Pomiary przepływu za pomocą płyty z otworem: przepływ różnicowy wyznaczają przepływ cieczy na podstawie spadku ciśnienia powstającego, gdy płyn przechodzi przez wykonane z dużą dokładnością zwężenie w rurociągu. Pozostaje to jedną z najczęściej stosowanych zasad pomiaru przepływu w przemyśle procesowym, ponieważ jest proste, nie ma ruchomych części i opiera się na dziesięcioleciach zunifikowanych danych do wymiarowania.
Płyta z otworem to cienka metalowa tarcza z precyzyjnie wykonanym otworem, zaciskana między dwoma kołnierzami rury lub osadzona w oprawie. Gdy płyn przyspiesza przechodząc przez otwór, jego prędkość wzrasta, a ciśnienie statyczne spada, zgodnie z zasadą Bernoulliego. W dółprądzie strumień dodatkowo się kurczy do tzw. vena contracta, zanim ponownie rozszerzy się w kierunku ścianki rury.
Różnica ciśnień między otworem poboru przed płytą a otworem poboru za płytą jest mierzona przetwornikiem różnicy ciśnień (DP) i przeliczana na przepływ według zależności pierwiastkowej, korygowanej współczynnikiem wypływu.
Współczynnik beta (β) to stosunek średnicy otworu do wewnętrznej średnicy rury, będący najważniejszym parametrem wymiarowania. Małe β daje dużą, łatwo mierzalną różnicę ciśnień, ale także dużą trwałą stratę i większe zużycie krawędzi. Duże β daje mniejszy sygnał, ale niższą stratę trwałą. Typowe projekty mieszczą się mniej więcej w przedziale 0,2, 0,75, przy czym 0,4, 0,65 jest powszechne dla ogólnych zastosowań procesowych.
Przepływ jest proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z różnicy ciśnień, więc podwojenie przepływu wymaga około czterokrotnie większej różnicy ciśnień, a zakres przetwornika DP musi być dobrany do spodziewanego zakresu przepływów.
Na niskim końcu różnica ciśnień staje się mała w porównaniu z szumem przetwornika i dryftem zera, dlatego pojedyncza płyta zwykle obsługuje użyteczną rozpiętość zakresu pomiarowego tylko około 3:1 do 5:1 bez zmiany zakresu lub wymiany, istotne ograniczenie w porównaniu z typami mierników, które zachowują dokładność w szerszym zakresie, kompromis omówiony w tym przeglądzie typów przepływomierzy przemysłowych .
Płyta koncentryczna ma otwór zlokalizowany na osi rury, standard dla czystych, jednofazowych cieczy, gazów i pary. Płyta ekscentryczna ma otwór przesunięty ku górze lub ku dołowi rury, aby nie kolidować z zawieszonym płynem (gazy wilgotne od góry) lub osadem (u dołu, zawiesiny). Płyta segmentowa wykorzystuje otwór w kształcie wycinka koła, wycięty przylegająco do ścianki rury, do przepływów niosących ciała stałe, gdy przesunięty otwór nie wystarcza.
Położenie odczepu zmienia mierzoną różnicę ciśnień i musi odpowiadać równaniu współczynnika wypływu użytemu do wymiarowania:
| Rodzaj odczepu | Położenie przed płytą | Położenie za płytą | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|---|
| Odczepy kołnierzowe | 25,4 mm (1 cala) od płyty | 25,4 mm (1 cala) od płyty | Praktyka północnoamerykańska, stałe rozmiary rur |
| Odczepy narożne | Bezpośrednio przy płycie | Bezpośrednio przy płycie | Praktyka europejska, małe średnice |
| Odczepy D i D/2 | 1 średnica rury (D) przed płytą | 0,5 średnicy (D/2) za płytą | Blisko vena contracta; wrażliwe na sposób montażu |
W odróżnieniu od wentrurii czy dyszy przepływowej, płyta z otworem powoduje stosunkowo dużą trwałą, nieodwracalną stratę ciśnienia, ponieważ ostro zakończone zwężenie generuje turbulencje i wiry w dółprądzie, które rozpraszają energię zamiast być odzyskane jako ciśnienie.
Strata jest największa przy niskich współczynnikach beta i najmniejsza przy wysokich; zazwyczaj wynosi 40, 90 procent mierzonej różnicy, w zależności od β. Dodaje to bezpośrednio do kosztów pompowania lub sprężania w zastosowaniach wrażliwych na koszty energii, co jest kluczowym powodem, dla którego inżynierowie czasem wybierają wentrurie mimo wyższych kosztów instalacji.
Wymiarowanie płyt z otworem, geometria instalacji i obliczanie współczynnika wypływu są regulowane międzynarodowo przez ISO 5167 (część 1 obejmuje zasady ogólne, część 2 obejmuje płyty z otworem), przy czym w Ameryce Północnej do rozliczeniowego pomiaru gazu ziemnego stosuje się API MPMS Rozdział 14.3 (historycznie AGA Report No. 3).
Standardy te określają grubość płyty i tolerancje ostrości krawędzi, minimalne długości odcinków prostych, dopuszczalną okrągłość rury oraz korelację współczynnika wypływu, równanie Reader-Harris/Gallagher. Odejście od tych tolerancji wprowadza błąd, którego nie da się skorygować później, dlatego układy z płytą są zwykle prefabrykowane jako dedykowany odcinek rurociągu (spool piece).
Ponieważ dokładność zależy od ostrości krawędzi otworu po stronie dopływu, płyty z otworem są podatne na dryft wskazań w wyniku erozji, korozji oraz osadzania się kamienia lub wosku. Rutynowa inspekcja zwykle oznacza wyjęcie płyty podczas planowanego postoju, aby sprawdzić stan krawędzi i potwierdzić, że otwór się nie powiększył.
Stan uszczelek, orientacja płyty i integralność przewodu impulsowego również wymagają okresowych kontroli, ponieważ nieszczelny przewód cicho zafałszuje odczyt. Śledzenie tych interwałów inspekcji i kalibracji to proces roboczy, który Fabrico obsługuje, wraz z powiązanymi urządzeniami, takimi jak współczynnik przepływu zaworu regulacyjnego (Cv).
Płyty z otworem konkurują z rurami venturi, dyszami przepływowymi, miernikami wirowymi, ultradźwiękowymi i Coriolisa. Ich zalety to niski koszt inwestycyjny, brak ruchomych części i duża baza danych do wymiarowania. Wady to ograniczona rozpiętość zakresu pomiarowego, wysoka trwała strata ciśnienia oraz dokładność pogarszająca się wraz ze zużyciem krawędzi.
Mierniki wirowe i ultradźwiękowe oferują szerszą rozpiętość zakresu przy niskiej lub zerowej trwałej stracie, ale za wyższą cenę instrumentu, kompromis podobny do opisanego dla pomiary poziomu radarem . Aby ocenić, czy układ z płytą czy alternatywny miernik lepiej pasuje do danej usługi, umów się na demo Fabrico .
Współczynnik beta to średnica otworu podzielona przez wewnętrzną średnicę rury. Określa kompromis między siłą sygnału DP a trwałą stratą ciśnienia i jest wymaganym parametrem wejściowym do równania współczynnika wypływu ISO 5167.
Wynika to z równań energii i ciągłości przepływu przez zwężenie. Ponieważ przepływ jest proporcjonalny do pierwiastka z różnicy ciśnień, użyteczny zakres jest węższy niż dla mierników liniowych, gdyż sygnał szybko maleje przy niskich przepływach.
Interwały inspekcji zależą od intensywności warunków pracy, ale płyty w usługach erozyjnych, korozyjnych lub powodujących osadzanie zwykle są sprawdzane podczas planowanych postojów pod kątem ostrości krawędzi otworu i wzrostu średnicy, ponieważ oba te czynniki wpływają na dokładność współczynnika wypływu.
Zaloguj
Blog
