Измерване на поток с плоча с отвор: Диференциално налягане извежда скоростта на потока от спад на налягането, създаден когато течността преминава през механично изработено ограничение в тръбопровода. То остава един от най-широко използваните принципи за измерване на поток в индустриалните процеси, тъй като е прост, няма движещи се части и се основава на десетилетия стандартизирани данни за оразмеряване.
Плоча с отвор е тънък метален диск с прецизно обработен отвор, закрепен между две тръбни фланци или поставен в носещо приспособление. Когато течността се ускорява през отвора, скоростта ѝ нараства, а статичното налягане спада, в съответствие с принципа на Бернули. Надолу по потока, сечението се стеснява допълнително до vena contracta, преди да се разшири отново към стената на тръбата. Разликата в налягането между отвод нагоре по потока и отвод надолу по потока се измерва с предавател на диференциално налягане (DP) и се преобразува в дебит чрез зависимост от квадратния корен, коригирана с коефициент на изпускане.
Бета-отношението (β) е отношението между диаметъра на отвора в плочата и вътрешния диаметър на тръбата — най-важният параметър при оразмеряване. Малко β дава голяма, лесно измерима разлика в налягането, но също така и голяма постоянна загуба и по-голямо износване на ръба. Голямо β дава по-малък сигнал, но по-ниска постоянна загуба. Типичните конструкции са в диапазона приблизително 0,2 до 0,75, като 0,4 до 0,65 са често срещани за общи процесни приложения.
Дебитът е пропорционален на квадратния корен от диференциалното налягане, така че удвояване на дебита изисква приблизително четири пъти по-голямо диференциално налягане, и обхватът на предавателя за DP трябва да се избере съобразно очаквания диапазон на потока. В долния край диференциалното налягане става малко в сравнение с шума на предавателя и дрейфа на нулата, затова една единична плоча обикновено поддържа използваем диапазон на измерване (rangeability) само около 3:1 до 5:1 без преобхватяване или подмяна — реално ограничение в сравнение с типове уреди, които запазват точността в по-широк обхват, компромис, разгледан в този преглед на видове промишлени измервателни уреди за поток.
Концентрична плоча има отвора центриран по оста на тръбата — стандартна за чисти, еднофазни течности, газове и пара. Ексцентрична плоча има отвора изместен към горната или долната част на тръбата, за да избегне задържаната течност (горе, влажен газ) или утайки (долу, суспензии). Сегментна плоча използва отвор под формата на кръгов сегмент, изрязан в равнина със стената на тръбата, за потоци, носещи твърди частици, когато ексцентричен отвор не е достатъчен.
Местоположението на отводите променя измерената разлика в налягането и трябва да съвпада с уравнението за коефициента на изпускане, използвано при оразмеряване:
| Тип отвод | Нагоре по потока | Надолу по потока | Типична употреба |
|---|---|---|---|
| Фланцови отводи | 25,4 мм (1 in) от плочата | 25,4 мм (1 in) от плочата | Северноамериканска практика, фиксирани размери на тръбите |
| Ъглови отводи | Непосредствено до плочата | Непосредствено до плочата | Европейска практика, малки диаметри |
| D и D/2 отводи | 1 диаметър на тръбата (D) нагоре по потока | 0,5 диаметъра (D/2) надолу по потока | Близо до vena contracta; чувствителни към инсталацията |
За разлика от вентури или измервателни дюзи, плочата с отвор причинява сравнително висока постоянна, невъзстановима загуба на налягане, тъй като рязко оформеното стесняване генерира турбуленции и вихри надолу по потока, които разсейват енергията, вместо тя да се възстанови като налягане. Загубата е най-голяма при ниски β-отношения и най-малка при високи, обикновено 40–90 процента от измерената разлика в зависимост от β. Това се отразява директно на разходите за помпиране или компресиране в енергийно чувствителни услуги, което е ключова причина инженерите понякога да предпочитат вентури, въпреки по-високата им цена за инсталация.
Оразмеряването на плочи с отвор, геометрията на инсталацията и изчисляването на коефициента на изпускане са регулирани международно от ISO 5167 (част 1 обхваща общи принципи, част 2 обхваща плочи с отвор), като в Северна Америка за измерване на природен газ при прехвърляне на собственост се използва API MPMS глава 14.3 (исторически AGA Report No. 3). Тези стандарти задават толеранси за дебелина на плочата и острота на ръба, минимални дължини на прав участък, допустима кръглост на тръбата и корелацията за коефициента на изпускане — уравнението на Рийдър–Харис/Галахър. Отклоненията от тези толеранси въвеждат грешка, която не може да се коригира по-късно, затова дюзовите участъци с плоча обикновено се изработват предварително като специален тръбен елемент (spool piece).
Тъй като точността зависи от остротата на входния ръб на отвора, плочите с отвор са уязвими към дрейф поради ерозия, корозия и натрупване на котлен камък или восък. Рутинната проверка обикновено означава изваждане на плочата по време на планирано спиране, за да се провери състоянието на ръба и да се потвърди, че диаметърът на отвора не се е увеличил. Състоянието на уплътненията, ориентацията на плочата и целостта на импулсните линии също трябва да се проверяват периодично, тъй като течаща линия тихомълком изкривява показанията. Проследяването на тези интервали за инспекция и калибриране е работен процес, който Fabrico поддържа, заедно със свързани устройства като коефициент на поток (Cv) на регулиращия клапан.
Плочите с отвор конкурират с вентури, измервателни дюзи, вихрови уреди, ултразвукови и Кориолисови измервателни уреди. Техните предимства са ниска капиталова цена, липса на движещи се части и голяма база от данни за оразмеряване. Недостатъците им са ограничен диапазон на измерване, висока постоянна загуба на налягане и точност, която се влошава с износване на ръба. Вихровите и ултразвуковите уреди предлагат по-широк диапазон на измерване с малка или никаква постоянна загуба, но на по-висока цена на уреда — компромис, подобен на описания при радарно измерване на ниво. За да оцените дали плоча с отвор или алтернативен уред е подходящ за дадена услуга, запазете демонстрация на Fabrico.
Бета-отношението е диаметърът на отвора в плочата, разделен на вътрешния диаметър на тръбата. То определя компромиса между силата на DP сигнала и постоянната загуба на налягане и е задължителен входен параметър за уравнението на ISO 5167 за коефициента на изпускане.
Това произтича от уравненията за енергия и непрекъснатост през стеснението. Тъй като дебитът е пропорционален на квадратния корен от DP, използваемият обхват е по-стеснен в сравнение с линейните уреди, защото сигналът намалява бързо при нисък дебит.
Интервалите за инспекция зависят от тежестта на обслужването, но плочите при ерозивни, корозивни или със склонност към натрупване са обикновено проверявани при планирани спирания за острота на ръба и растеж на диаметъра, тъй като и двете влияят на точността на коефициента на изпускане.
Вход
Блог
