Måling af flow - Generelt www.insatech.com
Agenda Kort om mig Generelle flowterminologier Måleprincipper anvendelse og muligheder Dimensionering Montage / installation Spørgsmål www.insatech.com 2
Jacob Steffensen Opvokset og bosat i Rødby på Lolland Mat.stud Maribo Gymnasium Aalborg Universitet (2004 2006) Martec Maskinmesterskole, Frederikshavn (2007 2010) 3D-systemkonstruktør CH Marine Consult (2010 2011) Driftsoperatør REFA fjernvarmeværk Nykøbing F (2012 2013) Salgsingeniør INSATECH A/S (2013) Jacob Steffensen Product Manager Flow jst@insatech.com Tlf. +45 2761 4500 Product Manager Flow (2014 - ) www.insatech.com 3
Generelle flowterminologier
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. www.insatech.com 5
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] www.insatech.com 6
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 www.insatech.com 7
Generelt Tryk og temperatur www.insatech.com 8
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 www.insatech.com 9
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 aktuel @10bar 25 C 1000Nm³/h = 181,5m³/h aktuel @ 6bar 25 C Dertil kommer temperaturindflydelsen www.insatech.com 10
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%! www.insatech.com 11
Generelt Reynolds tal www.insatech.com 12
Generelt Laminart og turbulent flow www.insatech.com 13
Flowprofil Turbulent flow (fuldt udviklet hastighedsfordeling) www.insatech.com 14
Flowprofil Laminart flow (fuldt udviklet hastighedsfordeling) www.insatech.com 15
Måleprincipper Anvendelse og muligheder
Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Magnetisk induktiv: www.insatech.com 17
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! www.insatech.com 18
Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Vortex: www.insatech.com 19
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. www.insatech.com 20
Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Coriolis: www.insatech.com 21
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. www.insatech.com 22
Måleprincip Masseflow og Densitet Når mediet løber igennem måleren, vil Coriolis effekten generere en faseforskydning imellem ind og udløb, som er proportional med masseflowet. www.insatech.com 23
Måleprincip Masseflow og Densitet Volumenflow, flowhastighed og koncentration kan beregnes ud fra det målte masseflow og densiteten. www.insatech.com 24
Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Variabel areal (metalrør): Variabel areal (plast + glasrør): www.insatech.com 25
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 www.insatech.com 26
Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Termisk: www.insatech.com 27
Måleprincip In-line www.insatech.com 28
Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Måleblænde & Venturi: Dp-pitotrør: www.insatech.com 29
Måleprincip Måleblænden - Elementer Primær element Sekundær element Måleblænde Pitotrør + Dyse Venturi www.insatech.com 30
Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Ultralyd (Clamp-on): Ultralyd (In-line): www.insatech.com 31
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. www.insatech.com 32
Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Mekanisk: Positive displacement (Fortrængningsmåler) www.insatech.com 33
Måleprincipper - anvendelsesmuligheder Flowcomputer: www.insatech.com 34
www.insatech.com Måleprincipper - anvendelsesmuligheder
Dimensionering
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) www.insatech.com 37
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 + 1 2 m f2 www.insatech.com 38
Dimensionering - Tryktab Trykfald er forskellen på P1 P2 Tryktab er det tryk der ikke genetableres, P1 P2 www.insatech.com 39
Dimensionering Flowhastighed og usikkerhed www.insatech.com 40
Dimensionering Flowhastighed og usikkerhed www.insatech.com 41
Dimensionering Nøjagtighed vs. gentagelsesnøjagtighed www.insatech.com 42
Montage / installation
Montage / installation Forstyrrelse af flowprofil www.insatech.com 44
Montage / installation Asymmetrisk flowprofil www.insatech.com 45
Montage / installation Asymmetrisk flowprofil SWIRL www.insatech.com 46
Montage / installation Flowretter (Flow straightener) www.insatech.com 47
Montage / installation Respektafstand www.insatech.com 48
Montage / installation Respektafstand www.insatech.com 49
Spørgsmål?
www.insatech.com 51