Máy đo lưu lượng siêu âm và máy đo lưu lượng điện từ

Tại sao hầu hết các kỹ sư đều mắc sai lầm ngay từ ngày đầu tiên

Trước khi đi sâu vào vấn đề, hãy để tôi chia sẻ câu chuyện của khách hàng: Một giám đốc mua hàng của một nhà máy hóa chất đã liên hệ với chúng tôi vì họ mới lắp đặt hệ thống.máy đo lưu lượng điện từcứ “nhảy lung tung”. Khi đến nơi-, chúng tôi nhận thấy họ đang cố gắng đo lượng nước khử ion. Độ dẫn điện không đủ-máy đo lưu lượng điện từđơn giản là không thể hoạt động. Sai lầm này khiến họ phải trả 80.000 USD và hai ngày ngừng hoạt động.

Nhiều người mua vẫn đưa ra lựa chọn đồng hồ đo lưu lượng dựa trên thông tin không đầy đủ và cuối cùng nó sẽ chạm đến lợi nhuận của họ.Máy đo lưu lượng siêu âmVàlưu lượng kế điện từcả hai dường như đều "đo lưu lượng", nhưng chúng hoạt động theo những nguyên tắc hoàn toàn khác nhau và phù hợp với những tình huống rất khác nhau. Câu hỏi không phải là cái nào tốt hơn-mà là cái nào thực sự phù hợp với điều kiện quy trình của bạn.

Những công nghệ này thực sự hoạt động như thế nào?

Đồng hồ đo lưu lượng điện từhoạt động dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday. Khi chất lỏng dẫn điện chảy qua từ trường, nó tạo ra điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy. Các điện cực gắn trên thân đồng hồ sẽ thu tín hiệu điện áp này và tính toán tốc độ dòng chảy.

Đây là yêu cầu khó khăn: độ dẫn điện của chất lỏng phải vượt quá 5 microsiemen trên mỗi cm. Nước tinh khiết, hydrocacbon, rượu, tất cả các loại khí-không loại nào trong số này có tác dụng.

Máy đo lưu lượng siêu âmcó hai loại.đồng hồ đo thời gian chuyển tuyến-gửi sóng âm thanh theo đường chéo qua đường ống-thời gian di chuyển ngược dòng và xuôi dòng khác nhau và chênh lệch thời gian sẽ tính toán vận tốc. Máy đo Doppler dội âm thanh ra khỏi các hạt hoặc bong bóng trong chất lỏng, đo sự thay đổi tần số để xác định vận tốc.

Cả hai công nghệ siêu âm đều có thể đo chất lỏng không dẫn điệnlưu lượng kế điện từkhông thể xử lý được. Nhưng họ rất kén chọn về điều kiện lắp đặt.

So sánh yêu cầu ống thẳng

(D=đường kính ống)

Bạn sẽ nhận thấy việc kẹp-siêu âm yêu cầu chạy điện từ gấp đôi. Đây không phải là vấn đề gây khó khăn cho nhà sản xuất-bất kỳ sự nhiễu loạn dòng chảy nào khiến tín hiệu âm thanh không đáng tin cậy. Tôi đã thấy khách hàng lắp đặt đồng hồ đo siêu âm cách một van 3 đường kính, và lỗi đọc lên tới 15%.

Tính chất chất lỏng là yếu tố quyết định

Độ dẫn điện là cổng đầu tiên. Dưới 5 µS/cm,lưu lượng kế điện từđang chết trong nước. Trong khoảng từ 5{2}}20 µS/cm, chúng hầu như không hoạt động-tín hiệu yếu và dễ bị nhiễu. Trên 20 µS/cm bạn đang ở vùng thoải máilưu lượng kế điện từ.

Nội dung rắn lật kịch bản. Nước thải đầu vào nhà máy có thể mang theo 8% chất rắn lơ lửng-lưu lượng kế điện từkhông quan tâm, xử lý tới 15% chất rắn theo thể tích. Siêu âm thời gian chuyển tiếp-bắt đầu gặp khó khăn với các hạt trên 1% vì sóng âm thanh bị phân tán và bị hấp thụ, làm giảm đáng kể cường độ tín hiệu.

Siêu âm Doppler thực sự cần các hạt-có kích thước vật chất lơ lửng ít nhất 25 ppm để phản xạ sóng âm thanh. Công nghệ này đôi khi có tác dụng trong việc vận chuyển bùn nhưng độ chính xác không thể sánh bằnglưu lượng kế điện từ.

Phạm vi nhiệt độ và áp suất

Đồng hồ đo lưu lượng điện từ:

Tiêu chuẩn Nhỏ hơn hoặc bằng 180 độ (356 độ F)

Nhiệt độ-cao Nhỏ hơn hoặc bằng 200 độ (390 độ F)

Áp suất Nhỏ hơn hoặc bằng 10,2 MPa (1.480 psi)

Máy đo lưu lượng siêu âm:

Kẹp-nhỏ hơn hoặc bằng 200 độ (nhiệt độ thành ngoài của ống)

Nội tuyếnNhỏ hơn hoặc bằng 150 độ (giới hạn đầu dò)

Áp suất Nhỏ hơn hoặc bằng 16 MPa (2.320 psi)

(Dữ liệu được tổng hợp từ thông số kỹ thuật sản phẩm Endress+Hauser, Krohne, Emerson)

Giới hạn nhiệt độ trông giống nhau, nhưng 180 độ đối với điện từ đề cập đến nhiệt độ quá trình, trong khi 200 độ đối với siêu âm là bề mặt bên ngoài của ống. Nếu bạn đang đo nước nóng 180 độ, kẹp-đầu dò siêu âm có thể không tồn tại-nhiệt độ thành ngoài của ống có thể vượt quá khả năng chịu đựng của chúng.

Độ nhớt hầu như không ảnh hưởnglưu lượng kế điện từ. 10.000 con rết dầu thô đo chính xác như nước. Siêu âm hoạt động tốt tới 2.000 centipoise, nhưng vượt quá mức đó, sóng âm thanh sẽ suy giảm nghiêm trọng và đường truyền tia bị uốn cong.

Điều gì thực sự xảy ra trong quá trình cài đặt

Đồng hồ đo lưu lượng điện từyêu cầu cắt và hàn ống. Quá trình lắp đặt đồng hồ 4-inch-bao gồm tắt máy, cắt, hàn mặt bích, kiểm tra áp suất, khởi động-mất ít nhất 6-8 giờ. Trong các nhà máy lọc dầu hoặc nhà máy hóa chất, một giờ ngừng hoạt động có thể tiêu tốn 50.000 USD.

Đôi khi sự lựa chọn đúng đắn sẽ tránh được những tổn thất lớn. Khi chúng tôi cải tạo một nhà máy dược phẩm, họ có đường dây nước tinh khiết cần có đồng hồ đo lưu lượng, nhưng việc sản xuất không thể dừng lại. Chúng tôi đã tiến hành cài đặt kẹp-trên sóng siêu âm-trong 2 giờ. Làm sạch bên ngoài đường ống, bôi chất tiếp âm, kẹp vào đầu dò, nối dây, định cấu hình - không bao giờ chạm vào đường ống, không ảnh hưởng đến sản xuất.

Chi phí giảm áp lực liên tục

Đồng hồ đo lưu lượng điện từsử dụng thiết kế lỗ-toàn bộ, với mức giảm áp suất thường là 0,5-1,5 psi (0,03-0,1 bar). Nghe có vẻ tối thiểu, nhưng hãy chạy các con số cho đường 4 inch ở tốc độ 300 GPM (68 m³/h) với mức giảm 1 psi:

Tổn thất điện năng của máy bơm ≈ 0,4 kW

Ở mức 0,10 USD/kWh, 8.000 giờ/năm

Chi phí năng lượng hàng năm=$320

Hơn mười năm đó là 3.200 đô la. Không chính xác thay đổi túi.

Kẹp-bằng sóng siêu âm giúp giảm áp suất bằng không.Máy đo lưu lượng siêu âm nội tuyếncó vật cản nhỏ, khoảng 0,1-0,5 psi-chi phí năng lượng bằng một-1/3 đến 1/5 chi phí năng lượnglưu lượng kế điện từ.

Nếu bạn đã xem xét cả hai công nghệ, bạn sẽ thấy việc bảo trì bằng siêu âm đơn giản hơn nhiều, với tổng chi phí bảo trì thấp hơn 40% so với bảo trì điện từ. Nhưng trong các tình huống về bùn và nước thải,lưu lượng kế điện từthực tế có giá thành thấp hơn 25% vì chất lượng tín hiệu siêu âm suy giảm quá nhanh, cần phải bảo trì hoặc thay thế thường xuyên.

Nơi mỗi công nghệ thống trị

Máy đo lưu lượng điện từLãnh thổ

Chất rắn chảy vào nhà máy xử lý nước thải dao động từ 0,1% đến 8%-lưu lượng kế điện từđừng chớp mắt. Một cơ sở xử lý nước thải cỡ trung-thường chạy 40-60lưu lượng kế điện từtrong 15 năm mà không có vấn đề gì. Siêu âm bắt đầu mất tín hiệu trên 2% chất rắn.

Chất thải khai thác-quặng sắt, đồng, vàng-đạt 30% chất rắn theo khối lượng. Lớp lót Polyurethane{4}}lưu lượng kế điện từxử lý nó; phiên bản lót gốm có thể chứa 50% chất rắn. Siêu âm là hoàn toàn không thực tế trong những điều kiện này.

Hoạt động kinh doanh thực phẩm và đồ uống đánh giá cao thiết kế vệ sinh. 3A-được chứng nhậnlưu lượng kế điện từvới lớp lót không gỉ được đánh bóng bằng điện 150-grit tích hợp trực tiếp vào mạch CIP. Đo sữa, nước trái cây, bia, rượu đáp ứng yêu cầu FDA với độ chính xác đầy đủ.

Máy đo lưu lượng siêu âmLãnh thổ

Chuyển giao quyền giám sát khí đốt tự nhiên sử dụng nhiều-đường dẫnmáy đo lưu lượng khí siêu âm-4 đến 8 đường âm thanh giao nhau-để đạt được độ chính xác ±0,15%. Một đường ống vận chuyển hàng chục triệu hoặc hàng trăm triệu giá trị khí đốt hàng năm khiến khoản đầu tư này trở nên đáng giá. Cộng với việc giảm áp suất bằng 0 và không có điểm rò rỉ. Máy đo được chứng nhận OIML và AGA-9 được thiết kế nhằm mục đích này.

Hệ thống tháp giải nhiệt lớn cần hàng chục điểm đo. Đang cài đặt 30lưu lượng kế điện từcó nghĩa là chỉ riêng việc mua sắm đã có hàng trăm nghìn đô la, cộng với những sửa đổi lớn về đường ống. Chuyển sang kẹp-siêu âm và chi phí giảm xuống một-một phần ba. Không cần tắt máy-đối với các nhà máy điện hoặc cơ sở hóa chất đang vận hành, đơn giản là không có cửa sổ tắt máy.

Môi trường ăn mòn hoặc chất lỏng siêu tinh khiết-cần có điện cực Hastelloy, bạch kim hoặc titan ởlưu lượng kế điện từ-đồng hồ 4 inch có thể tốn 8.000-15.000 USD.Máy đo lưu lượng siêu âmvới các bộ phận bị ướt bằng PTFE hoặc PFA có chi phí thấp hơn 40-60% với độ chính xác như nhau.

Tích hợp với hệ thống điều khiển

Cả haiđồng hồ đo lưu lượngloại cung cấp 4-đầu ra 20mA với giao thức HART, tương thích với hầu hết các hệ thống PLC và DCS. Cần tổng hợp? Sử dụng đầu ra xung. Modbus RTU và Profibus hiện là rào cản tích hợp tiêu chuẩn.

Tốc độ phản hồi khác nhau.Đồng hồ đo lưu lượng điện từcập nhật 10-50 lần mỗi giây; siêu âm quản lý 1-5 bản cập nhật. Nếu bạn đang sử dụng đồng hồ đo lưu lượng để điều khiển vòng kín đòi hỏi phản ứng nhanh thì điện từ sẽ phù hợp hơn. Giá trị chuyển giao quyền giám sát ổn định - cập nhật siêu âm chậm hơn thực sự giúp ích bằng cách giảm biến động.

Đồng hồ đo lưu lượng điện từtheo dõi trở kháng điện cực, cảnh báo về tình trạng đường ống rỗng và một số kiểu máy theo dõi sự xuống cấp của lớp lót. Siêu âm hiển thị cường độ sóng âm thanh và giá trị khuếch đại-tăng đột ngột có nghĩa là đã đến lúc vệ sinh đầu dò. Chỉ số vận tốc âm thanh có thể hỗ trợ-tính toán loại chất lỏng, xác minh rằng bạn thực sự đang đo những gì bạn nghĩ mình đang đo.

Lựa chọn đồng hồ đo lưu lượng: Một cách tiếp cận thực tế

Bắt đầu với độ dẫn điện. Dưới 5 µS/cm, quên đilưu lượng kế điện từ. Trong khoảng từ 5{2}}20, điện từ hoạt động nhưng không hoạt động an toàn với sóng siêu âm. Trên 20 µS/cm,lưu lượng kế điện từtốt để đi.

Hàm lượng chất rắn là cổng hai. Trên 1% chất rắn lơ lửng, điện từ giành chiến thắng. Dưới 0,1%, cả hai đều có tác dụng. Giữa những con số này, hãy thử nghiệm cả hai công nghệ trên chất lỏng thực tế của bạn trước khi cam kết triển khai đội xe. Và tính đến chi phí tắt máy khi bạn lựa chọn.

Xây dựng mới ở đâu mod đường ống có giá rẻ? Lựa chọn hoàn toàn dựa trên yêu cầu kỹ thuật. Các cơ sở đang vận hành khi ngừng hoạt động có giá $10,000+ mỗi giờ? Không cắt ống trừ khi thực sự cần thiết.

Cuối cùng, tính tổng chi phí sở hữu. Sử dụng tỷ lệ lao động thực tế, chi phí năng lượng, thời gian sử dụng dự kiến. Tìm các nghiên cứu điển hình phù hợp với ứng dụng của bạn-với dữ liệu hoạt động thực tế trong hơn 5 năm-.

Đồng hồ đo lưu lượng điện từcung cấp-đo lường lỗ khoan đầy đủ, giảm áp suất thấp và hiệu suất tuyệt vời trong các chất lỏng đầy thử thách. Siêu âm tránh sự xâm nhập của đường ống, tạo ra sự sụt giảm áp suất bằng 0 và đo phạm vi chất lỏng rộng hơn. Cả hai đều không tốt hơn về mặt tổng thể-điều quan trọng là nguyên tắc đo lường phù hợp với yêu cầu thực tế của bạn.

Công nghệ đang hướng tới đâu

Các xu hướng công nghệ chính trong vài năm qua rất rõ ràng: tính nhất quán trong sản xuất + mô hình kỹ thuật số + khả năng chẩn đoán tiến bộ song song.Đồng hồ đo lưu lượng điện từngày càng áp dụng các phương pháp tiếp cận "hiệu chỉnh khô/bù mô hình hóa"-dung sai hình học chặt chẽ hơn và mô hình hóa từ trường/dòng chảy cải thiện tính nhất quán của nhà máy, giảm sự phụ thuộc vào từng ướtsự định cỡđồng thời duy trì độ chính xác ở mức-tiêu chuẩn kỹ thuật ±0,5% và giảm chi phí tổng thể. Siêu âm tiếp tục phát triển theo hướng có nhiều đường dẫn hơn-4-đến các bản nâng cấp đường dẫn 12/8{11}}mang lại giá trị không chỉ về độ chính xác mà còn về độ bền so với các cấu hình luồng không-lý tưởng và chẩn đoán đường dẫn dư thừa, xác định các điểm bất thường trên đường dẫn, tắc nghẽn hoặc nhiễu bong bóng để cải thiện đáng kể độ tin cậy của trường. Các mô hình{13}}cao cấp nhất đạt tới mức đọc ±0,1% trong điều kiện hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm. Trong khi đó, kiến ​​trúc năng lượng cực thấp và sự phát triển của công nghệ pin cho phép các thiết bị siêu âm chạy bằng pin đạt tuổi thọ 10 năm, giúp việc khảo sát dòng chảy tạm thời, giám sát đường ống từ xa và triển khai không dây trở nên thực tế.