Prietokomer plynovej turbíny: Ako to funguje, špecifikácie a sprievodca výberom

A prietokomer plynovej turbíny meria objemový prietok plynu zisťovaním rýchlosti otáčania rotora turbíny umiestneného v prúde prúdu. Keď plyn prechádza cez teleso merača, vyvíja silu na šikmé lopatky rotora, čo spôsobuje, že sa otáča rýchlosťou priamo úmernou rýchlosti plynu. Pre čisté, suché plyny vo vysokorýchlostných potrubiach, kde sú prioritou presnosť, široký prevod a kompaktná inštalácia, je prietokomer s plynovou turbínou jednou z najspoľahlivejších a osvedčených dostupných meracích technológií. Je to nástroj voľby pre prepravu zemného plynu, meranie plynu v priemyselných procesoch, meranie stlačeného vzduchu a prideľovanie palivových plynov vo výrobe energie a petrochemických zariadeniach. Pochopenie toho, ako funguje, aké špecifikácie riadia výber, kde funguje najlepšie a aké sú jeho obmedzenia, dáva inžinierom a tímom obstarávateľov základ pre správnu špecifikáciu tohto prístroja a získanie jeho plnej meracej schopnosti.

Princíp činnosti prietokomeru s plynovou turbínou

Princíp činnosti prietokomeru s plynovou turbínou je založený na prenose kinetickej energie z pohybujúceho sa prúdu plynu na mechanický rotor. Rotor je namontovaný na hriadeli v telese merača, pričom jeho os je zarovnaná so smerom toku. Listy rotora sú nastavené v pevnom uhle skrutkovice, zvyčajne medzi 30 a 45 stupňov k osi prúdenia, takže plyn dopadajúci na lopatky generuje krútiaci moment, ktorý spôsobuje roztočenie rotora. Pri ustálenom prúdení rotor dosiahne uhlovú rýchlosť, pri ktorej hnací krútiaci moment plynu vyvažuje spomaľovacie krútiace momenty z trenia ložísk, magnetického odporu zo snímača snímania a odporu tekutiny na povrchoch lopatiek. V tejto rovnováhe je rýchlosť rotora takmer úmerná rýchlosti plynu v širokom rozsahu prietokov.

K faktor a jeho úloha v meraní

Vzťah medzi rotačnou frekvenciou rotora a objemovým prietokom je vyjadrený cez faktor merača, bežne nazývaný faktor K. Faktor K je definovaný ako počet impulzov generovaných na jednotku objemu plynu, ktorý prejde plynomerom, zvyčajne vyjadrený ako impulzy na meter kubický alebo impulzy na liter. Pre dobre vyrobený prietokomer s plynovou turbínou je faktor K stabilný a lineárny v rámci špecifikovaného rozsahu prietoku merača, vďaka čomu je prístroj vhodný pre aplikácie s vysokou presnosťou. Faktor K sa určuje počas kalibrácie na certifikovanom prietokovom kalibračnom zariadení a je uvedený na kalibračnom certifikáte meradla. Typický prietokomer s plynovou turbínou udržuje linearitu K faktora v rozmedzí plus alebo mínus 0,5 až 1,0 % v celom uvedenom rozsahu prietoku , pričom niektoré merače s vysokou presnosťou dosahujú plus alebo mínus 0,25 % alebo lepšie v časti svojho rozsahu.

Metódy detekcie signálu

Otáčanie rotora turbíny musí byť prevedené na elektrický signál bez mechanického kontaktu, ktorý by spôsobil trenie a opotrebovanie. V komerčných prietokomeroch s plynovou turbínou sa používajú tri metódy detekcie:

• Magnetický snímač s premenlivou reluktanciou : Permanentný magnet zabudovaný v zostave cievky namontovanej v tele merača generuje napäťový impulz zakaždým, keď pod ním prejde hrot listu rotora, keď hrot listu zmení magnetickú reluktanciu obvodu. Táto metóda nevyžaduje žiadne externé napájanie, generuje signál s vlastným napájaním a je vysoko spoľahlivá. Je to štandardná metóda detekcie pre väčšinu prietokomerov s plynovou turbínou v priemyselných a úžitkových aplikáciách.
• Senzor Hallovho efektu : Magneticky aktivované polovodičové zariadenie zisťuje priechod hrotov čepelí pomocou Hallovho efektu. Snímače s Hallovým efektom vyžadujú malé napájanie, ale poskytujú čistejšie okraje signálu pri nízkych rýchlostiach rotora, čím sa rozširujú možnosti merania nízkeho prietoku meracieho prístroja nad rámec toho, čo môžu dosiahnuť snímače s premenlivou reluktanciou. Používa sa v aplikáciách, kde je kritická presnosť nízkeho prietoku.
• RF (rádiofrekvenčný) kapacitný snímač : Vysokofrekvenčný oscilátor detekuje zmenu kapacity, keď každý list rotora prechádza cez čelo snímača. Táto bezkontaktná metóda poskytuje veľmi presné počítanie čepelí pri nízkych aj vysokých rýchlostiach a používa sa v niektorých presných a skladovacích prenosových meračoch, kde sa vyžaduje čo najširší lineárny rozsah.

Kľúčové špecifikácie a ich význam v praxi

Správna špecifikácia prietokomeru s plynovou turbínou vyžaduje pochopenie skutočného významu každej výkonnostnej špecifikácie a toho, ako sa premieta do kvality merania v konkrétnej aplikácii. Výrobcovia používajú jednotnú terminológiu, ale praktické dôsledky sú niekedy zastreté marketingovým jazykom.

Rozsah prietoku a pomer zníženia

Prietokový rozsah prietokomeru s plynovou turbínou je definovaný ako rozpätie medzi minimálnym prietokom, pri ktorom platí uvedená presnosť (Qmin) a maximálnym kontinuálnym prietokom (Qmax). Pomer týchto dvoch hodnôt je pomer znižovania. Väčšina komerčných prietokomerov s plynovou turbínou dosahuje pomery znižovania 10:1 až 20:1 , pričom niektoré presné modely dosahujú 30:1 alebo vyššie pomocou pokročilého dizajnu rotorových ložísk a Hallovho efektu alebo RF snímacích systémov. Pomer klesania 20:1 znamená, že vodomer dimenzovaný na meranie maximálneho prietoku 200 m³/h bude tiež presne merať prietoky až do 10 m³/h v rámci uvedenej špecifikácie presnosti. Tento široký rozsah je jednou z primárnych konkurenčných výhod turbínového prietokomeru v porovnaní so zariadeniami na meranie rozdielu tlaku, ktoré zvyčajne poskytujú len 3:1 až 5:1 pokles pred stratou prijateľnej presnosti pri nízkych prietokoch.

Presnosť a opakovateľnosť

Presnosť prietokomerov s plynovou turbínou sa zvyčajne udáva ako percento odčítanej hodnoty (percento rýchlosti) a nie ako percento plnej stupnice. Tento rozdiel je dôležitý: vodomer s presnosťou plus alebo mínus 1,0 % zachováva túto chybu v celom rozsahu prietoku, zatiaľ čo vodomer s presnosťou plus alebo mínus 1,0 % plného rozsahu má oveľa väčšiu relatívnu chybu pri nízkych prietokoch. Pre aplikácie prevodu opatrovníctva, OIML R137 a AGA-7 (Správa Americkej plynárenskej asociácie č. 7) špecifikujú, že merače s prenosovou turbínou musia dosahovať presnosť v rozmedzí plus alebo mínus 1,0 % odčítania v celom rozsahu prietoku, pričom najvýkonnejšie merače dosahujú plus alebo mínus 0,5 % alebo lepšie. Opakovateľnosť, ktorá opisuje schopnosť meradla produkovať rovnaký údaj pre rovnaké podmienky prietoku pri opakovaných meraniach, je zvyčajne lepšia ako presnosť, často plus alebo mínus 0,1 až 0,2 % v prípade kvalitných turbínových meračov. Vysoká opakovateľnosť je nevyhnutná pre dokazovanie (overenie výkonu merača v teréne pomocou hlavného meracieho prístroja) a pre aplikácie, kde je primárnou požiadavkou skôr konzistentnosť prietoku než absolútna presnosť.

Hodnoty tlaku a teploty

Teleso a vnútorné časti meradla musia odolať maximálnemu prevádzkovému tlaku a teplote aplikácie bez konštrukčného zlyhania alebo zmeny rozmerov, ktoré by zmenili faktor K. Prietokomery s plynovou turbínou pre zemný plyn sú zvyčajne dostupné v tlakových triedach PN16, PN25, PN40 a trieda 150/300/600 podľa ASME B16.5, pokrývajúci tlaky v potrubí od atmosférického až po viac ako 100 barov v niektorých konfiguráciách. Hodnoty teploty pre štandardné priemyselné modely sa pohybujú od približne mínus 20 až plus 60 stupňov Celzia pre elektroniku a od mínus 40 do plus 120 stupňov Celzia pre mechanické telo vo vysokoteplotných prevádzkových variantoch. Kryogénne prevádzkové meradlá na meranie výparov skvapalneného zemného plynu (LNG) dosahujú až mínus 196 stupňov Celzia pomocou telies z nehrdzavejúcej ocele a špeciálne vybraných materiálov ložísk a rotorov.

Rozsah veľkosti potrubia

Prietokomery s plynovou turbínou sa vyrábajú v štandardných veľkostiach radu od cca 15 mm (0,5 palca) až 600 mm (24 palcov) menovitá diera, s doštičkovými telesami pre menšie veľkosti a prírubovými telesami s plnou dierou pre väčšie menovité priemery. Výber veľkosti merača nie je nevyhnutne rovnaký ako menovitý priemer potrubia: turbínové merače by mali byť dimenzované tak, aby normálny prevádzkový prietok spadal do hornej polovice stanoveného rozsahu prietoku merača, kde je najlepšia linearita, a nie do maximálneho prietoku alebo blízko neho, pri ktorom hrozí prekročenie menovitého nepretržitého výkonu a zrýchlenie opotrebovania ložísk.

Aplikácie, kde prietokomery s plynovou turbínou Excel

Prietokomery s plynovou turbínou sa komerčne vyrábajú od 50. rokov 20. storočia a nazhromaždili dlhý záznam v rôznych odvetviach. Ich kombinácia presnosti, variability a relatívne kompaktných rozmerov inštalácie z nich robí preferovanú voľbu v nasledujúcich kategóriách aplikácií.

Prevod úschovy zemného plynu a fiškálne meranie

Najvýznamnejšou aplikáciou prietokomerov s plynovou turbínou v celosvetovom meradle je preprava zemného plynu do úschovy medzi výrobcami, prepravnými spoločnosťami, distribučnými spoločnosťami a veľkými priemyselnými spotrebiteľmi. Na skladových meracích staniciach sa výstup meradla používa priamo na výpočet peňažnej hodnoty prevedeného plynu, čím je presnosť a nadväznosť na národné meracie normy povinná. AGA-7 je priemyselný štandard upravujúci konštrukciu, výkon a inštaláciu turbínových prietokomerov na prepravu zemného plynu v Severnej Amerike. ISO 9951 pokrýva rovnakú aplikáciu medzinárodne. Tieto normy špecifikujú vysledovateľnosť kalibrácie, rozpočty neistoty, požiadavky na inštaláciu a postupy preukazovania, ktoré tvoria zmluvný základ pre presné účtovanie medzi obchodnými partnermi s plynom.

Typická inštalácia na prenos využíva dva alebo tri turbínové merače paralelne s automatickým prepínaním prúdu a špeciálnym overovacím zariadením na overenie kalibrácie počas prevádzky. Overovač umožňuje kontrolu faktora K oproti certifikovanému objemovému štandardu bez vyradenia meradla z prevádzky, čím sa zabezpečí, že akýkoľvek posun vo výkone meradla bude zistený a opravený skôr, ako bude mať za následok významnú chybu merania, ktorá by si vyžadovala finančné vyrovnanie medzi stranami.

Priemyselné procesné meranie plynu

V chemickej, petrochemickej a farmaceutickej výrobe merajú prietokomery s plynovými turbínami dusík, kyslík, vodík, argón, oxid uhličitý a plyny zo zmiešaných procesov v potrubných systémoch obsluhujúcich reaktory, výmenníky tepla, systémy čistenia a ochranné systémy. Ich schopnosť manipulovať s vysokotlakovými čistými plynmi a ich kompaktné rozmery tela ich robia praktickými tam, kde je priestor obmedzený existujúcim usporiadaním potrubí. V systémoch riadenia horákov pre priemyselné pece a kotly poskytujú turbínové merače prietokový signál používaný na výpočet pomerov vzduchu a paliva, ktoré sú optimalizované pre účinnosť spaľovania a súlad s emisiami.

Systémy stlačeného vzduchu a prístrojového plynu

Stlačený vzduch je jedným z energeticky najnáročnejších zariadení vo výrobe a prietokomery plynových turbín inštalované v rozvodných zberačoch stlačeného vzduchu umožňujú energetickým manažérom kvantifikovať spotrebu podľa výrobnej oblasti, identifikovať úniky a porovnávať zlepšenia energetickej účinnosti. Merač meria skutočný objem pri tlaku a teplote v potrubí a v kombinácii s prevodníkom tlaku a teploty a prietokovým počítačom poskytuje korigovaný objemový prietok v štandardných kubických metroch za hodinu alebo štandardných kubických stopách za minútu, ktorý predstavuje skutočné množstvo spotrebovaného vzduchu bez ohľadu na kolísanie tlaku v systéme počas období špičky.

Meranie palivového plynu pri výrobe energie

Plynové elektrárne používajú turbínové prietokomery na meranie dodávky palivového plynu do každej plynovej turbíny a kotla. Presné meranie paliva sa vyžaduje na výpočet rýchlosti tepla, monitorovanie účinnosti a vykazovanie emisií v súlade s podmienkami environmentálneho povolenia. Meranie prietoku z turbínového merača v kombinácii s analýzou plynu z chromatografu umožňuje výpočet energetického obsahu plynu spotrebovaného za hodinu, čo priamo určuje tepelnú účinnosť zariadenia a náklady na palivo na megawatthodinu výroby. Jednopercentná chyba v meraní palivového plynu v 400 MW zariadení s kombinovaným cyklom, ktoré spotrebuje približne 70 000 m³/h zemného plynu, predstavuje fakturačnú chybu ekvivalentnú stovkám tisíc dolárov ročne. pri typických cenách plynu, čo vysvetľuje investíciu do vysokokvalitných turbínových meračov na prenos v zariadeniach na výrobu energie.

Obmedzenia a aplikácie, kde turbínové merače nie sú najlepšou voľbou

Závislosť prietokomeru s plynovou turbínou od mechanickej rotácie znamená, že má v určitých prevádzkových podmienkach vlastné obmedzenia, ktoré je potrebné poctivo posúdiť pri porovnaní s alternatívnymi technológiami pre konkrétnu aplikáciu.

Špinavé, mokré alebo korozívne plyny

Prietokomery s plynovou turbínou na spoľahlivé fungovanie vyžadujú čistý, suchý plyn. Kontaminácia časticami z potrubného kameňa, stavebných úlomkov alebo procesného prenosu poškodzuje lopatky rotora a povrchy ložísk, čo spôsobuje progresívny posun faktora K a prípadné mechanické zlyhanie. Unášané kvapaliny spôsobujú podobné poškodenie a môžu spôsobiť náhle zmeny K faktora, keď kvapalina prejde meradlom. Komponenty korozívnych plynov vrátane sírovodíka, chlóru a kyslých zlúčenín napádajú materiály ložísk a môžu spôsobiť zadretie rotora, ak nie sú zmáčané materiály špecificky vybrané pre odolnosť proti korózii. Pred špecifikovaním turbínového meradla v akejkoľvek plynárenskej prevádzke sa musí potvrdiť, že zloženie plynu vrátane potenciálnych nečistôt je kompatibilné s materiálom rotora meradla, materiálom hriadeľa a typom ložiska. Plyn, ktorý nemožno zaručiť čistý a suchý na vstupe plynomeru, by sa mal merať technológiou bez pohyblivých častí, ako je ultrazvukový merač alebo vortexový merač.

Pulzujúci tok

Piestové kompresory a objemové čerpadlá vytvárajú tlakové pulzácie v potrubí po prúde, ktoré spôsobujú periodické zrýchľovanie a spomaľovanie prúdu plynu. Rotor turbíny vďaka svojej zotrvačnosti a geometrii uhla lopatiek reaguje na pulzujúce prúdenie nadmernou registráciou: zrýchľuje, keď sa rýchlosť plynu zvyšuje, a spomaľuje pomalšie, keď sa rýchlosť znižuje, čím vzniká systematická kladná chyba merania. V silne pulzujúcich podmienkach môže táto chyba dosiahnuť 5 až 10 % alebo viac , čo je úplne neprijateľné na účely prevodu do úschovy alebo kontroly procesov. Tlmiče pulzácií inštalované pred meračom alebo výber ultrazvukového merača, ktorý nemá pohyblivý rotor náchylný na zotrvačné účinky, sú možnosti nápravy v prostredí s pulzujúcim prúdením.

Veľmi nízke prietoky a nízke Reynoldsove čísla

Pod špecifikáciou Qmin turbínového merača sa trenie ložísk a odporové sily stávajú významnými v porovnaní s hnacou silou z prúdu plynu, čo spôsobuje spomalenie rotora pod rýchlosť úmernú rýchlosti prúdenia. Faktor K sa odchyľuje od svojej kalibrovanej hodnoty a chyba merania sa rýchlo zvyšuje. Aplikácie, kde prietok pravidelne klesá pod 10 % Qmax na dlhší čas, sú nedostatočne obsluhované turbínovými meračmi. Teplotné hmotnostné prietokomery alebo Coriolisove merače sú vhodnejšie na meranie nízkeho prietoku plynu, kde nie je možné trvalo dosiahnuť minimálny prah prietoku turbínového merača.

Inštalačné požiadavky na presné meranie

Prietokomery s plynovou turbínou sú citlivé na rýchlostný profil plynu na ich vstupe. Plne vyvinutý, symetrický rýchlostný profil bez vírenia vstupujúci do meracieho prístroja zaisťuje, že rotor reaguje rovnomerne vo všetkých segmentoch lopatky a že faktor K zodpovedá kalibrovanej hodnote. Narušené profily spôsobené potrubnými armatúrami proti prúdu vytvárajú asymetrický alebo vírivý tok, ktorý posúva efektívny faktor K a zavádza systematickú chybu merania, ktorú nemôže úplne opraviť žiadne množstvo elektronického nastavenia.

Požiadavky na vedenie priameho potrubia

Minimálny požadovaný počet priamych potrubí pred a za prietokomerom plynovej turbíny závisí od typu a závažnosti poruchy proti prúdu. AGA-7 poskytuje špecifické pokyny pre bežné konfigurácie potrubí:

Tam, kde nie je možné dosiahnuť požadovanú dĺžku priameho potrubia z dôvodu priestorových obmedzení potrubia, môže kondicionér prietoku inštalovaný pred meračom výrazne znížiť požadované priame vedenie rozrušením vírenia a prerozdelením deformácií profilu rýchlosti. Prietočné kondicionéry vyhovujúce odporúčaniam ISO 17089 alebo dodatku AGA-7 znižujú požiadavku proti prúdu na približne 10D po kondicionéri vo väčšine konfigurácií potrubia za cenu malého trvalého poklesu tlaku cez prvok kondicionéra.

Orientácia a montážna poloha

Prietokomery s plynovou turbínou môžu byť inštalované v akejkoľvek orientácii potrubia vrátane horizontálneho, vertikálneho nahor a vertikálneho dole, za predpokladu, že meradlo je určené pre orientáciu. Horizontálna inštalácia je najbežnejšia a všeobecne preferovaná, pretože zabraňuje možnosti hromadenia kvapaliny na vstupe do merača, ku ktorému môže dôjsť pri vertikálnom prúdení smerom nadol v plynovodoch, ktoré nesú stopy kondenzátu. Ak sa vyžaduje vertikálna inštalácia, uprednostňuje sa prúdenie nahor pred prúdením nadol, aby sa zabezpečilo, že akákoľvek prítomná kvapalina odtečie z rotora, a nie sa zhromažďuje na špičkách lopatiek. Meradlo musí byť inštalované na mieste dostupnom pre údržbu a kontrolu bez potreby lešenia alebo dočasnej izolácie potrubia, ktorá by prerušila prevádzku.

Korekcia objemu a kompenzácia teploty a tlaku

Prietokomer s plynovou turbínou meria skutočný objem plynu prechádzajúceho meračom pri podmienkach tlaku a teploty v potrubí. Vo väčšine komerčných a priemyselných aplikácií nie je sledovaným množstvom skutočný objem v podmienkach linky, ale štandardný objem alebo hmotnosť korigovaná na referenčné podmienky, zvyčajne 0 stupňov Celzia a 101,325 kPa (štandardné kubické metre) alebo 15 stupňov Celzia a 101,325 kPa v závislosti od príslušnej zmluvy alebo regulačnej normy.

Úloha prietokového počítača

Prietokový počítač prijíma impulzný signál z turbínového merača spolu so signálmi tlaku a teploty z vysielačov inštalovaných na merači alebo v jeho blízkosti a aplikuje stavovú rovnicu skutočného plynu na výpočet korigovaného objemu alebo hmotnostného prietoku v reálnom čase. Faktor stlačiteľnosti plynu Z, ktorý zodpovedá za odchýlku správania sa skutočného plynu od správania ideálneho plynu pri zvýšených tlakoch, sa musí vypočítať z rovnice zloženia plynu, ako je AGA-8 (pre zemný plyn), aby sa dosiahla presnosť požadovaná na fiškálne meranie. Pri tlaku v potrubí 70 barov môže byť faktor stlačiteľnosti zemného plynu približne 0,85, čo znamená, že skutočný objem v podmienkach potrubia je iba 85 % objemu, ktorý by predpovedali výpočty ideálneho plynu. a zanedbanie stlačiteľnosti by zaviedlo 15% systematickú chybu do každého výpočtu dávkovania pri tomto tlaku. Presná implementácia AGA-8 alebo ekvivalentnej stavovej rovnice počítačom prietoku je preto rovnako dôležitá pre celkovú presnosť systému ako kvalita kalibrácie samotného turbínového merača.

Integrácia merania energie

Pre aplikácie zemného plynu, kde je obchodná transakcia založená skôr na energetickom obsahu ako na objeme, rozšíri počítač prietoku svoj výpočet na tok energie vynásobením štandardného objemového prietoku výhrevnosťou plynu. Výhrevnosť je odvodená z analýzy zloženia plynovou chromatografiou buď na samotnej meracej stanici alebo z reprezentatívnej hodnoty dohodnutej medzi stranami. Reťazec merania energie od impulzu turbínového merača cez objemovú korekciu až po výpočet energie je základnou funkciou fiškálneho meracieho systému a počas uvádzania do prevádzky a následných overovacích intervalov sa kontroluje podľa národných meracích noriem.

Údržba a životnosť ložísk

Primárnou požiadavkou údržby prietokomeru s plynovou turbínou je systém ložísk rotora. Rotor sa počas prevádzky nepretržite otáča vysokou rýchlosťou a ložiská, ktoré podopierajú hriadeľ rotora, podliehajú opotrebovaniu, ktoré si prípadne vyžaduje výmenu. Rýchlosť opotrebenia ložísk určuje interval údržby merača a stabilitu faktora K v čase, vďaka čomu je kvalita ložísk jedným z najdôležitejších konštrukčných parametrov vysoko spoľahlivého prietokomera s plynovou turbínou.

Typy ložísk a ich životnosť

V komerčných prietokomeroch s plynovou turbínou sa používajú tri typy ložísk, z ktorých každý má iný výkon a charakteristiky životnosti:

• Puzdrové (žurnálové) ložiská : Hydrodynamické ložiská, v ktorých tenký film plynu alebo maziva podopiera hriadeľ rotora. V prevádzke čistého suchého plynu samotný procesný plyn zabezpečuje mazanie, čím sa eliminuje potreba externého prívodu maziva a zabraňuje sa kontaminácii prúdu plynu. Objímkové ložiská v prevádzke čistého zemného plynu môžu dosiahnuť životnosť päť až desať rokov alebo viac pred požiadavkou na výmenu.
• Guličkové ložiská : Valivé ložiská poskytujú nízke trenie pri štarte a nízke prietoky, čím rozširujú užitočný rozsah merača smerom k nižším rýchlostiam prúdenia, než aké dokážu vydržať objímkové ložiská. Guľôčkové ložiská však vyžadujú mazanie, ktoré musí byť dodávané buď zo samostatného zásobníka maziva v tele merača, alebo z mazacej hmly v procesnom plyne a sú náchylnejšie na poškodenie kontamináciou ako klzné ložiská v aplikáciách so znečisteným plynom.
• Keramické ložiská : Keramické ložiská z karbidu zirkónia alebo karbidu kremíka ponúkajú vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu, chemickú inertnosť a schopnosť pracovať bez mazania v prostredí s korozívnym alebo suchým plynom, kde by konvenčné kovové ložiská trpeli rýchlym opotrebovaním alebo koróziou. Keramické ložiská sú čoraz viac špecifikované pre aplikácie kyslých plynov (obsahujúcich sírovodík) a korozívnych plynov.

Monitorovanie stavu a prediktívna údržba

Konštrukcia moderných prietokomerov s plynovou turbínou zahŕňa konfiguráciu s dvoma rotormi alebo dvoma zberačmi, ktorá poskytuje prostriedky na detekciu degradácie ložísk alebo poškodenia rotora v prevádzke bez toho, aby bolo potrebné meradlo odoberať na kontrolu. V dvojrotorovom merači sú dva rotory umiestnené v sérii v tele merača. Za normálnych podmienok sa obidva rotory otáčajú rýchlosťou určenou prietokom plynu a pomer ich rýchlostí je daný uhlom lopatiek. Keď opotrebovanie ložísk alebo poškodenie rotora začne ovplyvňovať jeden rotor odlišne od druhého, pomer ich rýchlostí otáčania sa zmení, čo poskytuje diagnostický signál, ktorý indikuje vývoj mechanických problémov predtým, ako sa výrazne zníži presnosť merania. Táto schopnosť prediktívnej údržby umožňuje operátorom plánovať výmenu ložísk počas plánovaných odstávok údržby namiesto reagovania na udalosti zlyhania merača. , ktorá v službe prenosu do úschovy môže vyvolať nákladné postupy výmeny meračov a potenciálne spory o fakturáciu.

Kalibrácia, dokazovanie a sledovateľnosť

Presnosť prietokomeru s plynovou turbínou používaného pri prenose alebo fiškálnom meraní je len taká dobrá, aká dobrá je kalibrácia, ktorá stanovila jeho krivku faktora K a program overovania, ktorý overuje faktor K, zostáva stabilný počas celej doby prevádzky. Kalibrácia a overovanie sú odlišné, ale doplnkové činnosti, ktoré spolu poskytujú metrologickú sledovateľnosť potrebnú pre právne vymožiteľné obchodné transakcie.

Výrobná kalibrácia

Továrenská kalibrácia sa vykonáva na prietokovom kalibračnom zariadení s použitím referenčného média, typicky vzduchu alebo zemného plynu, s vysledovateľným hlavným meradlom alebo objemovým štandardom ako referenčným. Kalibrácia stanoví faktor K pri viacerých prietokoch v celom rozsahu meracieho prístroja, čím sa vytvorí kalibračná tabuľka alebo polynomická korekčná krivka, ktorá je uložená v elektronickom vysielači meradla alebo v pridruženom počítači prietoku. Kalibračné certifikáty musia uvádzať použitý referenčný etalón, jeho nadväznosť na národné alebo medzinárodné meracie etalóny, neistotu referenčného etalónu a rozšírenú neistotu kalibrovaného K faktora meradla pri každom testovanom prietoku. V prípade vodomerov určených na prepravu do úschovy sa musí kalibrácia vykonať na plyne pri podmienkach reprezentatívnych pre prevádzkový tlak, aby sa predišlo účinkom hustoty na faktor K, ktoré nie sú zachytené kalibráciou vzduchu pri atmosférickom tlaku.

Preukazovanie v prevádzke

Overenie meradla overuje K faktor meradla inštalovaného v prevádzke oproti kalibrovanému skúšobnému zariadeniu alebo hlavnému meraču známej kalibrácie bez toho, aby sa meradlo vybralo z potrubia. Potrubné overovače, maloobjemové overovače a overovače s hlavnými vodomermi sú tri hlavné metódy overovania používané pre prietokomery s plynovou turbínou v prepravnej službe. Frekvencia dokazovania požadovaná podľa platných nariadení a obchodných dohôd sa líši, ale zvyčajne sa pohybuje od mesačne až ročne v závislosti od veľkosti meranej transakcie a histórie stability meradla. Výsledky preukazovania sa porovnávajú so stanoveným faktorom K a ak odchýlka presiahne dohodnutú toleranciu (zvyčajne plus alebo mínus 0,25 až 0,5 % v závislosti od zmluvy), koeficient meradla sa upraví a nezrovnalosť môže viesť k oprave vyúčtovania za obdobie merania od posledného platného preukazovania.

Kontrolný zoznam pre výber prietokomeru plynovej turbíny

Výber prietokomeru s plynovou turbínou pre konkrétnu aplikáciu vyžaduje systematické hodnotenie podmienok procesu, požiadaviek na výkon a inštalačných obmedzení. Nasledujúci kontrolný zoznam obsahuje kritické parametre, ktoré musia byť definované pred dokončením špecifikácie:

1. Definujte zloženie plynu a potvrďte čistotu : Identifikujte všetky zložky vrátane stopových kontaminantov, potenciálu kondenzátu a korozívnych druhov. Uistite sa, že plyn môže byť zaručený čistý a suchý na vstupe plynomera počas všetkých prevádzkových podmienok.
2. Stanovte rozsah prietoku vrátane minimálnych, normálnych a maximálnych rýchlostí : Potvrďte, že požadovaný rozsah prietoku je v rámci dosiahnuteľného zníženia veľkosti jedného merača, alebo naplánujte viacero meračov paralelne s automatickým prepínaním prúdu, ak požadovaný rozsah presahuje to, čo môže pokryť jeden merač.
3. Špecifikujte požiadavky na presnosť a rozsah : Zistite, či aplikácia vyžaduje presnosť plus alebo mínus 0,5 % fiškálneho stupňa alebo či je prijateľná špecifikácia procesného stupňa plus alebo mínus 1,0 % alebo plus alebo mínus 2,0 %, pretože to priamo ovplyvňuje cenu merača.
4. Potvrďte maximálny prevádzkový tlak a teplotu : Overte, či menovité hodnoty tlaku a teploty meracieho prístroja presahujú maximálne podmienky narušenia, nielen normálne prevádzkové podmienky.
5. Posúďte dostupné priame potrubia : Prezrite si miesto inštalácie, aby ste sa uistili, že je možné dosiahnuť požadované priame trasy pred a po prúde, alebo naplánujte inštaláciu kondicionéra prietoku, ak nie.
6. Určite výstupný signál a požiadavky na integráciu : Potvrďte, či sa výstup impulzov pripojí priamo k počítaču prietoku, vstupnej karte DCS alebo systému SCADA a špecifikujte požadovaný formát výstupu (frekvencia, HART, Modbus alebo počet impulzov).
7. Zadajte metódu a interval dokazovania : V prípade prenosových meradiel na úschovu musí byť spôsob preukazovania dohodnutý s obchodnými stranami pred špecifikáciou meradla a overovača, pretože niektoré spôsoby preukazovania kladú špecifické požiadavky na konštrukciu telesa meradla.

Prietokomer s plynovou turbínou zostáva jednou z najpresnejších, najspoľahlivejších a nákladovo najefektívnejších technológií pre vysokorýchlostné meranie čistého plynu v celom rozsahu od malých priemyselných zariadení až po veľkopriemerové prenosové meracie stanice zemného plynu. Jeho mechanická jednoduchosť, dobre pochopené zdroje chýb, široký rozsah a vyspelá kalibračná a overovacia infraštruktúra si udržali svoju úlohu dominantnej technológie vo fiškálnom meraní zemného plynu už viac ako šesť desaťročí a nič na súčasnom trhu neponúka dostatočne presvedčivú kombináciu konkurenčných výhod, ktoré by ju v dohľadnej budúcnosti vytlačili z tejto pozície pre aplikácie, kde skutočne vyniká.