Przepływomierze różnicowe (DP) są jednymi z najbardziej powszechnych i niezawodnych urządzeń do pomiaru przepływu cieczy w różnych zastosowaniach przemysłowych. Są one używane od dziesięcioleci do pomiaru natężenia przepływu gazów, cieczy i pary w rurociągach. Przepływomierze DP działają w oparciu o zasadę, że gdy płyn przepływa przez ograniczenie w rurze, powoduje spadek ciśnienia, który jest proporcjonalny do natężenia przepływu. W tym przewodniku omówiono, czym są przepływomierze różnicowe, ich dokładność i zakres, różne typy i zasady ich działania - w tym przepływomierz stożkowy V - wady i zalety, orurowanie, instalację, kwestie konserwacji i kluczowe zastosowania.
Spis treści
Czym są przepływomierze różnicy ciśnień?
Przepływomierze różnicy ciśnień mierzą natężenie przepływu cieczy poprzez wykrywanie spadku ciśnienia na zwężeniu lub głównym elemencie na ścieżce przepływu. Zwężenie to może mieć postać kryzy, zwężki Venturiego, dyszy przepływowej, rurki Pitota lub stożka w kształcie litery V. Zgodnie z zasadą Bernoulliego, gdy płyn przepływa przez ograniczenie, jego prędkość wzrasta, co prowadzi do zmniejszenia ciśnienia. Mierząc różnicę ciśnień przed i za ograniczeniem, natężenie przepływu można określić za pomocą dobrze znanych wzorów matematycznych.
Zasada działania przepływomierzy różnicy ciśnień
Zasada działania przepływomierzy różnicowych opiera się na Równanie Bernoulliegoktóra mówi, że suma ciśnienia statycznego, ciśnienia prędkości i wysokości podnoszenia przepływającego płynu jest stała. Gdy płyn przepływa przez rurę i napotyka ograniczenie (takie jak kryza, zwężka Venturiego lub stożek V), jego prędkość wzrasta, a ciśnienie statyczne spada. Spadek ciśnienia jest wprost proporcjonalny do kwadratu prędkości płynu.
Kluczowe komponenty i działanie:
- Element podstawowy: Główny element tworzy ograniczenie przepływu, takie jak kryza, zwężka Venturiego lub stożek w kształcie litery V. Element ten powoduje przyspieszenie płynu, co skutkuje różnicą ciśnień na elemencie.
- Przetwornik różnicy ciśnień: Urządzenie to mierzy różnicę ciśnień między górną i dolną stroną elementu głównego. Różnica ciśnień jest przekształcana w sygnał elektryczny.
- Wyświetlanie i integracja przepływu: Przetwornik przepływomierza przekształca sygnał różnicy ciśnień w znormalizowany sygnał wyjściowy (4-20 mA lub sygnał cyfrowy), który może być wyświetlany lokalnie lub przesyłany do systemu sterowania w celu monitorowania i sterowania procesem.
Dokładność i zakres przepływomierzy różnicy ciśnień
Dokładność przepływomierzy DP wynosi zazwyczaj od ±0,5% do ±1,5% rzeczywistego natężenia przepływu, w zależności od typu zastosowanego elementu pierwotnego, jakości instalacji i stosowanych praktyk kalibracyjnych. Zakres pomiarowy, który jest stosunkiem maksymalnego do minimalnego natężenia przepływu, które miernik może dokładnie zmierzyć, zazwyczaj waha się od 3:1 do 10:1. Przepływomierze DP mogą nie działać tak dobrze przy bardzo niskich natężeniach przepływu ze względu na niższą generowaną różnicę ciśnień, ale są wysoce niezawodne w wyznaczonym zakresie przepływu.
Wspólny Rodzaje przepływomierzy różnicy ciśnień i zasady ich działania
Istnieje kilka typów przepływomierzy różnicy ciśnień, z których każdy jest przeznaczony do określonych zastosowań i warunków pracy. Poniżej przedstawiono najpopularniejsze typy:
Kryza Przepływomierze:
Zasada: Przepływomierz z kryzą składa się z płaskiej płyty z otworem o ostrych krawędziach pośrodku. Gdy płyn przepływa przez kryzę, przepływ zwęża się, a prędkość wzrasta, powodując spadek ciśnienia. Różnica ciśnień przed i za kryzą jest mierzona w celu obliczenia natężenia przepływu.
- Zalety: Prosta konstrukcja, niski koszt oraz łatwość instalacji i wymiany.
- Wady: Wysoka stała strata ciśnienia spowodowana zwężeniem przepływu; wymaga regularnej konserwacji w celu zapewnienia dokładności, szczególnie w zastosowaniach zanieczyszczonych lub korozyjnych.
Przepływomierze Venturiego:
- Zasada: Zwężka Venturiego ma stopniowo zwężającą się gardziel, po której następuje stopniowo rozszerzająca się sekcja. Gdy płyn przepływa przez zwężenie, jego prędkość wzrasta, powodując spadek ciśnienia proporcjonalny do natężenia przepływu.
- Zalety: Niskie straty ciśnienia, wysoka dokładność i możliwość pomiaru lepkich cieczy.
- Wady: Większy rozmiar i wyższy koszt w porównaniu z kryzami; trudny montaż w małych przestrzeniach.
Dysza przepływu Mierniki przepływu:
Zasada: Podobna do zwężki Venturiego, ale o prostszej konstrukcji, dysza przepływowa ma gładką, zbieżną sekcję, która prowadzi do gardzieli, w której mierzona jest różnica ciśnień.
- Zalety: Wysoka dokładność, dobra dla przepływów o dużej prędkości i mniej podatna na zużycie.
- Wady: Umiarkowana strata ciśnienia, mniejszy zakres regulacji w porównaniu ze zwężkami Venturiego.
Rurki Pitota Przepływomierze:
Zasada: Rurki Pitota mierzą prędkość przepływu płynu, przekształcając energię kinetyczną płynu w energię potencjalną. Różnica między ciśnieniem statycznym a ciśnieniem całkowitym (stagnacji) jest wykorzystywana do obliczenia prędkości przepływu.
- Zalety: Prosta konstrukcja, niski koszt, minimalne straty ciśnienia i łatwa instalacja.
- Wady: Mniej dokładny w przypadku przepływów turbulentnych; wrażliwy na wyrównanie i wymaga częstego czyszczenia.
Przepływomierze V-Cone:
- Zasada: Przepływomierz V-cone jest unikalnym typem miernika różnicy ciśnień, który wykorzystuje przeszkodę w kształcie stożka w środku rury. Stożek zmienia profil prędkości i stabilizuje przepływ płynu, tworząc różnicę ciśnień, którą można zmierzyć w celu określenia natężenia przepływu.
- Zalety: Wysoka dokładność i powtarzalność; niska trwała strata ciśnienia; mniejsza wrażliwość na zakłócenia przepływu; wymaga minimalnej prostej instalacji rurowej.
- Wady: Wyższy koszt początkowy w porównaniu z tradycyjnymi kryzami; instalacja może wymagać specjalistycznego szkolenia.
Zalety i wady przepływomierzy różnicowo-ciśnieniowych
Zalety:
- Wszechstronność: Nadaje się do szerokiej gamy płynów, w tym gazów, cieczy i pary.
- Opłacalność: Generalnie mają niższy koszt początkowy w porównaniu z innymi typami przepływomierzy, takimi jak Coriolis lub ultradźwiękowe.
- Sprawdzona technologia: Powszechnie używane i dobrze rozumiane, zapewniające niezawodność i dużą bazę doświadczeń użytkowników.
- Brak ruchomych części: Większość typów przepływomierzy DP nie ma ruchomych części, co zmniejsza potrzebę częstej konserwacji.
- Dostępne w różnych rozmiarach: Może być stosowany do rur o rozmiarach od małych do bardzo dużych.
Wady:
- Stały spadek ciśnienia: Powoduje straty ciśnienia w systemie z powodu ograniczenia, co może wpływać na wydajność energetyczną.
- Dokładność zależna od instalacji: Wymaga prostego rurociągu przed i za urządzeniem, aby zapewnić w pełni rozwinięty profil przepływu w celu dokładnego pomiaru.
- Wymagana regularna konserwacja: Elementy takie jak kryzy mogą ulec zużyciu lub zatkaniu i wymagać okresowej wymiany lub czyszczenia.
- Ograniczony zasięg: Zazwyczaj oferuje mniejszy zasięg w porównaniu z niektórymi zaawansowanymi technologiami, takimi jak Coriolis lub przepływomierze elektromagnetyczne.
Rurowanie różnicowe ciśnieniowe, instalacja i konserwacja
Wydajność i dokładność przepływomierzy różnicy ciśnień w dużym stopniu zależy od prawidłowej instalacji, konfiguracji rurociągów i regularnej konserwacji.
- Wymagania dotyczące rurociągów: Przepływomierze DP wymagają prostych odcinków rur przed (zwykle 10 średnic) i za (5 średnic) elementem przepływowym, aby zapewnić w pełni rozwinięty profil przepływu. Nieodpowiednie proste orurowanie może prowadzić do niedokładnych odczytów.
- Uwagi dotyczące instalacji: Przepływomierze różnicowe powinny być instalowane w miejscach minimalizujących zakłócenia przepływu. Powinny być umieszczone z dala od łuków, kolanek, zaworów i innych elementów zakłócających przepływ. Zawory ciśnieniowe muszą być czyste, prawidłowo ustawione i wolne od zatorów.
- Praktyki konserwacyjne: Regularna kontrola, kalibracja i konserwacja są niezbędne do utrzymania dokładności przepływomierzy DP. Płytki kryzowe, dysze i inne podstawowe elementy powinny być sprawdzane pod kątem zużycia, korozji lub gromadzenia się zanieczyszczeń. Kalibracja powinna być przeprowadzana okresowo, aby zapewnić, że pomiar mieści się w określonym zakresie dokładności.
Zastosowania przepływomierzy różnicy ciśnień
Ze względu na swoją wszechstronność i niezawodność, przepływomierze różnicy ciśnień są stosowane w różnych branżach, w tym:
- Ropa i gaz: Do pomiaru przepływu ropy naftowej, gazu ziemnego, pary i innych płynów procesowych w rurociągach i rafineriach. Płyty kryzowe i mierniki V-cone są szczególnie popularne w tych zastosowaniach ze względu na ich zdolność do pomiaru wysokiego ciśnienia.
- Oczyszczanie wody i ścieków: Używane do pomiaru przepływu wody, chemikaliów i szlamu w oczyszczalniach i sieciach dystrybucyjnych. Zwężki Venturiego i dysze przepływowe są powszechnym wyborem w tych ustawieniach ze względu na niskie straty ciśnienia i wysoką niezawodność.
- Wytwarzanie energii: Używane do pomiaru przepływu pary w kotłach, wody zasilającej w turbinach i innych płynów krytycznych dla pracy elektrowni. Mierniki ze zwężką Venturiego i kryzą są powszechnie stosowane w tych aplikacjach.
- Przemysł chemiczny i petrochemiczny: Używany do pomiaru przepływu żrących i toksycznych chemikaliów, płynów o wysokiej temperaturze i innych strumieni procesowych. Przepływomierz V-cone jest szczególnie korzystny w tych warunkach ze względu na jego solidną konstrukcję i niskie wymagania konserwacyjne.
- Systemy HVAC: Używane do pomiaru przepływu wody i powietrza w systemach ogrzewania, wentylacji i chłodzenia. Rurki Pitota i przepływomierze annubar są często używane ze względu na niski spadek ciśnienia i łatwość instalacji.
- Żywność i napoje: Używane do pomiaru przepływu wody, mleka, syropów i innych składników w zakładach przetwórczych. Mierniki Annubar i Venturi są często wybierane ze względu na ich higieniczną konstrukcję i dokładne możliwości pomiaru przepływu
Przepływomierze różnicowe są niezawodną i wszechstronną opcją pomiaru przepływu cieczy w wielu branżach. Dzięki zrozumieniu ich typów, zasad działania, zalet i wad, a także przestrzeganiu najlepszych praktyk w zakresie instalacji i konserwacji, użytkownicy mogą uzyskać bardzo dokładny i wydajny pomiar przepływu. Chociaż istnieją ograniczenia, takie jak strata ciśnienia i wymagania dotyczące regularnej konserwacji, wybór odpowiedniego typu przepływomierza różnicowego, takiego jak V-cone, może zoptymalizować wydajność dla konkretnych zastosowań, zwiększając kontrolę procesu, bezpieczeństwo i wydajność.
Zostaw komentarz