Mesurament del flux de gas de flare: tecnologies, selecció, precisió i verificació

Aquest rang d'operació és la raó principal per la qual s'ha de seleccionar un mesurador de cabal de gas de flama a partir de les dades del procés en lloc d'una tecnologia de mesura preferida. Un instrument que funciona bé a flux normal pot perdre una resolució útil a l'extrem baix, superar el seu rang validat durant una alteració o tornar-se sensible als canvis en les propietats del gas.

Aquesta guia compara la mesura d'ultrasons, de massa tèrmica i de pressió diferencial-, i després explica les condicions del procés, les fonts d'incertesa, les comprovacions de la instal·lació i els passos de verificació que importen abans d'especificar un mesurador.

Què ha d'aconseguir el mesurament del flux de gas de flare?

Un sistema de bengala proporciona un camí controlat per als gasos alliberats durant la ventilació normal, l'arrencada, l'aturada, el manteniment, les pertorbacions del procés i els esdeveniments d'alleujament. La mesura del gas que entra en aquest sistema pot donar suport a la supervisió del procés, la identificació de pèrdues, l'avaluació del rendiment de la flamada, els càlculs d'emissions i els informes reglamentaris.

L'objectiu de mesura s'ha de definir abans de seleccionar el mesurador. Una planta que només necessita una indicació operativa de ventilació anormal no té necessàriament els mateixos requisits que una refineria que utilitza el flux de torçada en un càlcul regulat.

Per exemple, els requisits actuals dels EUA a40 CFR 63.670incloure requisits de control del flux de gas-contínu de ventilació de flamada per a les aplicacions afectades i requereixen que determinats sistemes de flux tinguin en compte la temperatura i la pressió quan s'informen el flux en condicions estàndard. Les regulacions varien segons la instal·lació i la jurisdicció, de manera que el permís i el marc normatiu aplicables s'han de comprovar per separat de la selecció del comptador.

Per què el gas de flare és difícil de mesurar

Una sola capçalera pot veure condicions de flux molt diferents

El rang de mesura útil ha de cobrir més del punt de funcionament normal. Una bengala pot passar llargs períodes prop del flux mínim i després experimentar un augment ràpid durant un esdeveniment d'alleujament. SICK descriu el mesurament de la bengala com una aplicació especialment exigent perquè tant la velocitat com la composició del gas poden canviar ràpidament, amb cabals normals molt baixos i fluxos d'aturada molt més alts possibles a la mateixa instal·lació.

A efectes d'especificacions, recull el cabal mínim, normal i màxim. Quan sigui possible, calculeu també les velocitats de gas corresponents. Un cabal que soni gran encara pot produir una velocitat modesta en una capçalera gran, mentre que una línia més petita pot arribar ràpidament al límit de velocitat superior d'un metre.

La composició del gas pot no romandre constant

Una capçalera de flare comú pot rebre fluxos de diverses unitats. El gas ric-hidrogen, els hidrocarburs, el diòxid de carboni, el nitrogen, el vapor o altres components poden entrar en diferents proporcions a mesura que canvien les condicions de funcionament.

La composició és important perquè cada principi de mesura respon a les propietats del gas de manera diferent. Pot afectar els càlculs de densitat, les propietats tèrmiques, el pes molecular, la velocitat acústica i la conversió entre la massa i el flux volumètric estàndard.

La baixa pressió pot crear una restricció de mesura

El gas de flama-a baixa pressió mereix una atenció específica quan s'està avaluant la tecnologia d'ultrasons. En un sistema de pinça-, el senyal acústic ha de passar per la paret de la canonada i cap al gas. La gran diferència d'-impedància acústica entre l'acer i el gas de baixa-densitat pot dificultar la transmissió del senyal. Siemens discuteix aquesta limitació específicament pergas de flama de baixa-pressió en canonada d'acer.

Això no vol dir que el mesurament d'ultrasons no sigui adequat per al servei de-baixa pressió. Significa que la construcció del comptador, la disposició del sensor, el material de la canonada, la pressió i el marge del senyal s'han d'avaluar conjuntament. Un genèricmesurador de cabal ultrasònicMai s'ha de suposar que l'especificació representa cada configuració de flare.

El gas humit i els dipòsits poden afectar els sensors

El gas de flama no sempre està sec. El condensat, les gotes, els sòlids o els dipòsits poden arribar al lloc de mesura. El seu efecte depèn de l'instrument: els dipòsits poden alterar la transferència de calor d'un sensor tèrmic, els ports de pressió es poden obstruir i la contaminació o el líquid poden afectar la qualitat del senyal ultrasònic.

Per tant, la revisió del procés hauria d'incloure el rendiment-del tambor, la condensació esperada, el traspàs de líquid i qualsevol historial de dipòsits a la ubicació proposada del comptador.

Tres principals tecnologies de mesura de flux de gas de flare

Mesura de cabal ultrasònic

Els mesuradors d'ultrasons de temps de trànsit-determinen la velocitat del gas a partir de la diferència entre els temps de trànsit d'ultrasons amb i en contra de la direcció del flux. Per obtenir una explicació més detallada de la física de mesura, vegeu aixòGuia del principi de funcionament del mesurador de cabal ultrasònic.

La tecnologia ultrasònica es considera àmpliament per als capçals de flare perquè es pot mesurar sense crear una pèrdua de pressió permanent important i es pot dissenyar per a un ampli rang de funcionament. Els instruments de flare-construïts per aquest objectiu també poden proporcionar velocitat-de-diagnòstic de so i senyal que ajuden a distingir un canvi de procés d'un problema d'instrument.

La limitació important és que "ultrasò" descriu un principi de mesura, no un embolcall de funcionament garantit. El disseny del sensor, el nombre de camins acústics, la pressió del gas, la geometria de la canonada, el soroll, la composició i la velocitat màxima afecten el rendiment. La documentació específica de flare-de SICK, per exemple, tracta els canvis ràpids de velocitat i composició com a condicions de disseny en lloc d'assumir que un sistema d'ultrasons estàndard els gestionarà automàticament.

Mesura del cabal tèrmic de la massa

A mesurador de cabal massiu tèrmicdetermina el flux de massa de gas a partir de la resposta de transferència de calor-al voltant d'un sensor escalfat. Hi ha una introducció útil disponible en aquesta explicació decom funciona la mesura de-dispersió tèrmica.

La mesura tèrmica pot ser atractiva quan la baixa-sensibilitat al flux i la sortida directa del flux-de massa són útils. També evita la necessitat de derivar el flux de massa únicament a partir d'una lectura volumètrica més un càlcul de densitat independent.

La principal qüestió d'enginyeria per al servei de bengala és la composició del gas. Els diferents gasos transfereixen la calor de manera diferent, de manera que un mesurador calibrat o configurat per a una mescla pot respondre de manera diferent quan aquesta mescla canvia substancialment. És per això que els proveïdors de mesuradors-tèrmics demanen dades de composició i per què alguns sistemes moderns inclouen maneres d'actualitzar les propietats de la mescla-de gasos. El problema subjacent s'explica més en aquest articleMesura de massa tèrmica de mescles de gasos.

Per tant, la tecnologia tèrmica no s'ha de rebutjar simplement perquè la composició de la bengala pot variar. En lloc d'això, determineu quant varia, amb quina freqüència canvia i si el comptador proposat té un mètode documentat per gestionar aquesta variació.

Pressió diferencial i sistemes basats en Pitot{0}}

La mesura de pressió-diferencial deriva el flux de la diferència de pressió produïda pel gas en moviment a través o al voltant d'un element o sonda primari. El propi transmissor pot ser convencionalinstrument de pressió o pressió diferencial-, mentre que el sistema complet inclou el dispositiu principal, les connexions de pressió, les entrades de la propietat de gas{0}}i el càlcul de cabal.

La tecnologia DP és familiar i pot ser pràctica en aplicacions adequades, però el flux de flare molt baix és un repte perquè la pressió diferencial disponible cau a mesura que disminueix la velocitat. A l'extrem oposat, la sonda i el rang del transmissor han d'acomodar la condició màxima creïble. Per a una discussió més profunda del terme de mesura en si, vegeu aquesta visió general deprecisió del mesurador-diferencial de gas-a pressió.

Els sistemes DP també requereixen atenció a les línies d'impuls, els ports de pressió, el condensat, els endolls i la compensació de densitat. Per tant, una xifra de precisió simple d'un transmissor no és el mateix que la incertesa de mesura-de flux total.

Com es comparen les tecnologies

Aquesta taula és una eina de selecció. La selecció final hauria d'utilitzar l'embolcall de funcionament validat del fabricant per a les condicions reals de gas, pressió, temperatura, canonada i velocitat.

Volum real, volum estàndard o cabal massiu?

Un error d'especificació és demanar "flux" sense definir-ne la base.

Flux volumètric realdescriu el volum que passa per la canonada a pressió i temperatura de funcionament.Flux volumètric estàndardexpressa aquest volum de gas en condicions de referència definides.Flux de massarepresenta la massa que passa pel sistema per unitat de temps.

Aquests valors estan relacionats, però no són intercanviables. El volum de gas canvia amb la pressió i la temperatura, per això un mesurador pot informar d'una velocitat real correcta mentre que un càlcul de flux-estàndard és incorrecte perquè la pressió, la temperatura, el pes molecular o les condicions de referència s'han configurat incorrectament.

Aquesta distinció es tracta amb més detall a la guia del lloccabal massiu versus cabal volum. Quan les dades de pressió formen part de la conversió, assegureu-vos també que l'equip d'enginyeria estigui d'acord en la pressió absoluta versus la pressió manomètrica; la diferència entrePSI, PSIA i PSIGno és un detall de format.

Per a les aplicacions de refineries dels Estats Units afectades, 40 CFR 63.670 especifica les condicions estàndard per a determinats càlculs de flux volumètric monitoritzats i permet que el flux de massa es converteixi mitjançant el pes molecular determinat a partir de la composició. Aquest exemple normatiu il·lustra per què s'ha de liquidar la base d'informe sol·licitada abans de configurar la instrumentació.

La precisió no és el mateix que la incertesa total de la mesura

Un full de dades del mesurador pot indicar un valor de precisió, però la incertesa del flux-de flare està influenciada pel sistema de mesura complet.

Els col·laboradors potencials inclouen:

• calibratge i repetibilitat del mesurador;
• operació prop de l'extrem baix o alt del rang validat;
• error de diàmetre-interior de la canonada;
• perfils de velocitat distorsionats o remolins;
• incertesa de la-composició del gas;
• mesura de pressió i temperatura;
• conversió de flux-estàndard;
• contaminació del sensor o degradació del senyal;
• paràmetres d'instal·lació introduïts incorrectament al transmissor.

Per als sistemes d'ultrasons, la distinció entre la precisió de l'instrument i la precisió de l'aplicació és especialment important. Un número de rendiment del laboratori no pot explicar per si mateix un camí acústic inadequat, dades de canonades incorrectes o un flux alterat. La discussió del lloc deprecisió del mesurador de cabal ultrasònicproporciona antecedents útils, però l'aplicació de flare encara s'ha de revisar amb la documentació específica del mesurador.

Si el mesurament admet informes o un requisit contractual, definiu la incertesa requerida i el mètode de verificació abans de comprar. En cas contrari, el projecte pot descobrir després de la instal·lació que l'instrument seleccionat és tècnicament funcional però no compleix l'objectiu de mesura.

Com seleccionar un mesurador de cabal de gas de flare

1. Establir la totalitat de la dotació operativa

Registra el cabal, la pressió i la temperatura mínims, normals i màxims. Inclou l'inici, l'aturada, la purga, l'alleujament i altres condicions anormals creïbles en lloc de confiar en un únic punt de disseny.

2. Descriure la composició i la variabilitat dels gasos

Proporcioneu composicions representatives per als casos operatius importants. Si diverses unitats de procés alimenten una capçalera, una única anàlisi de "gas típic" pot amagar la condició que és més difícil per al mesurador.

3. Confirmeu la base de flux requerida

Indiqueu si la sortida requerida és el volum real, el volum estàndard, el cabal de massa, la velocitat o més d'un d'aquests. Definiu explícitament les condicions estàndard de referència.

4. Documenteu la canonada i la ubicació proposada del comptador

Anoteu el diàmetre exterior de la canonada, el gruix de la paret o la programació, el material, el revestiment si n'hi ha, l'orientació i l'accés disponible. Identifiqueu colzes propers, tees, vàlvules, reductors, capçals i altres pertorbacions. La relació entrecabal i pressiótambé pot ser un rerefons útil a l'hora de revisar les condicions del procés, tot i que el càlcul complet de la bengala pot requerir informació addicional sobre la propietat-del gas.

5. Identifiqueu les limitacions d'instal·lació d'hora

Es pot tancar la línia? Es pot tallar? Està permès el toc en calent? És acceptable la instal·lació d'inserció? La ubicació requereix l'aprovació d'-zones perilloses? Aquestes preguntes poden eliminar tecnologies d'una altra manera atractives abans que es faci un treball d'enginyeria innecessari. Per als instruments tèrmics, aquesta discussió decomptadors de massa tèrmica en zones perillosesproporciona un context addicional, però l'aprovació real s'ha de comprovar al certificat del producte seleccionat.

6. Demaneu al proveïdor proves específiques-de l'aplicació

No us atureu a "aquesta tecnologia pot mesurar el gas de flama". Pregunteu si la configuració proposada s'ha avaluat per a la vostra pressió mínima, velocitat màxima, matriu de gas, mida de la canonada, risc de contaminació i incertesa requerida.

Per a un servei d'ultrasons difícil, sol·liciteu el marge de senyal esperat o l'avaluació de l'aplicació del fabricant. Per a la mesura tèrmica, pregunteu com es gestionen els canvis de composició. Per als sistemes DP, verifiqueu la pressió diferencial disponible al cabal mínim i el rang al cabal màxim.

Instal·lació i verificació: què s'ha de comprovar?

Les proves de flux de gas de flare s'han de tractar per separat de la mesura de flux continu. Les proves i verificacions estableixen si el sistema instal·lat està configurat i es comporta com s'ha previst.

Una comprovació pràctica de posada en marxa hauria d'incloure:

• les dimensions reals de la canonada coincideixen amb la configuració del transmissor;
• la posició i l'orientació del sensor coincideixen amb el dibuix d'instal·lació;
• la direcció del flux és correcta;
• es documenten les unitats d'enginyeria i les condicions estàndard de referència;
• les entrades de pressió i temperatura són raonables i utilitzen la base absoluta o mesurada correcta;
• la composició del gas o la configuració del pes-molecular coincideix amb el cas operatiu previst;
• les sortides analògiques, de polsos i digitals estan correctament escalades;
• els diagnòstics del comptador es registren com a referència;
• El comportament de flux-de baix zero o esperat es comprova quan les condicions del procés ho permeten;
• el rang configurat del mesurador cobreix l'envolupant de funcionament especificat.

La documentació de calibratge també s'ha de revisar en lloc de tractar-se com un certificat per arxivar. Aquesta visió general decalibratge del cabalímetreproporciona antecedents útils sobre el concepte de calibratge.

Per a la mesura de la flama ultrasònica, registreu els valors de diagnòstic a la posada en marxa. Un canvi futur en la qualitat del senyal o la velocitat del so es pot comparar amb una línia de base coneguda. Un nombre de flux plausible per si sol no és suficient per demostrar que la mesura continua sent sana.

Problemes comuns i què cal comprovar primer

El senyal ultrasònic es torna feble

Comproveu si la pressió, la composició, la temperatura o les condicions de la canonada han canviat abans d'ajustar els paràmetres del transmissor. La baixa densitat de gas, el soroll acústic, els dipòsits, l'alineació del sensor i el funcionament més enllà del rang de velocitat previst poden afectar la qualitat del senyal.

La lectura es torna inestable

Compareu la tendència del flux amb les dades del procés. El flux de bengala real pot ser inestable. Si el procés és constant, investigueu la composició del gas, el transport de líquids, les pertorbacions del perfil de flux-, les entrades de pressió i temperatura i el diagnòstic del comptador.

El flux estàndard sembla incorrecte, però la velocitat sembla raonable

Comproveu la temperatura i la pressió de referència, l'entrada de pressió absoluta, el pes molecular, la configuració del gas i les unitats d'enginyeria. Aquest patró sovint apunta a la capa de conversió en lloc de la mesura de velocitat en si.

Un comptador tèrmic canvia després de canviar la font de gas

Reviseu la nova composició amb el gas utilitzat per al calibratge o configuració. La mesura de la massa tèrmica està inherentment lligada a les propietats de transferència de calor-del gas. El material tècnic de Sierra acomptadors d'inserció tèrmica i composició del gasexplica per què les mescles de gas normalment formen part de la configuració del comptador.

Un exemple pràctic de selecció

Penseu en un hipotètic capçal de bengala de gran refineria que normalment porta un petit flux de purga, però pot rebre gasos de diverses unitats durant una parada. La pressió és baixa, la composició canvia substancialment i la velocitat màxima està molt per sobre de la condició de funcionament normal.

Seria prematur seleccionar un metre només del cabal normal. La seqüència d'enginyeria ha de ser:

• calcular la velocitat en condicions mínimes, normals i màximes;
• identificar el cas de pressió més baixa-;
• definir el rang esperat de composicions de gas;
• comprovar si el trasllat de líquid és creïble;
• revisar la geometria de la canonada i el recorregut recte disponible;
• cridar la tecnologia de cada mesurador contra aquestes condicions;
• sol·liciteu proves de rendiment específiques de l'aplicació-per a les opcions restants.

La mesura d'ultrasons pot aparèixer com un candidat fort a causa de l'ampli rang i el requisit de pèrdua de-pressió baixa, però una -pinça de pressió- baixa a la configuració pot fallar la revisió acústica. Un disseny d'ultrasons en línia o d'inserció dissenyat específicament-podria seguir sent viable. Un comptador tèrmic pot ser atractiu a baix cabal, però necessitaria un mètode defensable per gestionar els canvis de composició. Una solució DP necessitaria una pressió diferencial suficient a l'extrem baix sense superar el seu rang durant el cas de flux-alt.

El valor de l'exemple no és que una tecnologia "guanya". Mostra per què la selecció de-indicador de bengala és un problema de condició del procés-primer i un problema de-categoria d'instruments en segon lloc.

Informació a preparar abans de sol·licitar un pressupost

• objectiu de mesura i requisit d'informació aplicable;
• cabal o velocitat mínim, normal i màxim;
• pressió mínima, normal i màxima;
• temperatura mínima, normal i màxima;
• composició del gas per als casos operatius rellevants;
• líquids, sòlids o dipòsits esperats;
• tub OD, ID o programació, i material;
• dibuix de canonades i recorregut recte disponible;
• classificació d'-zones perilloses;
• base de cabal requerida i condicions de referència;
• les sortides necessàries i el protocol de comunicació;
• restriccions d'instal·lació i parada;
• requisits de precisió, incertesa, calibratge i verificació.

Proporcionar aquesta informació permet a un proveïdor avaluar una aplicació real en lloc de recomanar només un metre de la mida de la canonada i el cabal normal. Si teniu aquestes dades a punt, també es poden enviar a través delformulari de consulta de sol·licitudper a la revisió tècnica.

Preguntes freqüents

Quin és el millor mesurador de cabal per a gas de flama?

No hi ha la millor tecnologia universal. Els mesuradors d'ultrasons-construïts per propòsit solen ser candidats forts per a capçaleres de flare principals amb grans variacions de flux, mentre que els sistemes de massa tèrmica i DP poden ser efectius en condicions adequades. La decisió s'ha de basar en el rang de funcionament, la composició, la pressió, la instal·lació, el risc de contaminació i la incertesa requerida.

Un mesurador de cabal ultrasònic pot mesurar el gas de flama-a baixa pressió?

Sí, en configuracions adequades, però el gas a baixa-pressió pot dificultar la mesura acústica. La pinça-a la mesura a través d'un tub d'acer requereix un escrutini especial perquè només una part de l'energia ultrasònica pot entrar al gas de baixa-densitat. Utilitzeu l'avaluació de l'aplicació del fabricant en lloc d'una hipòtesi de pressió genèrica.

El canvi de composició del gas afecta el mesurament del flux de la flamera?

Sí. L'efecte depèn del principi de mesura. La composició pot canviar la densitat, el pes molecular, les propietats tèrmiques i la velocitat del so. La mesura de la massa tèrmica és especialment sensible a les propietats de transferència de calor del gas-utilitzades en el calibratge o la configuració.

Per què són necessàries la pressió i la temperatura per mesurar el flux de flare?

Són necessaris quan el cabal volumètric real s'ha de convertir a condicions estàndard definides i també poden afectar la densitat i el rendiment del mesurador. Les entrades necessàries depenen del principi de mesura i de la base d'informació.

Amb quina freqüència s'ha de calibrar un mesurador de cabal de gas de flama?

No hi ha cap interval universal que s'apliqui a cada mesurador de bengala. La freqüència de calibratge i verificació ha de seguir la normativa aplicable, l'especificació del projecte, les instruccions del fabricant, la criticitat de la mesura i l'evidència del diagnòstic de l'instrument o del rendiment històric.

La precisió del mesurador és la mateixa que la incertesa de mesura?

No. La precisió del mesurador només descriu una part del sistema de mesura. Les dimensions de la canonada, els efectes de la instal·lació, les propietats del gas, els instruments de pressió i temperatura, els càlculs de conversió, el calibratge i el rang de funcionament poden contribuir a la incertesa del cabal final reportat.

Conclusió

El mesurament fiable del cabal de gas de flama comença amb l'envolupant operatiu, no amb un catàleg de comptadors. L'equip d'enginyeria ha d'entendre fins a quin punt pot variar el cabal, com canvia la composició, quines condicions de pressió i temperatura es produeixen, què permet la geometria de la canonada i què ha de representar el valor final reportat.

Les tecnologies d'ultrasons, de massa tèrmica i de pressió-diferencial tenen aplicacions legítimes. La pregunta útil no és quin principi és universalment millor, sinó quin mesurador proposat pot demostrar un rendiment adequat a les condicions mínimes i màximes reals del sistema de bengala.

Definiu la base del flux, reviseu la incertesa total de la mesura, comproveu les limitacions d'instal·lació i estableixi una línia de base de verificació abans que l'instrument passi a formar part dels informes rutinaris de la planta. Aquests passos fan més per a la fiabilitat de la mesura que seleccionar una tecnologia a partir d'un sol número de precisió o d'una condició de flux-normal.