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Definitive Anleitung zur Differenzdruckmessung

Definitive Anleitung zur Differenzdruckmessung

Die Differenzdruck- (DP-) Durchflussmesstechnik war und ist der am weitesten verbreitete Ansatz, da Anlagen auf ein höheres Maß an operativer Exzellenz hinarbeiten. Es ist nicht schwer zu verstehen warum. Ingenieure und Techniker verstehen, wie es funktioniert, es kann mit jeder Art von Flüssigkeit (Flüssigkeiten, Gase, Dampf usw.) umgehen, Installationen können in jeder Größe gebaut werden, und es eignet sich sogar für DIY-Installationen.

Gleichzeitig hat es ein paar Nachteile. DP-Durchflussmesser verursachen Leitungsdruckverlust, sie benötigen lange gerade Rohrabschnitte, um die Genauigkeit zu gewährleisten, und viele dieser DIY-Setups sind Wartungsprobleme mit undichten Impulsleitungen. Im Laufe der Jahrzehnte haben Instrumentierungsanbieter hart gearbeitet, um die grundlegenden Vorteile der DP-Strömungstechnologie beizubehalten und gleichzeitig ihre Nachteile zu mindern.

Einige der ersten Dinge, die Benutzer loswerden wollten, waren die lästigen externen Impulsleitungen und langen geraden Rohrabschnitte. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden Durchflussmessgeräte eingeführt, die anstelle einer einzelnen Öffnung vier Öffnungen verwenden, um das erforderliche DP-Signal zu erzeugen.

Sie montieren den DP-Transmitter direkt mit integrierten Impulsleitungen an den Flansch, wodurch separate Rohrleitungsabgriffe und -leitungen entfallen. Das Ergebnis: eine auslaufsichere Installation, die zwischen zwei Flanschen irgendwo in der Rohrleitung installiert werden kann, wo auf beiden Seiten mindestens zwei Durchmesser des geraden Rohrs vorhanden sind. Dies vereinfacht die Installation und den Betrieb, da eine Messung überall hinzugefügt werden kann.

Die DP-Technologie ist auf jede Liniengröße skalierbar, aber wenn Anwender mit großen Rohrdurchmessern arbeiten müssen, werden zusätzliche Armaturen und Flansche teuer. Bei diesen Installationen vermeidet die Verwendung eines Annubar ™ Averaging Pitot Tubes teure Rohrmodifikationen. Für die Montage genügt ein kleines Loch durch die Rohrwand, um das Annubar-Sensorelement einzusetzen.

Bei Rohren mit großem Durchmesser sind die Kosten eines Annubar-Durchflussmessers exponentiell geringer als bei anderen primären Elementen. Die Konfiguration umfasst auch integrierte Impulsleitungen für den leckagefreien Betrieb. Die Annubar Durchflussmesser-Option ist eine ausgezeichnete Wahl für Anwendungen jeder Größe, bei denen es entscheidend ist, den Druckverlust zu minimieren, da sie die kleinste Rohrverstopfung darstellt.

In Situationen, in denen Prozessanforderungen mehr erfordern als eine einfache Volumenstrommessung, kann die Verwendung eines multivariablen DP-Transmitter-Setups einen vollständig kompensierten Massenstrom-Messwert liefern. Durch Hinzufügen eines Temperatur- und statischen Drucksensors für das Fluid und einiger Fluidkennwerte können viele zusätzliche Variablen berechnet werden, einschließlich Massenstrom, Energiefluss, Gesamtfluss, Prozesstemperatur, statischer Druck und mehr.

Diese Fähigkeiten zusammen mit hochentwickelter Transmittertechnologie haben eine breite Produktlinie hervorgebracht, die hohe Turn-Down-Verhältnisse, Gerätediagnose und robuste mechanische Festigkeit aufweist, unterstützt durch außergewöhnlich stabile und wartungsfreie Leistung, die die Anlagenrentabilität Jahr für Jahr steigern kann.

Anwender haben diese präzisen Messungen genutzt, um eine präzisere Prozesssteuerung und -optimierung zu erreichen und gleichzeitig Produktionsausfälle und Wartungskosten zu reduzieren.

Ja, die DP-Strömungstechnologie ist lebendig und gut und zeigt keine Anzeichen, dass sie für die Vielseitigkeit der Durchflussmessung übertroffen wird.

Differenzdruckmesser

Auswahl des richtigen Differenzdruck-Durchflussmessers

Das Erreichen einer Differenzdruckmessung erfordert zwei Schlüsselelemente - ein primäres Element, das eine Einschränkung oder Reduzierung der Durchflussleitung erzeugt, um einen Druckabfall zu verursachen - und einen Differenzdrucktransmitter, um den Durchfluss zu berechnen.

Die Auswahl des richtigen Differenzdruck-Durchflussmessers erfordert ein Verständnis der Schlüsselfaktoren, die ihre Eignung für bestimmte Arten von Anwendungen beeinflussen können, einschließlich:

Berechnung des Differenzdrucks

Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Differenzdruck stellt die Basis dar, auf der alle Differenzdruckvorrichtungen arbeiten.

Wenn das gemessene Fluid mit einer Geschwindigkeit durch die Restriktion fließt, wird die Fläche des Fluidweges reduziert, was bewirkt, dass sich das Fluid mit einer höheren Geschwindigkeit bewegt, um die gleiche Strömungsrate aufrechtzuerhalten.

Wenn die Geschwindigkeit zunimmt, nimmt auch die kinetische Energie zu, was zu einer Verringerung der Druckenergie führt. Dies erzeugt einen niedrigeren Druck in der Engstelle des Messgeräts im Vergleich zu dem stromaufwärts des Rachens.

Jede DP-Vorrichtung weicht zu einem gewissen Grad von der berechneten Beziehung ab, die auf dem Verhältnis von Beschränkungsdurchmesser zu Rohrdurchmesser basiert. Ein Grund dafür ist, dass, wenn das Fluid durch die Restriktion hindurchtritt, es für eine kurze Distanz "konvergiert". Dies bedeutet, dass der minimale Durchmesser des Flüssigkeitsstrahls (Vena Contracta genannt) kleiner sein kann als der Hals der Restriktion und die Geschwindigkeit darin höher ist, wie im folgenden Diagramm gezeigt:

Differenzdruck-Flussdiagramm

Folglich ist die tatsächliche Druckreduzierung größer als die aus dem Begrenzungsdurchmesser berechnete. Um dies zu korrigieren, wird ein Koeffizient der Entladung angewendet. Der ideale Wert dieses Koeffizienten wäre 1.0, aber der tatsächliche Wert variiert von einer Klasse der DP-Vorrichtung zur anderen. Es variiert auch innerhalb einer gegebenen Klasse von Vorrichtungen, abhängig von dem Verhältnis ((dem Verhältnis des Beschränkungsdurchmessers zu dem Rohrbohrungsdurchmesser).

Wenn das Messgerät zur Durchflussmessung verwendet wird, ist es notwendig, den erzeugten Differenzdruck zu kennen, der normalerweise mit einem Differenzdrucktransmitter erreicht wird. Kenne deine Reynolds-Zahl

Reynolds-Zahlen sind ein Mittel, um die Dynamik von zwei oder mehr Strömungssystemen zu vergleichen, die geometrisch ähnlich, aber in ihrer Größe verschieden sind. Um den geeigneten Durchflussmesser auszuwählen, muss die Reynolds-Zahl der Anwendung berechnet werden.

Dies ist das Verhältnis von Impuls zu Viskosität und kann durch Berechnen der minimalen und maximalen Fluidströmungs- und Viskositätszahlen der Anwendung erhalten werden. Eine allgemeine Anleitung zur Anpassung der Auswahl des DP-Durchflussmessers an die Reynolds-Zahlen ist nachstehend aufgeführt:

Primäres Element

Empfohlener Service

Minimaler Reynolds-Wert

Blende

Quadratische Kante konzentrisch

Konische / Quadrantenkante konzentrisch

Exzentrisch / segmental

Saubere Flüssigkeiten, Gase und Dampf

Viskose Flüssigkeiten

Flüssigkeiten und Gase mit sekundären Flüssigkeitsphasen

≥ 2000

≥ 500

10,000

Pitot-Röhren

Saubere Flüssigkeiten, Gase und Dampf; kontaminierte Gase

12,000

Venturi

Saubere und schmutzige Flüssigkeiten, Gase, Dampf und viskose Flüssigkeiten

Variiert je nach Spezifikation (Größe, Durchflusskapazität usw.)

Strömungsdüsen

Saubere Flüssigkeiten, Gase und Dampf

50,000

Keilelemente

Schmutzige Flüssigkeiten, Gase, Dämpfe, Schlämme und viskose Flüssigkeiten

500

Reynolds-Zahlen ermöglichen die Verwendung einer üblichen Flüssigkeit wie Wasser als Kalibrierungsmedium für Flüssigkeiten und Gase. Gase haben jedoch sehr niedrige Viskositäten und neigen dazu, bei hohen Rohrleitungsgeschwindigkeiten übertragen zu werden.

Wie aus der Formel der Reynolds-Zahl schnell abgeleitet werden kann, führt dies dazu, dass sehr hohe Reynolds-Zahlen erzeugt werden, viel höher als diejenigen, die normalerweise mit Wasser als Kalibriermedium erreichbar sind.

Dies schafft oft die Anforderung, dass das Kalibrierungsmedium in der gleichen "Phase" wie die Anwendung sein muss, um seine Stabilität unter Betriebsbedingungen zu verbessern. Diese Faktoren führen dazu, dass einige Geräte unter Verwendung von Gas kalibriert werden, ein komplexer und kostspieliger Vorgang, der häufig die Verwendung von spezialisierten Gaskalibrierungszentren von Drittanbietern erfordert.

Wenn eine Wasserkalibrierung akzeptabel ist, verfügen einige von ihnen über geeignete Wasserkalibrierungsanlagen, die ihnen eine wirtschaftliche Kalibrierung des Durchflusses ermöglichen.

Berechnung der Dichte mit Differenzdruck

Die Temperatur kann einen Fehler bei der hydrostatischen Füllstandsmessung verursachen, insbesondere wenn sich die Temperatur ändert, kann sich auch die Dichte des zu messenden Fluids ändern, was bedeutet, dass die vom Gerät durchgeführte Füllstandberechnung mit dem falschen Dichtewert durchgeführt wird, was zu einer Ineffizienz führt Öffnen der Tür zu einer potenziellen Überfüllung.

Das ist ein großes Problem. Was können Bediener tun, wenn sie wissen, dass sich die Dichte ständig ändert (entweder aufgrund von Temperatur- oder Prozessbedingungen) und der Füllstand nicht korrekt ist?

Haben die Mathematik

Ein Differenzdrucksensor kann verwendet werden, um den hydrostatischen Füllstand zu messen und die Dichte zu berechnen. Solange Flüssigkeit beide Montageöffnungen eines Differenzdrucksensors bedeckt, können Benutzer die Dichte der Flüssigkeit berechnen.

Um Flüssigkeiten mit wechselnden Dichten zu berücksichtigen, können Benutzer die grundlegende Formel für den hydrostatischen Füllstand neu anordnen und nach Dichte auflösen. Um die Gleichung zu vervollständigen, muss man jedoch den Flüssigkeitsstand kennen. Aber wie soll man den Flüssigkeitsstand kennen, wenn sich die Dichte ändert? Hier kommt der Differenzdruck (DP) zum Tragen.

Ein Differenzdrucksensor misst den Druck an zwei verschiedenen Punkten. Solange diese zwei Punkte von der Flüssigkeit bedeckt sind, wird die Höhe der Messung der Abstand zwischen den Befestigungsöffnungen und der Druck, der für die Berechnung verwendet wird, ist die Differenz zwischen den beiden, oder der DP.

Jetzt, wo wir das Niveau (Abstand zwischen den Anschlüssen) und den Druck (die Differenzdruckmessung) haben, ist die einzige Variable, die in der grundlegenden hydrostatischen Druckformel übrig bleibt, die Dichte, die wir jetzt für die Verwendung der anderen zwei Variablen lösen können.

So kann man mit einer DP-Messung die wechselnde Dichte der Flüssigkeit berechnen.


Dieser Artikel wurde von beigetragen;

Emerson Automation Solutions

ABB Messung und Analyse

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