DOBRA PRAKTYKA W POMIARZE POMIARY PRZEPŁYWU I ENERGII

Transkrypt

1 DOBRA PRAKTYKA W POMIARZE POMIARY PRZEPŁYWU I ENERGII Andrzej Kurdziel

2 METRONIC SYSTEMS Firma inżynierska działająca na rynku pomiarów i automatyki od 1994r. Specjalizuje się w pomiarach przepływów cieczy, gazów i wykonywaniu bilansów energetycznych pary wody oraz innych mediów. Realizuje kompleksowy monitoring zużycia mediów oraz energii elektrycznej i cieplnej.

3 METRONIC SYSTEMS Oferujemy: doradztwo techniczne, inwentaryzację instalacji, projekty, kompletacje dostaw, montaże, wdrożenia systemów pomiarów i automatyki pod klucz. Stosujemy zasadę: Zainstaluj Zapomnij

4 METRONIC SYSTEMS Wykonujemy: pomiary energii wody gorącej oraz pary z rozliczeniem kondensatu u dostawców i odbiorców; bilanse energetyczne z wyznaczeniem sprawności: kotłów, turbozespołów, wymienników ciepła; pomiary rozpływu sprężonego powietrza; pomiary rozliczeniowe rozpływu innych gazów technicznych i energetycznych; systemy monitoringu zużycia mediów w zakładach przemysłowych: wizualizacja, raportowanie i archiwizacja procesów; kompletacje dostaw i dobór urządzeń.

5 DOBRA PRAKTYKA W POMIARZE Rozwiązanie dopasowane do środowiska procesowego poprzedzone drobiazgową analizą wymogów użytkownika. Aplikacje bazujące na pomiarze przepływu: Ciągła kontrola i rejestracja wartości mierzonych Sumowanie, wskazywanie i alarmowanie przekroczeń Monitorowanie, sterowanie i pomiary rozliczeniowe Napełnianie i dozowanie Specjalne zadania pomiarowe związane z przepływem: - pomiar koncentracji (np. % alkoholu, ºBrix) - pomiar lepkości

6 DOBRA PRAKTYKA W POMIARZE Właściwy dobór aparatury pomiarowej do warunków obiektowych Przy wyborze aparatury pomiarowej należy wziąć pod uwagę: Rodzaj mierzonego medium Wielkość i zakres przepływu Inne cechy ciśnienie i temperatura medium, lepkość, itp Cel pomiaru: monitorowanie, sterowanie, rozliczenie Wymagana dokładność pomiaru Media jako nośniki energii: para, woda gorąca

7 DOBRA PRAKTYKA W POMIARZE Rodzaje mierzonego medium: ciecze: woda, glikol, amoniak, kwasy, zasady, węglowodory, spożywcze mleko, piwo itp. gazy techniczne: powietrze, tlen, azot, CO2, argon, wodór itp. gazy energetyczne: gaz ziemny: wysokometanowy, zaazotowany mieszanka gazów (np. gaz kopalniany), mieszanka parowo gazowa (np.gaz koksowniczy, wielkopiecowy) Nośniki Energii: woda gorąca, para: - przegrzana (gaz) - nasycona (mieszanka gazu i cieczy)

8 DOBRA PRAKTYKA W POMIARZE Rodzaje pomiaru przepływu. Przepływomierze. Pomiar przepływu objętościowy przepływomierze wirowe (Vortex), przepływomierze ultradźwiękowe, przepływomierze elektromagnetyczne, przepływomierze wirnikowe (mechaniczne) Pomiar przepływu masowy przepływomierze masowe Coriolisa, przepływomierze termiczne Pomiar przepływu elementem spiętrzającym (Qm = ρ Δp) metoda różnicy ciśnień zwężki rurki spiętrzające annubara, twinbar

9 APLIKACJE: POMIAR ZWĘŻKOWY Typ pomiaru: element spiętrzający ( Qm = ρ Δp ) Pomiar popularny lecz nie zalecany przez naszą firmę: KOSZTY: niższe aparatury wyższe montażu i eksploatacji Problemy eksploatacyjne konieczność okresowego sprawdzania drożności rurek impulsowych możliwość występowania błędu systematycznego przy zabudowie zwężki znacznie powyżej przetwornika Błąd pomiaru długoczasowy zmiana geometrii zwężki w miarę upływu czasu tępienie się krawędzi kryzy Mała zakresowość pomiaru z uwagi na kwadratową zależność Δp od przepływu: Δp=(Q)2

10 APLIKACJE: PRZEPŁYWOMIERZ WIROWY Typ pomiaru: OBJĘTOŚCIOWY (liniowy) Pomiar zalecany przez naszą firmę: KOSZTY: wyższe aparatury niższe montażu i eksploatacji Zastosowanie - przepływ pary, wody, gazu pomiary mediów o wysokim ciśnieniu i temp. pomiar i obliczenie energii cieplnej pary produkty spożywcze (certyfikat PZH) Zalety liniowa zależność pomiarowa: F = k V niezmienność dokładności pomiaru w czasie bezpośredni pomiar energii pary pomiar przepływu gazu w jedn. normalnych Ograniczenia: ograniczenie dolnego zakresu pomiaru poniżej 10%

11 APLIKACJE: RURKI SPIĘTRZAJĄCE Typ pomiaru: element spiętrzający ( Qm = ρ Δp )

12 APLIKACJE: RURKI SPIĘTRZAJĄCE Zastosowanie pomiary w rurociągach o dużych średnicach montaż w istniejących liniach: tlenu, azotu, powietrza, pomiar przepływu gazu o bardzo niskim nadciśnieniu (kilka kpa), dmuchawy powietrza, gaz koksowniczy, wielkopiecowy, gardzielowy Zalety bardzo mała strata ciśnienia małe opory przepływu pomiar przepływu gazu zanieczyszczonego niski koszt zabudowy - bez konieczności rozcinania rurociągu wersja z okresowym czyszczeniem strumieniem pary demontaż bez wyłączania rurociągu niezmienność dokładności pomiaru w czasie Ograniczenia: mała zakresowość pomiaru - zależność Δp=(Q)2 małe spiętrzenie rzędu kilku kpa

13 APLIKACJE: Przepływomierz SKRZYDEŁKOWY Typ pomiaru: OBJĘTOŚCIOWY (liniowy) Zastosowanie: w ciepłownictwie rozliczenie energii wody gorącej (130ºC) wodomierze Zalety: niska cena zatwierdzenia typu przetworników przepływu do ciepłomierzy do wody Wady: wrażliwy na zanieczyszczenia (skorodowane rury) mechaniczne zużycie wirnika błędne wskazania, konieczność kresowej wymiany

14 APLIKACJE: Pomiar ULTRADŹWIĘKOWY Zastosowanie: ciepłownictwo, energetyka (DN15...DN1200) rozliczenie bilansowe energii wody gorącej pomiar przepływu mazutu Zalety: pomiar przepływu cieczy nieprzewodzących (gorąca woda do 150ºC) wysoka zakresowość pomiaru zatwierdzenia typu przetworników przepływu dla ciepłomierzy do wody wersja spawana -niski koszt montażu, demontaż głowic bez wyłączania z eksploatacji niezmienność pomiaru w czasie Ograniczenia: ciśnienie do 4MPa, temperatura do150ºc (do130ºc dla ciepłomierzy)

15 APLIKACJE: Pomiar ELEKROMAGNETYCZNY Typ pomiaru: OBJĘTOŚCIOWY (liniowy) Zastosowanie: wykładzina PU, guma HR: (DN25...DN2000) do wody zimnej, ścieków, cieczy o właściwościach ściernych wykładzina PTFE (DN15...DN600): przemysł chemiczny wykładzina PFA (DN2..DN100) wersja do małych przepływów: przemysł chemiczny, spożywczy (certyfikat PZH) Zalety: uniwersalne zastosowanie w gospodarce wodno-ściekowej stosowane do wszelkich cieczy przewodzących: woda, ścieki, osady, szlamy, pasty, kwasy, ługi, soki, pulpy owocowe itd. Ograniczenia: pomiary przepływu jedynie cieczy przewodzących (>1µS/cm)

16 APLIKACJE: Pomiar MASOWY CORIOLISA Typ pomiaru: MASOWY (liniowy) Zastosowanie: pomiar wszelkich mediów w przemyśle farmaceutycznym, chemicznym, petrochemicznym, spożywczym pomiary rozliczeniowe i akcyzowe produktów petrochemicznych Zalety: uniwersalna zasada pomiaru dla cieczy i gazów jednoczesny pomiar strumienia masy, gęstości, temperatury i lepkości bardzo wysoka dokładność pomiaru >0,1% wartości wagowej pomiar niezależny od profilu przepływu medium nie wymaga odcinków prostych przed i za przepływomierzem Ograniczenia: wysoka cena przepływomierza

17 APLIKACJE: Pomiar TERMICZNY MASOWY Typ pomiaru: MASOWY Zastosowanie: pomiary przepływu sprężonego powietrza, argonu, tlenu, azotu itp dozowanie CO2 w wytwórniach napoi gazowanych pomiary przepływu biogazu z komór fermentacyjnych Zalety: pomiar przepływu gazu o niskim ciśnieniu (np: ciśnienie otoczenia) wysoka zakresowość pomiaru 100:1 wysoka czułość pomiarowa pomijalny spadek ciśnienia (< 2mbar) Ograniczenia: wrażliwość na zanieczyszczenia i wilgotność gazu pomiar przepływu mieszanin gazów możliwy przy zachowaniu stałej proporcji komponentów.

18 APLIKACJE: Pomiar gazu ziemnego Typ pomiaru: OBJĘTOŚCIOWY 1. Pomiar z korekcją objętości ciśnienie powyżej 1 bar pomiary na rurociągach niezbędny pomiar ciśnienia i temperatury konieczne zastosowanie korektora, w celu przeliczenia na jednostki normalne zestaw pomiarowy: przepływomierz, przetworniki temperatury i ciśnienia, korektor 2. Pomiar bez korekcji objętości ciśnienie bliskie atmosferycznemu pomiar na odcinku po redukcji ciśnienia np. przy palnikach gazowych zestaw pomiarowy: przepływomierz

19 DOBRA PRAKTYKA W POMIARZE NAJCZĘSTRZE PROBLEMY POMIAROWE

20 NAJCZĘSTSZE PROBLEMY POMIAROWE 1. Brak lub ograniczone dane dotyczące wielkości przepływu. PRZYKŁAD: 3 pomiary przepływu pary na rurociągach DN200, p= 3bar, T=180ºC Dostępne dane: średnie miesięczne zużycie energii: E1=7000 GJ, E2=5500GJ, E3= 1500GJ stąd średnie zużycie pary: Q1=3,5t/h, Q2=2,7t/h, Q3=0,8 t/h Jaki przyjąć współczynnik do obliczenia Qmax?, przyjęto k=2,5 Zastosowano: 2 przepływomierze wirowe DN150 o zakresie Q = 0,59 8,91t/h oraz 1 p. wirowy DN100 o zakresie Q = 0,26 3,91 t/h Ryzyko niewłaściwego doboru przepływomierza: rzeczywisty - przepływ maksymalny może być większy od górnego zakresu lub - przepływ minimalny może być mniejszy od dolnej wartości zakresu przepływomierza

21 NAJCZĘSTSZE PROBLEMY POMIAROWE 2. Błędy pomiarowe spowodowane wykraplaniem się pary w rurociągu. PRZYKŁAD: Niezależnie od liczników rozliczeniowych u dostawcy odbiorca zainstalował na końcu rurociągu dwa dodatkowe liczniki przepływu pary na okres letni i zimowy. Wskazania przepływu w okresie zimowym były o 2 % wyższe (nowa zwężka) Wskazania przepływu w okresie letnim były zaniżone o15% w stosunku do wskazań licznika u dostawcy. Przyczyna: Niski odbiór pary powoduje jej stygnięcie w rurociągu do temperatury stanu nasycenia i następnie wykraplanie się. Przepływomierz zwężkowy mierzy przepływ pary tylko w postaci gazowej i nie uwzględnia przepływających kropel wody w rezultacie zaniżanie wskazań w stosunku do pomiaru u dostawcy.

22 NAJCZĘSTSZE PROBLEMY POMIAROWE 3. Małe spiętrzenie rurki Δpmax = 7kPa przy dużej różnicy poziomów rurka spiętrzająca - przetwornik PRZYKŁAD: Rurka TWINBAR zainstalowana na rurociągu pary DN500,Qmax = 90 t/h Δpmax=7kPa usytuowana 3m powyżej przetwornika różnicy ciśnień Po wyłączeniu dopływu pary przelicznik nadal wskazuje i sumuje przepływ Błąd pomiaru na początku zakresu Przyczyna: dla Q = 5%Qmax (4,5t/h) odpowiada Δp = 0,25% 7kPa = 17,5Pa Odpowiada to różnicy poziomów wody w rurkach impuls. Δh = 1,7 mm H2O Wystarczy zabrudzenie w jednej z rurek impulsowych, wzrost gęstości właściwej kondensatu by na przestrzeni kilku metrów taką różnicę wywołać. Zastosowano odcięcie początku zakresu w przeliczniku: licznik przestał sumować, lecz problem pozostał - nie usunięto błędu pomiarowego na początku zakresu. Wniosek nie należy prowadzić długich tras impulsowych szczególnie w pionie zabudować przetwornik Δp bezpośrednio na rurce lub w jej pobliżu. nie projektować zwężek o niskim ciśnieniu różnicowym dla par i cieczy.

23 NAJCZĘSTSZE PROBLEMY POMIAROWE 4. Zabudowa pomiaru na przewymiarowanych rurociągach. Konieczność stosowania przewężenia rurociągu na odcinku pomiarowym Zachowanie odpowiednich długości odcinka pomiarowego przed i za urządzeniem pomiarowym Zachowanie odpowiednich kształtów dyfuzora i konfuzora

24 NAJCZĘSTSZE PROBLEMY POMIAROWE 5. Wymagana duża zakresowość przepływu. Pomiar przepływu pary w okresie zimowym i letnim Dwa przełączalne pomiary zwężkowe do przepływu wody - okres zima / lato zastępuje się jednym przepływomierzem ultradźwiękowym

25 NAJCZĘSTSZE PROBLEMY POMIAROWE 6. Wysoka strata ciśnienia przepływomierza zwężkowego. Ograniczony obszar zastosowań pomiarów zwężkowych - nie wykonalne obliczenie zwężki dla gazu o niskim nadciśnieniu Strata energii i wzrost kosztów produkcji - np. przy produkcji sprężonego powietrza Ekonomicznie nie uzasadnione rozwiązanie z punktu widzenia kosztów przesyłu gazów

26 DOBRA PRAKTYKA W POMIARZE Dziękuję za uwagę. Andrzej Kurdziel Metronic Systems