Måling af flow - Generelt.

Transkript

1 Måling af flow - Generelt

2 Agenda Kort om mig Generelle flowterminologier Måleprincipper anvendelse og muligheder Dimensionering Montage / installation Spørgsmål 2

3 Jacob Steffensen Opvokset og bosat i Rødby på Lolland Mat.stud Maribo Gymnasium Aalborg Universitet ( ) Martec Maskinmesterskole, Frederikshavn ( ) 3D-systemkonstruktør CH Marine Consult ( ) Driftsoperatør REFA fjernvarmeværk Nykøbing F ( ) Salgsingeniør INSATECH A/S (2013) Jacob Steffensen Product Manager Flow jst@insatech.com Tlf Product Manager Flow ( ) 3

4 Generelle flowterminologier

5 Generelt Volumen eller masseflow? Volumenflow er: Q = V/T Hvor Q = Volumetrisk flow (m³/h, l/min osv.) V = Volumen T = Tid Masseflow er: M = m/t Hvor M = Masseflow (f.eks. Kg/h, t/min osv.) m = masse (f.eks. Kg) T = Tid Enten måles masseflowet direkte eller beregnes ud fra volumenflow og tabelopslag for densiteten. 5

6 Generelt - Densitet Densitet viser forholdet imellem masse og volumen, og er en funktion af mediets temperatur og tryk. Volumen er temperaturafhængig, så densiteten falder med stigende temperatur og stiger med stigende tryk. p= m/v p [kg/m3 eller kg/l] 6

7 Generelt - Viskositet Viskositet er et medies træghed imod bevægelse, eller hvor,,tyktflydende det er. Viskositeten har primært indflydelse på flowprofilen (Renoyld s tal laminart / turbulentflow), men også trykfald henover flowmåleren. cst = cp / cp = cst 7

8 Generelt Tryk og temperatur 8

9 Generelt Tryk & temperatur, indflydelse på gas Måling af aktuelt volumenflow ved gasser er uden mening, da det ikke fortæller noget om den reelle mængde gas. Derfor måles der oftest: - volumenflow ved normalbetingelser (1013 mbara, 0 C) - Masseflow Volumenflow (q n = q a * T a * 1 bar/(p a *273,15)) q n = Volumenflow ved normalbetingelser q a = Volumenflow Aktuelt T a = Temperatur Aktuelt P a = Tryk Aktuelt Masseflow: q m = q a *p q m = Masseflow q a = Volumenflow Aktuelt P a = Densitet Aktuelt 9

10 Generelt Tryk & temperatur, indflydelse på gas Mediets temperatur og tryk skal måles og sendes til en flowcomputer eller lign. for densitetskompensering. Eksempel: 1000Nm³/h = 110m³/h 25 C 1000Nm³/h = 181,5m³/h 6bar 25 C Dertil kommer temperaturindflydelsen 10

11 Generelt Tryk & temperatur, indflydelse på gas Eksempel på fejlvisning forårsaget af ændring i tryk eller temperatur. Instrument parameteret til 2 bara, Reel procesværdi 2,5 bara Ved 500m 3 /h og 2,0bar = 555kg/h Ved 500m 3 /h og 2,5bar = 684kg/h Afvigelse på målingen = 23,24%! 11

12 Generelt Reynolds tal 12

13 Generelt Laminart og turbulent flow 13

14 Flowprofil Turbulent flow (fuldt udviklet hastighedsfordeling) 14

15 Flowprofil Laminart flow (fuldt udviklet hastighedsfordeling) 15

16 Måleprincipper Anvendelse og muligheder

17 Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Magnetisk induktiv: 17

18 Måleprincip - Induktion E=D*V*B E: Elektromotorisk kraft (V) D: Indvendig diameter (m) V: Flow hastighed (m/s) B: Flux tæthed (T/m 2 ) Medier skal være ledende! 18

19 Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Vortex: 19

20 Måleprincip Aftastningsprincip Det strømmende medie rammer shedderbaren, deles og danner Vortex hvirvler og trykforskellen skubber shedderbaren til siderne. To piezoelektriske krystaller afgiver impulser når de udsættes for mekaniske kræfter og angiver derved antallet af Vortex hvirvler. 20

21 Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Coriolis: 21

22 Måleprincip Masseflow og Densitet De indvendige målerør sættes til at vibrere ved deres resonansfrekvens som er et udtryk for densiteten på mediet. I modsætning til de fleste andre måleprincipper er Coriolis flowmåleren ikke afhængig af en lige rørstrækning før og efter måleren, hvilket giver en markant nemmere installation. 22

23 Måleprincip Masseflow og Densitet Når mediet løber igennem måleren, vil Coriolis effekten generere en faseforskydning imellem ind og udløb, som er proportional med masseflowet. 23

24 Måleprincip Masseflow og Densitet Volumenflow, flowhastighed og koncentration kan beregnes ud fra det målte masseflow og densiteten. 24

25 Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Variabel areal (metalrør): Variabel areal (plast + glasrør): 25

26 Måleprincip Variabelt Areal F P F A FP = FG + FA Conical Tube FP = Påvirkning af trykfald FG = Påvirkning af tyngdekraft F G FA = Påvirkning af Arkimediskkraft Flow Direction 26

27 Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Termisk: 27

28 Måleprincip In-line 28

29 Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Måleblænde & Venturi: Dp-pitotrør: 29

30 Måleprincip Måleblænden - Elementer Primær element Sekundær element Måleblænde Pitotrør + Dyse Venturi 30

31 Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Ultralyd (Clamp-on): Ultralyd (In-line): 31

32 Måleprincip - Transittid Måleprincippet bygger på transittid Transittiden er den tid det tager en ultralydspuls at rejse fra A til B og omvendt. Turen fra A til B, er hurtigere end fra B til A. dette skyldes at pulsen først sendes med strømmen (flowretningen) og derefter mod strømmen. Et simpelt regnestykke T2-T1= T er med til at give et billede af flowhastigheden, som er ligefrem proportional med tidsforskellen. 32

33 Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Mekanisk: Positive displacement (Fortrængningsmåler) 33

34 Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Flowcomputer: 34

35 Måleprincipper - anvendelsesmuligheder

36 Dimensionering

37 Værd at vide ved valg af flowmåler Medie, Proces, Omgivelser og flowmeter/måling Medie: Gas (tør, våd, partikler) Damp (mættet, overhedet) Væske (gas- eller faststofindhold, krystalliseringsrisiko) Densitet Temperatur (temperaturgradienter) Elektrisk ledningsevne Kemisk aggressivitet Slideevne Vedhæftningsevne Omgivelse: Temperatur Fugt (tæthedsklasse) Støv (tæthedsklasse) Vibrationer Sollys Elektrisk indstråling Eksplosionsfare (angivelse af farezone) Spændingsforsyning Monteringsmuligheder og forhold Proces: Rørstørrelse Rørforløb (horisontal, vertikal, lige løb) Flowforløb (fra neden, oven, højre eller venstre) Flowmængde (minimum, normalt, maksimum samt ændringshastighed) Flowforhold (laminar/turbulent, pulserende, helt/delvist fyldt rør) Bidirektional flow (frem og retur) Tryk (minimum, normalt, maksimum, trykstød, tilladeligt tryktab) Flowmeter/måling: Nøjagtighed Måleområde (fast/justérbart (på måleren/eksternt)) Visning (lokal/ekstern) Aktuelt og/eller opsummeret flow Analog udgang og/eller puls Alarmer (ved for højt/lavt flow, ved opnået mængde) Forsyningspænding Kommunikation/konfigurering Eksplosionssikring Certifikater (kalibrering, materialer, svejsning, CE) 37

38 Dimensionering Tryktab, trykfald & flowhastighed Bernoulli s ligning siger at summen af kræfter skal være konstant. Kinetisk engergi (bevægelse) + Statisk energi (tryk) = Kontant Hvis farten f stiger, så stiger leddet ½ m f 2 og hvis hele summen skal være konstant, må leddet p V falde tilsvarende. Og så længe rumfanget V er konstant, må trykket p nødvendigvis falde for at opretholde samme totalenergi E totalt Dette kan også omskrives til kontinuitetsligningen: Q = v 1 x A 2 = v 2 x A 2 E total = p V m f2 38

39 Dimensionering - Tryktab Trykfald er forskellen på P1 P2 Tryktab er det tryk der ikke genetableres, P1 P2 39

40 Dimensionering Flowhastighed og usikkerhed 40

41 Dimensionering Flowhastighed og usikkerhed 41

42 Dimensionering Nøjagtighed vs. gentagelsesnøjagtighed 42

43 Montage / installation

44 Montage / installation Forstyrrelse af flowprofil 44

45 Montage / installation Asymmetrisk flowprofil 45

46 Montage / installation Asymmetrisk flowprofil SWIRL 46

47 Montage / installation Flowretter (Flow straightener) 47

48 Montage / installation Respektafstand 48

49 Montage / installation Respektafstand 49

50 Spørgsmål?

51 51