергии может попасть в газ низкой-плотности. Используйте оценку применения производителя, а не общие предположения о давлении.

Влияет ли изменение состава газа на измерение расхода на факеле?

Да. Эффект зависит от принципа измерения. Композиция может изменять плотность, молекулярную массу, тепловые свойства и скорость звука. Измерение тепловой массы особенно чувствительно к свойствам теплопередачи-газа, используемым при калибровке или настройке.

Почему давление и температура необходимы для измерения расхода на факеле?

Они необходимы, когда фактический объемный расход необходимо преобразовать в определенные стандартные условия, а также могут повлиять на плотность и производительность расходомера. Требуемые исходные данные зависят от принципа измерения и основы отчетности.

Как часто следует проводить калибровку расходомера факельного газа?

Не существует универсального интервала, применимого к каждому факельному счетчику. Частота калибровки и проверки должна соответствовать применимым нормам, спецификациям проекта, рекомендациям производителя, критичности измерений и данным диагностики прибора или историческим характеристикам.

Является ли точность счетчика тем же самым, что и неопределенность измерения?

Нет. Точность счетчика описывает только часть измерительной системы. Размеры труб, влияние установки, свойства газа, приборы давления и температуры, расчеты преобразования, калибровка и рабочий диапазон — все это может способствовать неопределенности окончательного отчетного расхода.

Заключение

Надежное измерение расхода факельного газа начинается с рабочего диапазона, а не с каталога счетчиков. Команда инженеров должна понимать, насколько сильно может меняться расход, как меняется состав, какие условия давления и температуры возникают, что допускает геометрия трубы и что должно представлять собой окончательное сообщаемое значение.

Ультразвуковые, термомассовые технологии и технологии дифференциального-давления имеют законное применение. Полезный вопрос заключается не в том, какой принцип является лучшим в любом случае, а в том, какой предлагаемый расходомер может продемонстрировать подходящие характеристики в фактических минимальных и максимальных условиях факельной системы.

Определите основу расхода, просмотрите общую неопределенность измерений, проверьте ограничения при установке и установите базовую линию проверки, прежде чем прибор станет частью повседневной отчетности предприятия. Эти шаги делают больше для надежности измерений, чем выбор технологии с одним показателем точности или нормальным-условием расхода.