Qual è la differenza tra la portata di lavoro e quella standard nei misuratori di portata del gas?

Non necessariamente. La capacità del compressore può essere espressa alle condizioni di riferimento, mentre il contatore riporta il volume di gas che passa attraverso il tubo pressurizzato. Entrambe le letture possono descrivere la stessa quantità di gas.

Questa è la differenza traportate di gas effettive e standard, a volte chiamate portate di lavoro e standard. Comprenderlo è essenziale quando si converte il consumo di gas, si calcola la velocità della tubazione o si seleziona un flussometro di gas industriale.

La conversione dipende dalla pressione assoluta, dalla temperatura, dalle proprietà del gas e dalle condizioni di riferimento utilizzate. Per il dimensionamento del contatore, gli ingegneri devono considerare anche l'intero intervallo operativo piuttosto che un singolo valore di portata nominale.

Flusso di gas effettivo o standard: qual è la differenza?

Il flusso volumetrico effettivo è il volume di gas che si muove attraverso una tubazione alla pressione e alla temperatura di esercizio. Può essere espresso in m³/h effettivi, Am³/h o ACFM.

La portata volumetrica standard esprime il volume di gas equivalente alle condizioni di riferimento specificate. Le unità comuni includono Nm³/h, Sm³/h e SCFM.

Quando il gas viene compresso, la sua densità generalmente aumenta e la stessa massa occupa meno volume. Di conseguenza, il flusso volumetrico effettivo può essere molto inferiore al flusso volumetrico standard in una tubazione pressurizzata.

Il flusso di massa è diverso da entrambi. Rappresenta la massa che attraversa una sezione di misura nell'unità di tempo, comunemente in kg/h. La relazione è spiegata ulteriormente in FlowTconfronto tra flusso di massa e flusso di volume.

Quali sono le condizioni di riferimento del gas standard?

Non esiste una temperatura di riferimento universale per ogni applicazione di misurazione del gas. A seconda dello standard applicabile o dell'accordo commerciale, le temperature di riferimento possono includere 0 gradi, 15 gradi, 20 gradi o 60 gradi F.

Per esempio,ISO 13443stabilisce le condizioni di riferimento per il gas naturale, tra cui temperatura, pressione e umidità. Altre applicazioni industriali potrebbero utilizzare condizioni contrattuali di riferimento diverse.

Pertanto, una specifica che indichi solo "1.000 Nm³/h" è incompleta a meno che non siano note le condizioni di riferimento applicabili. La pressione deve essere identificata come assoluta e la base del gas deve essere coerente, compreso se la quantità riportata si riferisce al gas secco o umido.

Ciò è importante quando si confrontano apparecchiature di diversi fornitori. Una quantità di gas espressa a 20 gradi occupa circa il 7,3% in più di volume rispetto a 0 gradi quando la pressione è invariata e si presuppone il comportamento del gas-ideale.

Formula di conversione del flusso di gas da effettivo a standard

Per la composizione del gas invariata, la relazione tra il flusso volumetrico effettivo e quello di riferimento è:

Qstd=Qactual × (Pactual / Pstd) × (Tstd / Tactual) × (Zstd / Zactual)

Per calcolare il flusso volumetrico effettivo dal flusso standard:

Qactual=Qstd × (Pstd / Pactual) × (Tactual / Tstd) × (Zactual / Zstd)

• Qstd: portata volumetrica alle condizioni di riferimento
• Qeffettiva: portata volumetrica alle condizioni di esercizio
• Pstd e Pactual: pressioni assolute
• Tstd e Tactual: temperature in Kelvin
• Zstd e Zactual: fattori di comprimibilità del gas

Convertire la pressione relativa prima del calcolo

Uno degli errori più comuni è considerare la pressione relativa come pressione assoluta.

Pressione assoluta=Pressione relativa + Pressione atmosferica locale

Per una tubazione funzionante a 7 bar(g), assumendo una pressione atmosferica di 1,01325 bar:

Barra=7 + 1.01325=8.01325 effettiva(a)

Utilizzando invece 7 bar(a) si sovrastimerebbe il volume effettivo calcolato di circa il 14,5% in questo esempio, con le altre variabili invariate.

Per ulteriori chiarimenti, vedere la spiegazione FlowT diPSI, PSIA e PSIG. Un adattotrasmettitore di pressionepuò fornire informazioni sulla pressione a un sistema di compensazione, ma è necessario verificarne il tipo di misurazione e l'intervallo di calibrazione.

Perché il fattore di compressibilità è importante

Il fattore di compressibilità Z tiene conto delle deviazioni dal comportamento del gas-ideale. Varia con la composizione del gas, la pressione e la temperatura.

Per una stima preliminare del-gas ideale, gli ingegneri a volte presuppongono Zactual/Zstd=1. Questo presupposto non deve essere trattato come una proprietà verificata dell'aria compressa o del gas naturale a pressioni elevate.

Considera un calcolo del gas-ideale che produce 100 m³/h. Se il rapporto Zactual/Zstd effettivo è 0,97, il risultato corretto diventa 97 m³/h. Se il rapporto è 1,03 il risultato diventa 103 m³/h.

Questi rapporti sono valori di sensibilità illustrativi, non proprietà del gas misurato. Mostrano che un'ipotesi di compressibilità errata influisce direttamente sul risultato della conversione.

Per il gas naturale,ISO15970affronta la misurazione delle proprietà utilizzate nella conversione del volume, tra cui pressione, temperatura, densità e fattore di compressione. È necessario utilizzare metodi-proprietà del gas e informazioni sulla composizione appropriati laddove la precisione della misurazione lo richieda.

Esempio 1: convertire 800 Nm³/h di aria compressa

Considera un sistema di aria compressa-con le seguenti condizioni presupposte:

• Portata di riferimento: 800 Nm³/h
• Temperatura di riferimento: 0 gradi (273,15 K)
• Pressione di riferimento: 1,01325 bar(a)
• Pressione operativa: 7 bar(g)
• Temperatura operativa: 35 gradi (308,15 K)
• Pressione atmosferica presunta: 1,01325 bar
• Zactual/Zstd presunto: 1

Innanzitutto convertire la pressione di esercizio in 8,01325 bar(a).

Qeffettivo=800 × (1,01325 / 8,01325) × (308,15 / 273,15)

Qeffettivo ≈ 114,1 m³/h

Con queste ipotesi, la stessa quantità di gas rappresentata da 800 Nm³/h occupa circa 114,1 m³ all'ora all'interno della tubazione pressurizzata.

Calcolare la velocità della pipeline

Supponiamo che la tubazione abbia un diametro interno effettivo di 100 mm. La sua area trasversale-sezionale è di circa 0,007854 m².

Velocità=(114,1 / 3600) / 0,007854 ≈ 4,04 m/s

Se un ingegnere utilizzasse erroneamente 800 m³/h come portata operativa, la velocità calcolata sarebbe di circa 28,3 m/s.

Tale differenza potrebbe influenzare materialmente la dimensione del contatore proposta e il campo di misurazione. Utilizzare sempre il diametro interno effettivo e non semplicemente la designazione nominale del tubo.

Per le applicazioni in cui è preferibile la misurazione diretta-correlata alla massa, FlowT fornisceopzioni di misurazione del flusso di massa del gas. La loro idoneità deve essere verificata rispetto alla composizione del gas e alle condizioni operative.

Esempio 2: calcolare un intervallo operativo per il gas naturale

Un sistema di gas naturale raramente funziona a pressione, temperatura e portata fisse. La scelta del misuratore dovrebbe considerare il flusso volumetrico effettivo minimo e massimo.

Assumere la seguente ipotetica specificazione:

• Portata di riferimento: 300–1.000 Sm³/h
• Condizioni di riferimento: 15 gradi e 1,01325 bar(a)
• Pressione operativa: 3–8 bar(g)
• Temperatura operativa: 10–50 gradi
• Pressione atmosferica presunta: 1,01325 bar
• Zactual/Zstd=1 per il calcolo preliminare

In questo modello semplificato il volume effettivo maggiore si verifica quando il flusso e la temperatura di riferimento sono massimi e la pressione operativa è minima.

Qeffettivo,max=1000 × (1,01325 / 4,01325) × (323,15 / 288,15) ≈ 283,1 m³/h

Il volume effettivo più piccolo si verifica con il flusso di riferimento minimo, la pressione massima e la temperatura minima.

Qeffettivo,min=300 × (1,01325 / 9,01325) × (283,15 / 288,15) ≈ 33,1 m³/h

L'inviluppo di flusso effettivo preliminare è di circa 33–283 m³/h.

Questi valori non sono dati finali di progettazione del gas naturale. Presuppongono estremi operativi indipendenti e comportamento del gas-ideale. In una struttura operativa, pressione, temperatura e domanda possono essere correlate e deve essere valutato il fattore di compressibilità.

Per un tubo con un diametro interno effettivo di 150 mm, l'intervallo di velocità corrispondente è di circa 0,52–4,45 m/s.

Questo intervallo è il punto di partenza per la selezione del misuratore, non la prova che un particolare misuratore possa misurarlo.

Come dimensionare un misuratore di portata del gas utilizzando il flusso effettivo

Una volta calcolata la portata effettiva, il passaggio successivo consiste nel confrontare il campo operativo con i limiti prestazionali pubblicati del contatore selezionato.

Passaggio 1: stabilire le condizioni operative reali

Registra il flusso di gas minimo, normale e massimo insieme alle pressioni e temperature corrispondenti. Ove possibile, utilizzare dati operativi simultanei anziché combinare estremi non correlati.

Identificare la composizione del gas, le condizioni di umidità, l'intervallo di pressione e lo scopo di misurazione richiesto. Il monitoraggio dei processi e la misurazione dei trasferimenti di custodia-regolamentati possono avere requisiti di apparecchiature diversi.

Passaggio 2: calcolare il flusso e la velocità effettivi

Convertire il flusso di riferimento nel flusso effettivo in ciascun punto operativo rilevante. Utilizzare la correzione di compressibilità appropriata e il diametro interno effettivo del tubo.

Calcolare la velocità utilizzando Qactual diviso per l'area del flusso interno. Ciò aiuta a selezionare le tecnologie volumetriche, ma la velocità da sola non ne stabilisce l'idoneità.

Passaggio 3: verificare l'intervallo di misurazione del produttore

Confrontare i punti operativi più basso e più alto con i limiti specificati del contatore candidato.

Per unmisuratore di portata a vortice, il limite di misurazione inferiore dipende dalla progettazione dello strumento e da condizioni quali la densità del gas e il numero di Reynolds. Un contatore che funziona correttamente con un flusso normale potrebbe non fornire un segnale affidabile alla domanda minima.

Per unmisuratore di portata massico termico, confermare il gas calibrato, l'intervallo del flusso di massa-, le proprietà termiche, i limiti di temperatura e i requisiti di installazione.

Se il flusso minimo calcolato scende al di sotto del limite inferiore convalidato dallo strumento, selezionare un contatore più grande semplicemente per accogliere il flusso di picco non risolverà il problema.

Passaggio 4: verificare la precisione e le condizioni di installazione

Leggere attentamente le specifiche di precisione. La precisione espressa come percentuale della lettura non equivale a una percentuale del fondo scala, in particolare a flusso basso.

Controllare le lunghezze dei tubi diritti-richiesti, i disturbi del flusso, la perdita di pressione, le vibrazioni, i collegamenti elettrici e i requisiti delle aree pericolose-.

Per unmisuratore di portata massico termico ad inserzione, la posizione di installazione e il profilo di velocità sono importanti. Per uno strumento Vortex in linea, è necessario che siano soddisfatti il ​​numero di Reynolds operativo e la densità del gas specificati.

Massa termica vs Vortice: quale misuratore si adatta all'applicazione?

La misurazione della massa termica può essere interessante per il monitoraggio del consumo di aria compressa pulita-, in particolare quando l'output richiesto è il flusso di massa o un volume di riferimento equivalente. Anche FlowT elencastrumenti di massa termica per la misura del gas.

La tecnologia Vortex può essere adatta per condizioni di gas di processo-stabili quando la velocità effettiva e la densità del gas rimangono entro l'intervallo convalidato. È necessario verificare la disponibilità delle funzioni di compensazione per la configurazione selezionata.

La tecnologia a ultrasuoni è un'altra opzione possibile per alcune applicazioni con gas. La sua idoneità dipende dal design dello strumento, dalle proprietà acustiche del gas, dall'installazione e dalle condizioni operative. FlowTspiegazione del misuratore di portata del gas ad ultrasuonifornisce ulteriori informazioni.

Nessuna tecnologia di misurazione dovrebbe essere scelta esclusivamente perché il trasmettitore può visualizzare Nm³/h o Sm³/h.

Errori comuni di conversione e dimensionamento del flusso di gas

• Utilizzando la pressione relativa come pressione assoluta:Ciò produce un rapporto di pressione errato e quindi una conversione volumetrica errata.
• Inserimento di Celsius nell'equazione dei gas:I rapporti di temperatura devono utilizzare i Kelvin.
• Ignorando le condizioni di riferimento:Due letture di volume-standard potrebbero non essere direttamente confrontabili quando la temperatura, la pressione o l'umidità di riferimento differiscono.
• Supponendo Z=1 senza valutazione:Ciò può introdurre errori di conversione sistematici, in particolare in condizioni impegnative di gas reale-.
• Dimensionamento in base alla sola portata standard nominale:I flussi minimi e massimi effettivi potrebbero essere molto diversi dai volumi di riferimento-.
• Confondere gli indicatori con il principio di misurazione:Un contatore che riporta il volume standard può derivare tale valore dalla misurazione della massa o dal volume effettivo compensato.

Anche la composizione del gas è importante. Uno strumento termico calibrato per l'aria non può essere automaticamente considerato accurato per una diversa miscela di gas. Allo stesso modo, uno strumento volumetrico richiede informazioni appropriate sulla densità quando si calcola il flusso di massa.

Quali informazioni dovresti inviare a un fornitore di misuratori di portata del gas?

Una richiesta di preventivo utile dovrebbe includere informazioni sufficienti affinché il fornitore possa valutare l'intera gamma operativa.

• Nome del gas, composizione e variazione prevista
• Flusso minimo, normale e massimo
• Base del flusso effettivo, standard o di massa
• Pressione di riferimento, temperatura e base di gas secco/umido
• Intervalli di pressione e temperatura di esercizio
• Diametro interno della tubazione e dettagli di connessione
• Lunghezza del tubo dritto-disponibile e condizioni di installazione
• Precisione richiesta, totalizzazione e segnali di uscita
• Aree pericolose-requisiti normativi o, ove applicabile

Se è necessaria la compensazione della pressione o della temperatura, verificare se viene eseguita all'interno del trasmettitore o da un sistema di controllo esterno. Per le installazioni che utilizzano la misurazione della pressione separata, selezionatotrasmettitore di pressione industrialedovrebbe essere rivisto per la compatibilità dei mezzi e l'intervallo di pressione richiesto piuttosto che selezionato solo in base al segnale di uscita.

Domande frequenti

La portata operativa è uguale alla portata effettiva?

Solitamente, il flusso di lavoro si riferisce al flusso volumetrico effettivo alla pressione e alla temperatura di esercizio. Tuttavia, il termine dovrebbe essere confermato nelle specifiche del progetto.

È possibile convertire Nm³/h in m³/h utilizzando un fattore fisso?

Solo quando le condizioni operative e di riferimento sono fisse e le relative proprietà del gas sono note. La modifica della pressione, della temperatura o della compressibilità modifica il fattore di conversione.

Un misuratore di portata massico termico necessita di compensazione della pressione?

In genere non è necessaria la stessa correzione della pressione volumetrica-della temperatura utilizzata per convertire una misurazione del volume-effettivo in un flusso di massa. Tuttavia, la pressione, la temperatura, la composizione del gas e le condizioni di calibrazione possono comunque influenzare le prestazioni di misurazione.

Un misuratore di portata del gas deve essere dimensionato utilizzando la portata effettiva o quella standard?

Per le tecnologie volumetriche, il flusso e la velocità effettivi sono essenziali. Per le tecnologie basate sulla massa-, è necessario verificare il relativo intervallo di portata-di massa e le condizioni operative calibrate. La decisione finale deve seguire le specifiche del produttore.

Perché un contatore del gas è impreciso a basso flusso?

Le possibili cause includono il funzionamento al di sotto del flusso minimo convalidato, proprietà del gas non idonee, disturbi di installazione, contaminazione del sensore o impostazioni di compensazione errate. La causa deve essere indagata utilizzando le informazioni diagnostiche e la documentazione tecnica del misuratore.

Considerazioni finali

Le portate di gas effettive e standard rappresentano la stessa quantità di gas in diverse condizioni di volume. La loro conversione richiede condizioni di riferimento chiaramente definite, pressione assoluta, temperatura e correzione delle proprietà del gas-appropriata.

Per la selezione dello strumento, la domanda più importante è se l'intervallo di flusso operativo calcolato rientra nei limiti di misurazione convalidati del contatore. Una conversione corretta è solo il primo passo.

FlowT offre soluzioni di misurazione del gas basate su diverse tecnologie. Se si specifica un contatore per aria compressa, azoto o un altro gas industriale, fornire le condizioni operative, la composizione del gas, l'intervallo di flusso e le unità di uscita richieste in modo che la configurazione proposta possa essere esaminata.

Contattare FlowT per la selezione del misuratore di portata del gas e il supporto per i preventivi