В чем разница между рабочими и стандартными расходами в расходомерах газа?

Не обязательно. Производительность компрессора может быть выражена в стандартных условиях, тогда как счетчик сообщает об объеме газа, проходящего через трубу под давлением. Оба показания могут описывать одно и то же количество газа.

В этом разница междуфактические и нормативные расходы газа, иногда называемые рабочими и стандартными расходами. Понимание этого важно при пересчете расхода газа, расчете скорости трубопровода или выборе промышленного расходомера газа.

Преобразование зависит от абсолютного давления, температуры, свойств газа и используемых эталонных условий. При выборе счетчика инженеры также должны учитывать весь рабочий диапазон, а не одно номинальное значение расхода.

Фактический и стандартный расход газа: в чем разница?

Фактический объемный расход – это объем газа, движущегося по трубопроводу при его рабочем давлении и температуре. Оно может быть выражено в фактических м³/ч, ам³/ч или ACFM.

Стандартный объемный расход выражает эквивалентный объем газа при определенных эталонных условиях. Общие единицы включают Нм³/ч, См³/ч и SCFM.

При сжатии газа его плотность обычно увеличивается, и та же масса занимает меньший объем. Следовательно, фактический объемный расход может быть намного ниже стандартного объемного расхода в трубопроводе под давлением.

Массовый расход отличается от обоих. Он представляет собой массу, проходящую через измерительную секцию в единицу времени, обычно в кг/ч. Эта взаимосвязь объясняется далее в FlowT.Сравнение массового расхода и объемного расхода.

Что такое стандартные эталонные условия газа?

Не существует универсальной эталонной температуры для каждого применения измерения газа. В зависимости от применимого стандарта или коммерческого соглашения эталонные температуры могут составлять 0, 15, 20 или 60 градусов по Фаренгейту.

Например,ИСО 13443устанавливает эталонные условия для природного газа, включая температуру, давление и влажность. Для других промышленных применений могут использоваться другие договорные исходные условия.

Таким образом, спецификация, указывающая только «1000 Нм³/ч», является неполной, если не известны применимые исходные условия. Давление должно быть указано как абсолютное, а газовая основа должна быть постоянной, включая то, относится ли указанное количество к сухому или влажному газу.

Это имеет значение при сравнении оборудования разных поставщиков. Количество газа, выраженное при 20 градусах, занимает примерно на 7,3% больше объема, чем при 0 градусах, когда давление неизменно и предполагается идеальное-поведение газа.

Формула преобразования фактического расхода газа в стандартный

При неизменном составе газа соотношение между фактическим и эталонным объемным расходом составляет:

Qstd=Qactual × (Pactual / Pstd) × (Tstd / Tactual) × (Zstd / Zactual)

Чтобы рассчитать фактический объемный расход на основе стандартного расхода:

Qactual=Qstd × (Pstd/Pactual) × (Tactual/Tstd) × (Zactual/Zstd)

• Qstd: объемный расход при нормальных условиях
• Qactual: объемный расход в рабочих условиях
• Pstd и Pactual: абсолютное давление
• Tstd и Tactual: температура в Кельвинах
• Zstd и Zactual: коэффициенты сжимаемости газа

Преобразование манометрического давления перед расчетом

Одна из наиболее распространенных ошибок — считать манометрическое давление абсолютным.

Абсолютное давление=Манометрическое давление + Местное атмосферное давление

Для трубопровода, работающего при давлении 7 бар (изб.), при условии, что атмосферное давление равно 1,01325 бар:

Фактическое=7 + 1.01325=8.01325 бар (а)

Вместо этого использование значения 7 бар (а) приведет к завышению расчетного фактического объема примерно на 14,5% в этом примере, при этом другие переменные не изменятся.

Для дальнейших разъяснений см. объяснение FlowTPSI, PSIA и PSIG. Подходящийдатчик давленияможет предоставлять информацию о давлении в систему компенсации, но его тип измерения и диапазон калибровки должны быть проверены.

Почему важен фактор сжимаемости

Коэффициент сжимаемости Z учитывает отклонения от идеального-поведения газа. Оно зависит от состава газа, давления и температуры.

Для предварительной оценки идеального-газа инженеры иногда принимают Zactual/Zstd=1.. Это предположение не следует рассматривать как проверенное свойство сжатого воздуха или природного газа при повышенном давлении.

Рассмотрим идеальный-расчет газа с производительностью 100 м³/ч. Если фактическое соотношение Zactual/Zstd равно 0,97, скорректированный результат составит 97 м³/ч. Если соотношение равно 1,03, результат составит 103 м³/ч.

Эти соотношения являются иллюстративными значениями чувствительности, а не измеренными свойствами газа. Они показывают, что неверное предположение о сжимаемости напрямую влияет на результат преобразования.

Для природного газа,ИСО 15970относится к измерению свойств, используемых при преобразовании объема, включая давление, температуру, плотность и коэффициент сжатия. Если этого требует точность измерений, следует использовать соответствующие методы-свойств газа и информацию о его составе.

Пример 1: пересчитать 800 Нм³/ч сжатого воздуха

Рассмотрим систему сжатого-воздуха со следующими предполагаемыми условиями:

• Эталонный расход: 800 Нм³/ч
• Эталонная температура: 0 градусов (273,15 К)
• Эталонное давление: 1,01325 бар (а)
• Рабочее давление: 7 бар (изб.)
• Рабочая температура: 35 градусов (308,15 К)
• Предполагаемое атмосферное давление: 1,01325 бар.
• Предполагаемое Zactual/Zstd: 1

Сначала преобразуйте рабочее давление в 8,01325 бар(а).

Фактическое=800 × (1,01325/8,01325) × (308,15/273,15)

Фактический ≈ 114,1 м³/ч

При этих предположениях тот же объем газа, составляющий 800 Нм³/ч, занимает примерно 114,1 м³ в час внутри трубопровода под давлением.

Рассчитать скорость трубопровода

Предположим, что фактический внутренний диаметр трубопровода составляет 100 мм. Его поперечное-сечение составляет примерно 0,007854 м².

Скорость=(114,1/3600)/0,007854 ≈ 4,04 м/с

Если бы инженер неправильно использовал в качестве рабочего расхода 800 м³/ч, расчетная скорость составила бы примерно 28,3 м/с.

Эта разница может существенно повлиять на предлагаемый размер счетчика и диапазон измерения. Всегда используйте фактический внутренний диаметр, а не просто номинальное обозначение трубы.

Для приложений, где предпочтительным является прямое измерение-зависимости от массы, FlowT предоставляетварианты измерения массового расхода газа. Их пригодность должна быть проверена по составу газа и условиям эксплуатации.

Пример 2: Расчет рабочего диапазона природного газа

Система природного газа редко работает при одном фиксированном давлении, температуре и расходе. При выборе счетчика следует учитывать минимальный и максимальный фактический объемный расход.

Предположим следующую гипотетическую спецификацию:

• Эталонный расход: 300–1000 см³/ч.
• Эталонные условия: 15 градусов и 1,01325 бар(а).
• Рабочее давление: 3–8 бар (изб.)
• Рабочая температура: 10–50 градусов
• Предполагаемое атмосферное давление: 1,01325 бар.
• Zactual/Zstd=1 для предварительного расчета

Наибольший фактический объем возникает в этой упрощенной модели, когда опорный расход и температура самые высокие, а рабочее давление самое низкое.

Qфакт,макс=1000 × (1,01325/4,01325) × (323,15/288,15) ≈ 283,1 м³/ч

Наименьший фактический объем имеет место при минимальном эталонном расходе, максимальном давлении и минимальной температуре.

Qфакт,мин=300 × (1,01325 / 9,01325) × (283,15 / 288,15) ≈ 33,1 м³/ч

Предварительный фактический диапазон расхода составляет примерно 33–283 м³/ч.

Эти значения не являются окончательными расчетными показателями для природного газа. Они предполагают независимые экстремальные условия эксплуатации и идеальное-поведение газа. На действующем объекте давление, температура и потребность могут быть коррелированы, и необходимо оценить коэффициент сжимаемости.

Для трубы с фактическим внутренним диаметром 150 мм соответствующий диапазон скоростей составляет примерно 0,52–4,45 м/с.

Этот диапазон является отправной точкой для выбора счетчика, а не доказательством того, что какой-либо конкретный счетчик может его измерить.

Как подобрать расходомер газа с учетом фактического расхода

После расчета фактического расхода следующим шагом будет сравнение рабочего диапазона с опубликованными пределами производительности выбранного счетчика.

Шаг 1: Установите реальные условия эксплуатации

Запишите минимальный, нормальный и максимальный расход газа вместе с соответствующими значениями давления и температуры. Там, где это возможно, используйте одновременные рабочие данные, а не объединяйте несвязанные крайние значения.

Определите состав газа, состояние влажности, диапазон давления и требуемую цель измерения. Мониторинг процессов и регулируемые измерения-передачи могут иметь разные требования к оборудованию.

Шаг 2. Рассчитайте фактический расход и скорость.

Преобразуйте эталонный расход в фактический расход в каждой соответствующей рабочей точке. Используйте соответствующую поправку на сжимаемость и истинный внутренний диаметр трубы.

Рассчитайте скорость, используя Qactual, разделенный на площадь внутреннего потока. Это помогает проверять объемные технологии, но сама по себе скорость не определяет пригодность.

Шаг 3. Проверьте диапазон измерения производителя.

Сравните самую низкую и самую высокую рабочие точки с указанными пределами предполагаемого счетчика.

Длявихревой расходомернижний предел измерения зависит от конструкции прибора и таких условий, как плотность газа и число Рейнольдса. Счетчик, который правильно работает при нормальном расходе, может не обеспечить надежный сигнал при минимальной нагрузке.

Длятепловой массовый расходомер, подтвердите калиброванный газ, диапазон-массового расхода, тепловые свойства, температурные пределы и требования к установке.

Если расчетный минимальный расход падает ниже утвержденного нижнего предела прибора, выбор расходомера большего размера только для учета пикового расхода не решит проблему.

Шаг 4. Проверьте точность и условия установки

Внимательно прочтите спецификацию точности. Точность, выраженная в процентах от показания, не эквивалентна проценту от полной шкалы, особенно при низком расходе.

Проверьте требуемую длину прямых-труб, наличие нарушений потока, потерь давления, вибрации, электрических соединений и требований к опасным-зонам.

Дляврезной тепловой массовый расходомер, положение установки и профиль скорости имеют важное значение. Для встроенного вихревого прибора должно соблюдаться указанное рабочее число Рейнольдса и плотность газа.

Тепловая масса или вихревой расходомер: какой расходомер подходит для конкретного применения?

Измерение термической массы может быть полезным для мониторинга потребления чистого сжатого-воздуха, особенно если требуемым выходным сигналом является массовый расход или эквивалентный эталонный объем. FlowT также перечисляеттермомассовые приборы для измерения газа.

Технология Vortex может подойти для стабильных условий технологического-газа, когда фактическая скорость и плотность газа остаются в пределах утвержденного диапазона. Наличие компенсационных функций необходимо проверить для выбранной конфигурации.

Ультразвуковая технология является еще одним возможным вариантом для некоторых газовых применений. Его пригодность зависит от конструкции прибора, газоакустических свойств, условий монтажа и эксплуатации. FlowT'sОбъяснение ультразвукового расходомера газапредоставляет дополнительную информацию.

Никакую технологию измерения не следует выбирать только потому, что преобразователь может отображать Нм³/ч или См³/ч.

Распространенные ошибки преобразования расхода газа и определения размеров

• Использование манометрического давления в качестве абсолютного давления:Это приводит к неправильному соотношению давлений и, следовательно, к неправильному объемному преобразованию.
• Ввод Цельсия в уравнение газа:Соотношения температур должны использовать Кельвины.
• Игнорирование эталонных условий:Два стандартных-показания объема могут быть несопоставимы напрямую, если эталонная температура, давление или влажность различаются.
• Предполагая Z=1 без оценки:Это может привести к систематическим ошибкам преобразования, особенно в сложных условиях реального-газа.
• Расчет только на основе номинального стандартного расхода:Фактический минимальный и максимальный расход может сильно отличаться от справочного-значения объема.
• Путают единицы отображения с принципом измерения:Счетчик, сообщающий стандартный объем, может получить это значение на основе измерения массы или компенсированного фактического объема.

Состав газа также имеет значение. Тепловой прибор, откалиброванный по воздуху, не может автоматически считаться точным для другой газовой смеси. Аналогично, волюметрический прибор требует соответствующей информации о плотности при расчете массового расхода.

Какую информацию следует отправить поставщику расходомера газа?

Полезный запрос цен должен включать достаточно информации, чтобы поставщик мог оценить весь рабочий диапазон.

• Название газа, состав и ожидаемое изменение
• Минимальный, нормальный и максимальный поток
• Фактический, стандартный или массовый-поток
• Эталонное давление, температура и сухой/влажный газ
• Диапазоны рабочего давления и температуры
• Внутренний диаметр трубопровода и детали подключения
• Доступная длина-прямой трубы и условия установки
• Требуемая точность, суммирование и выходные сигналы
• Опасная-зона или нормативные требования, если применимо

Если требуется компенсация давления или температуры, подтвердите, выполняется ли она внутри преобразователя или с помощью внешней системы управления. Для установок, использующих отдельное измерение давления, выбранныйпромышленный датчик давленияследует проверять совместимость сред и требуемый диапазон давления, а не выбирать только по выходному сигналу.

Часто задаваемые вопросы

Соответствует ли рабочий расход фактическому расходу?

Обычно под рабочим расходом понимается фактический объемный расход при рабочем давлении и температуре. Однако этот срок должен быть подтвержден в спецификации проекта.

Можно ли перевести Нм³/ч в м³/ч с использованием фиксированного коэффициента?

Только тогда, когда рабочие и эталонные условия фиксированы и известны соответствующие свойства газа. Изменение давления, температуры или сжимаемости приводит к изменению коэффициента преобразования.

Нужна ли термомассовому расходомеру компенсация давления?

Обычно для него не требуется та же коррекция объемного давления-температуры, которая используется для преобразования фактического-измеренного объема в массовый расход. Однако давление, температура, состав газа и условия калибровки могут по-прежнему влиять на качество измерения.

Должен ли расходомер газа рассчитываться с учетом фактического или стандартного расхода?

Для объемных технологий существенны фактический расход и скорость. Для технологий, основанных на массе-, необходимо проверить соответствующий диапазон массового-расхода и откалиброванные условия эксплуатации. Окончательное решение должно соответствовать спецификациям производителя.

Почему газовый счетчик дает неточные показания при низком расходе?

Возможные причины включают работу с расходом ниже утвержденного минимального значения, неподходящие свойства газа, нарушения установки, загрязнение датчика или неправильные настройки компенсации. Причину следует выяснить, используя диагностическую информацию и техническую документацию счетчика.

Заключительные мысли

Фактический и стандартный расход газа представляют собой одно и то же количество газа при различных объемных условиях. Их преобразование требует четко определенных эталонных условий, абсолютного давления, температуры и соответствующей коррекции свойств газа.

При выборе прибора более важным вопросом является то, находится ли рассчитанный рабочий диапазон расхода в допустимых пределах измерения расходомера. Правильное преобразование — это только первый шаг.

FlowT предлагает решения для измерения газа, основанные на различных технологиях. Если вы указываете счетчик для сжатого воздуха, азота или другого промышленного газа, укажите условия эксплуатации, состав газа, диапазон расхода и требуемые выходные единицы, чтобы можно было просмотреть предлагаемую конфигурацию.

Свяжитесь с FlowT для выбора расходомера газа и поддержки предложений