Ультразвуковой расходомер против электромагнитного расходомера

Почему большинство инженеров ошибаются с первого дня

Прежде чем мы углубимся, позвольте мне поделиться историей клиента: менеджер по закупкам химического завода обратился к нам, потому что их недавно установленныйэлектромагнитный расходомерпродолжал «прыгать повсюду». Когда мы появились на-объекте, мы обнаружили, что они пытаются измерить деионизированную воду. Проводимость была далеко не достаточной-электромагнитный расходомерпросто не мог функционировать. Эта ошибка стоила им 80 000 долларов и двух дней простоя.

Многие покупатели по-прежнему делают выбор расходомера на основе неполной информации, и в конечном итоге это отражается на их прибыли.Ультразвуковые расходомерыиэлектромагнитные расходомерыоба, кажется, «измеряют поток», но они действуют на совершенно разных принципах и подходят для совершенно разных сценариев. Вопрос не в том, какой из них лучше,-а в том, какой из них действительно соответствует условиям вашего процесса.

Как эти технологии на самом деле работают?

Электромагнитные расходомерыдействуют по закону электромагнитной индукции Фарадея. Когда проводящая жидкость протекает через магнитное поле, она генерирует напряжение, пропорциональное скорости потока. Электроды, установленные на корпусе счетчика, улавливают этот сигнал напряжения и рассчитывают расход.

Жесткое требование: проводимость жидкости должна превышать 5 микросименс на сантиметр. Чистая вода, углеводороды, спирты, все газы-ничего из этого не подойдет.

Ультразвуковые расходомерыбывают двух типов.Транзитные-счетчики временипосылают звуковые волны по диагонали через трубу-время прохождения вверх и вниз по течению различается, и по разнице во времени рассчитывается скорость. Доплеровские измерители отражают звук от частиц или пузырьков в жидкости, измеряя сдвиг частоты для определения скорости.

Обе ультразвуковые технологии позволяют измерять не-проводящие жидкости, которыеэлектромагнитные расходомерыне могу справиться. Но они придирчивы к условиям установки.

Сравнение требований к прямым трубам

(D=диаметр трубы)

Вы заметите, что для зажима-ультразвука требуется в два раза больше прямого пробега, чем для электромагнетизма. Это не проблема производителей.-любое возмущение потока делает акустический сигнал ненадежным. Я видел, как клиенты устанавливали ультразвуковые счетчики на 3 диаметра после клапана, и ошибка считывания достигала 15%.

Свойства жидкости являются решающим фактором

Проводимость – это первые ворота. Ниже 5 мкСм/см,электромагнитные расходомерымертвы в воде. В диапазоне 5-20 мкСм/см они почти не работают — сигнал слабый и подвержен помехам. Выше 20 мкСм/см вы находитесь в зоне комфорта дляэлектромагнитные расходомеры.

Содержание Solids меняет сценарий. Сточные воды очистных сооружений могут содержать 8 % взвешенных веществ.-электромагнитные расходомерыневажно, обрабатываю до 15% твердых частиц по объему. Ультразвук в транзитном-времени начинает бороться с частицами, превышающими 1 %, поскольку звуковые волны рассеиваются и поглощаются, что резко снижает мощность сигнала.

Для доплеровского ультразвука на самом деле необходимы частицы-не менее 25 частей на миллион взвеси, чтобы отразить звуковую волну. Эта технология иногда работает для транспортировки навозной жижи, но точность не может сравниться с ней.электромагнитные расходомеры.

Диапазон температур и давлений

Электромагнитные расходомеры:

Стандартный Меньше или равен 180 градусам (356 градусам F)

Высокая-температура Меньше или равна 200 градусам (390 градусам F)

Давление Меньше или равно 10,2 МПа (1480 фунтов на квадратный дюйм)

Ультразвуковые расходомеры:

Зажим-при температуре менее или равной 200 градусам (температура внешней стенки трубы)

В соответствииМеньше или равен 150 градусам (ограничение датчика)

Давление Меньше или равно 16 МПа (2320 фунтов на квадратный дюйм)

(Данные взяты из спецификаций продукции Endress+Hauser, Krohne, Emerson)

Температурные пределы выглядят аналогично, но 180 градусов для электромагнетизма относятся к температуре процесса, а 200 градусов для ультразвука — к внешней поверхности трубы. Если вы измеряете горячую воду с температурой 180 градусов, зажимы-на ультразвуковых преобразователях могут не выдержать-температура внешней стенки трубы может превысить допустимые пределы.

Вязкость практически не влияетэлектромагнитные расходомеры. 10 000 сантипуазов сырой нефти измеряют так же точно, как вода. Ультразвук работает нормально до 2000 сантипуаз, но за пределами этого звуковые волны сильно затухают, и траектория луча искривляется.

Что на самом деле происходит во время установки

Электромагнитные расходомерытребуют резки и сварки труб. Установка счетчика диаметром 4-дюйма-, включая останов, резку, приварку фланцев, испытание под давлением и запуск, занимает не менее 6–8 часов. На нефтеперерабатывающих или химических заводах один час простоя может стоить 50 000 долларов.

Иногда правильный выбор позволяет избежать огромных потерь. Когда мы проводили модернизацию фармацевтического завода, у них была линия очищенной воды, для которой требовался расходомер, но производство не могло остановиться. Мы пошли с хомутом-на ультразвуковую-установку, 2 часа. Очистите трубу снаружи, нанесите контактную жидкость, закрепите датчики, подключите ее, настройте — никогда не касайтесь трубопровода, нулевое влияние на производство.

Текущие затраты на падение давления

Электромагнитные расходомерыиспользуйте полнопроходную-конструкцию с перепадом давления обычно 0,5–1,5 фунтов на квадратный дюйм (0,03–0,1 бар). Звучит минимально, но давайте посчитаем цифры для 4-дюймовой линии со скоростью 300 галлонов в минуту (68 м³/ч) и перепадом давления в 1 фунт на квадратный дюйм:

Потери мощности насоса ≈ 0,4 кВт

При цене 0,10 доллара США/кВтч, 8000 часов в год.

Годовая стоимость электроэнергии = 320 долларов США.

За десять лет это 3200 долларов. Не совсем карманная мелочь.

Зажим-на ультразвуке создает нулевое падение давления.Линейные ультразвуковые расходомерыимеют небольшое препятствие, около 0,1-0,5 фунтов на квадратный дюйм-затраты на электроэнергию составляют от одной-трети до одной пятойэлектромагнитные расходомеры.

Если вы изучили обе технологии, вы обнаружите, что ультразвуковое обслуживание намного проще, а общие затраты на техническое обслуживание на 40% ниже, чем у электромагнитных. Но в сценариях со шламами и сточными водамиэлектромагнитные расходомерыфактически стоят на 25 % дешевле, поскольку качество ультразвукового сигнала ухудшается слишком быстро, что требует частого обслуживания или замены.

Где доминирует каждая технология

Электромагнитный расходомерТерритория

Содержание твердых частиц, поступающих в очистные сооружения, колеблется от 0,1 % до 8 %-электромагнитные расходомерыне моргай. На предприятии среднего-канализационного хозяйства обычно используется 40–60электромагнитные расходомерыуже 15 лет без проблем. Ультразвук начинает терять сигнал при концентрации твердых частиц выше 2%.

Горнодобывающие шламы-железная руда, медь, золото-содержат 30% твердых частиц по объему. Полиуретановая-футеровкаэлектромагнитные расходомерысправиться с этим; Версии с керамической-подкладкой могут содержать 50 % твердых частиц. Ультразвук в таких условиях совершенно непрактичен.

Предприятия по производству продуктов питания и напитков ценят санитарный дизайн, сертифицирован . 3A-электромагнитные расходомерыс электрополированными нержавеющими вкладышами с зернистостью 150-, которые интегрируются непосредственно в контуры безразборной мойки. Измерение молока, сока, пива и вина соответствует требованиям FDA с достаточной точностью.

Ультразвуковой расходомерТерритория

Коммерческий учет природного газа использует несколько-путейультразвуковые расходомеры газа-4–8 акустических путей пересекают-измерения, обеспечивая точность ±0,15 %. Трубопровод, по которому ежегодно перемещается газ на десятки или сотни миллионов долларов, делает эти инвестиции оправданными. Плюс нулевой перепад давления и отсутствие точек утечек. Для этого специально созданы счетчики, сертифицированные OIML и AGA-9.

Большим системам градирен необходимы десятки точек измерения. Установка 30электромагнитные расходомерыэто означает сотни тысяч только закупок плюс масштабные модификации трубопроводов. Перейдите на ультразвуковые зажимы-и затраты снизятся на-треть. Остановка работы электростанций или химических предприятий не требуется-: окон просто не существует.

Для агрессивных сред или сверхчистых жидкостей требуются электроды из хастеллоя, платины или титана.электромагнитные расходомеры-4-дюймовый счетчик может стоить 8000–15 000 долларов.Ультразвуковые расходомерысо смачиваемыми деталями из ПТФЭ или ПФА стоимость при одинаковой точности на 40–60 % ниже.

Интеграция с системами управления

Обарасходомертипы предлагают выход 4-20 мА с протоколом HART, совместимый с большинством ПЛК и систем РСУ. Нужна сумма? Используйте импульсный выход. Modbus RTU и Profibus теперь являются стандартными и не требуют барьеров для интеграции.

Скорость реакции разная.Электромагнитные расходомерыобновление 10-50 раз в секунду; Ultrasonics управляет 1-5 обновлениями. Если вы используете расходомер для управления с обратной связью, требующего быстрого реагирования, лучше подходят электромагнетики. Более медленные ультразвуковые обновления стоимости коммерческого учета на самом деле помогают уменьшить колебания.

Электромагнитные расходомерыконтролировать сопротивление электрода, сигнализировать о состоянии пустой трубы, а некоторые модели отслеживают ухудшение качества футеровки. Ультразвук отображает силу звуковой волны и значения усиления.-Внезапное увеличение усиления означает, что пришло время очистить преобразователи. Показания скорости звука позволяют-вычислить тип жидкости, проверяя, действительно ли вы измеряете то, что, по вашему мнению, измеряете.

Выбор расходомера: Практический подход

Начнем с проводимости. Ниже 5 мкСм/см забудьтеэлектромагнитные расходомеры. Между 5-20 электромагнетизм работает, но ненадежно — с ультразвуком обезопасьте себя. Выше 20 мкСм/см,электромагнитные расходомерыхорошо идти.

Содержание твердых веществ – это второй выход. При содержании взвешенных веществ более 1% побеждает электромагнетизм. Ниже 0,1% работает любой вариант. Между этими цифрами протестируйте обе технологии на вашей реальной жидкости, прежде чем приступать к развертыванию парка. При выборе учитывайте затраты на остановку.

Новое строительство, где модификация трубопроводов дешевая? Выбирайте чисто по техническим требованиям. Действующие объекты, где остановка стоит 10 долларов США000+ в час? Не режьте трубу без крайней необходимости.

Наконец, рассчитайте общую стоимость владения. Используйте свои фактические расценки на оплату труда, затраты на электроэнергию, ожидаемый срок службы. Найдите тематические исследования, соответствующие вашему приложению,-с реальными эксплуатационными данными за пять-с лишним лет.

Электромагнитные расходомерыобеспечивают полнопроходные-измерения, низкий перепад давления и отличную производительность при работе со сложными жидкостями. Ультразвук предотвращает проникновение в трубы, создает нулевой перепад давления и измеряет более широкий диапазон жидкостей. Ни то, ни другое не является лучшим в целом.-Главное – соответствие принципа измерения вашим фактическим требованиям.

Куда движутся технологии

Основные технологические тенденции последних нескольких лет очевидны: согласованность производства + цифровое моделирование + параллельное развитие диагностических возможностей.Электромагнитные расходомерывсе чаще внедрять подходы «сухой калибровки/компенсации моделирования»-более жесткие геометрические допуски и моделирование магнитного поля/поля потока улучшают заводскую согласованность, уменьшая зависимость от отдельных мокрыхкалибровкасохраняя при этом точность на инженерном-стандартном уровне ±0,5 % и снижая общие затраты. Ультразвуковая система продолжает развиваться в сторону большего числа путей. Модернизация-4-пути до 8/12-пути обеспечивает ценность не только в плане точности, но и в плане устойчивости к не-идеальным профилям потока и резервной диагностике пути, выявляя аномалии пути, засорение или помехи пузырьков, что значительно повышает надежность эксплуатации. В моделях высшего-класса показания приближаются к ±0,1 % в условиях лабораторной калибровки. Между тем, архитектура со сверх-низким энергопотреблением и развитая технология аккумуляторов позволяют ультразвуковым устройствам с батарейным питанием достигать срока службы около 10 лет, что делает временные измерения расхода, удаленный мониторинг трубопроводов и беспроводное развертывание действительно практичными.