Sesuatu tentang meter aliran turbin gas

Reka bentuk komponen utama meter aliran turbin gas

Rajah 1 ialah gambarajah skematik meter aliran turbin gas biasa. Tidak seperti meter aliran turbin cecair , meter aliran gas mempunyai reka bentuk yang berbeza. Perubahan yang paling ketara ialah hab besar dan saluran aliran yang agak kecil. Ini terutamanya bertujuan untuk memperkenalkan tork sebanyak mungkin pada rotor dengan membenarkan bendalir mengalir melalui kawasan dengan jejari yang besar dan dengan meningkatkan halaju aliran. Perbezaan lain ialah penggunaan output gear cacing yang kerap untuk memaparkan hasil, yang dilakukan untuk memenuhi keperluan pihak berkuasa negara untuk paparan mekanikal. Walau bagaimanapun, kaedah elektronik untuk mengeluarkan kadar aliran juga biasa digunakan. Bonner dan Lee (1992) mendokumentasikan inovasi penting dari tahun 1960-an, seperti bilah bertindih yang dipintal secara heliks dengan hujung yang memanjang jauh ke dalam alur di dinding paip.

Schematic of a DN100 gas turbine flowmeter

Rajah 1 Skema bagi meter alir turbin gas DN100

Lee et al. (1982) mencadangkan reka bentuk yang menggabungkan rotor sekunder yang dipasang di belakang rotor primer. Rotor sekunder digunakan untuk memantau keadaan operasi meter alir. Nisbah kelajuan antara rotor sekunder dan primer berubah apabila aliran udara keluar dari rotor primer terpesong atau terganggu. Variasi dalam aliran gas masuk juga boleh mempengaruhi nisbah ini. Reka bentuk ini didakwa membolehkan pembetulan sendiri.

Reka bentuk galas meter aliran turbin gas

External lubrications for gas turbine flow meter bearing

Pelinciran luaran untuk galas meter aliran turbin gas

Galas bebola terlindung kadangkala digunakan. Dalam sesetengah reka bentuk, pelinciran luaran dengan minyak instrumen diperlukan untuk sensor meter aliran turbin gas. Pelincir khas digunakan semasa mengukur oksigen. Di bawah keadaan operasi biasa, pelinciran perlu dilakukan dua hingga tiga kali setahun. Reka bentuk tertentu, seperti yang menggunakan galas bebola tertutup, tidak memerlukan pelinciran luaran. Galas bebola tertutup sesuai untuk mengukur gas yang mengandungi zarah pepejal.

Bahan penderia meter aliran turbin gas

Bahan pemutar biasa meter aliran turbin gas ialah resin polioksimetilena (POM) atau aluminium, dengan aluminium lebih biasa untuk saiz melebihi 150 mm. Keluli tahan karat juga digunakan dalam beberapa kes.

Dimensi dan Julat Aliran meter aliran turbin gas

Meter aliran turbin gas 3 inci

Julat ukuran meter aliran turbin gas 1 inci ialah 0.8~10 m³/j, manakala model meter aliran gas 2” meliputi 5~100 m³/j (dengan kadar aliran tindak balas minimum 1.2 m³/j). Untuk meter aliran gas 24 inci, julat ialah 1000~25,000 m³/jA0000000 model tertentu. bilangan bilah pemutar biasanya berkisar antara 12 hingga 24, dengan frekuensi nadi maksimum 3 kHz Kedudukan tekanan maksimum ialah 100 bar. Data di atas sangat berbeza untuk produk daripada pengeluar yang berbeza.

Kehilangan tekanan meter aliran dengan diameter 2 inci meter aliran turbin gas pada kadar aliran maksimum ialah 5.5 mbar, dan pada diameter 600 mm ia adalah 14 mbar. Kehilangan tekanan sudah tentu berkaitan dengan ketumpatan, serta tekanan dan jenis gas yang mengalir. Pengeluar meter aliran turbin gas harus menyediakan data rujukan yang berbeza untuk keadaan operasi yang berbeza.

Meter aliran turbin gas Ketepatan

Ketidakpastian biasa ialah 2% daripada kadar aliran minimum Q min sehingga 20% daripada kadar aliran maksimum Q max , dan 1% daripada 20% hingga 100% daripada Q max . Kelinearan yang diisytiharkan mencapai 0.5%.

Kelinearan optimum dicapai pada nisbah turndown 20:1, dengan sisihan ±0.5% dan kebolehulangan ±0.02%. Halaju aliran maksimum ialah 30 m/s.

Data juga menunjukkan kestabilan penentukuran yang sangat baik, dengan hanyut hanya 0.2% sepanjang 9 tahun, di mana kira-kira 10⁸m³ gas asli melalui meter alir pada tekanan talian 8 bar.

Van der Grinten (1990) membentangkan lengkung ralat untuk meter aliran turbin gas, mengambil kira seretan gas antara bilah, kesan lapisan sempadan paip, dan geseran galas. Rajah 2 menggambarkan lengkung ini dan juga mendedahkan bagaimana prestasi meter alir berbeza dengan tekanan dan jenis gas.

Nisbah julat meter aliran turbin konvensional meningkat secara linear dengan punca kuasa dua nisbah ketumpatan gas. Pada tekanan 20 bar, nisbah julat mencapai 100:1, manakala tekanan kerja pada aras mBar ialah 15:1 (Griggiths dan Newcombe, 1970). Watson dan Furness (1977) mendakwa bahawa julat bendalir yang boleh dicapai untuk nitrogen tekanan rendah ialah 5:1, dan 30:1 untuk gas asli bertekanan tinggi.

Van der Kam dan Dam (1993) mendapati bahawa ketepatan operasi turbin pada 25% daripada kadar alir maksimum ialah ± 0.5%, dan dalam julat yang lebih rendah ialah ± 1%. Mereka juga mendapati bahawa ralat adalah kurang daripada 0.5% apabila julat tekanan adalah antara 1 dan 10 bar, manakala flowmeter model lama mempunyai ralat sebanyak 1%. Pengaruh nombor Reynolds pada turbin boleh dirujuk kepada perubahan ketumpatan dalam beberapa kes. Data percubaan mereka mempunyai kadar pengulangan sebanyak 0.1%. Dalam laporan lain oleh Erdal dan Cabrol (1991), ia menunjukkan bahawa kadar ulangan enam meter aliran turbin 6 inci adalah 0.24%, dengan lineariti 0.42% dan kadar ulangan harian kira-kira 0.05%. Dalam tempoh yang lebih lama, jika ia melebihi 4 tahun, ia akan menjadi kurang daripada 0.05%.

De Jong dan van der Kam (1993) mendapati hanyut 0.2% hingga 0.3% dalam keputusan penentukuran, manakala Koning, van Essen, dan Smid (1989) mendapati magnitud hanyut 0.1% dalam tempoh 10 tahun. Mengikut pengalaman Gasunie, hanyut tahunan adalah pada urutan 0.01%. Van der Kam dan de Jong (1994) mendakwa bahawa jalur lengkung ralat pada nisbah julat 50:1 adalah kurang daripada 0.5% sepanjang keseluruhan julat, tanpa pengecualian.

Van der Grinten (2005) membentangkan kaedah interpolasi berasaskan nombor Reynolds yang terperinci untuk menentukur meter aliran turbin gas, bersama-sama dengan kajian intercomparison.

Rajah 2 Lengkung ralat meter alir turbin gas
(Dihasilkan semula dengan kebenaran daripada Nederlands Meetinstituut, van der Grinten, 1990):
(a) Variasi dengan kadar aliran operasi;
(b) Variasi dengan nombor Reynolds berdasarkan diameter dalam.

Bagaimana untuk memasang meter aliran turbin gas dengan betul?

Pemasangan yang betul untuk mencapai hasil pengukuran aliran terbaik

Penyelidikan yang dijalankan oleh Stesen Penyelidikan Kejuruteraan Gas British mengesahkan bahawa jenis meter alir ini mempamerkan ketidakpekaan yang luar biasa terhadap gangguan aliran, menjadikan saluran paip lurus hulu atau hilir diperlukan dalam kebanyakan pemasangan praktikal (Fenwick dan Jepson, 1975; rujuk Harriger, 1966). Sebab utama termasuk:

1. Mengurangkan vortik dalam paip anulus berdiameter besar, disebabkan oleh pemuliharaan momentum sudut dan kesan pembetulan perapi aliran;

2. Penguncupan aliran yang ketara berlaku dalam bahagian paip berdiameter kecil;

3. Kesan bersepadu yang timbul daripada hubungan linear antara pekali lif dan sudut tuju yang kecil.
Mereka membuat kesimpulan bahawa perapi aliran hanya perlu digunakan di bahagian masuk jika vorteks terdapat di hulu.

Van der Kam dan Dam (1993) membuat kesimpulan bahawa memasang perapi aliran masuk dapat mengurangkan aliran pusaran dengan berkesan. Sebagai contoh, ralat pengukuran yang disebabkan oleh dua siku yang dipasang pada satah yang berbeza (dengan sudut pusingan 40°) tidak akan melebihi 0.3%. Variasi diameter paip di hulu meter alir agak tidak penting. Dalam kes yang melampau, pelurus aliran berkas tiub adalah mencukupi. Kekasaran permukaan tidak menjejaskan prestasi. Kesan suhu dalam julat 20 ℃ adalah minimum tetapi sukar untuk disahkan kerana kekurangan kaedah pengukuran kawalan yang diperlukan. Meter aliran turbin tidak sesuai untuk aliran gas basah atau kotor. Gas hendaklah kekal bersih, bebas daripada cecair dan habuk, dan penapis dengan kadar minimum 5μm hendaklah digunakan apabila perlu. Saluran paip hulu mesti dibersihkan dengan teliti sebelum dipasang (Bonner, 1993; ISO 9951).

Menurut penyelidikan Harriger (1966), kaedah pemasangan gabungan boleh diguna pakai, di mana saluran paip panjang 4D huluan terdiri daripada perapi aliran 2D dan bahagian paip lurus 2D. Walau bagaimanapun, aliran pusaran dan denyutan boleh menyebabkan kesan yang ketara. Meter aliran dengan perapi aliran terbina dalam boleh menghapuskan pengaruh aliran pusaran. Jika kelengkapan paip terletak dalam 5D hulu meter alir, adalah perlu untuk memasang ram pelurus. Semasa pemasangan meter aliran, penjajaran berhati-hati dengan saluran paip diperlukan, dan tidak sepatutnya ada tonjolan dalam bahagian 5D huluan. Saluran paip hiliran harus mengekalkan diameter malar tanpa sekatan tambahan.

Saluran paip lurus yang mencukupi sebelum dan selepas meter aliran turbin gas

Van der Kam dan van Dellen (1991) mendapati bahawa untuk meter aliran turbin gas 12 inci, jarak hulu 10D adalah mencukupi untuk memastikan operasi yang betul di bawah keadaan yang dibenarkan, manakala 15D diperlukan apabila aliran pusaran hadir.

Mickan et al. (1996a, 1996b) dan Wendt et al. (1996) secara eksperimen menyiasat taburan halaju dalam saluran paip dan kesannya terhadap meter aliran turbin gas. Kajian menggunakan teknik pengukuran Doppler laser dan mengkaji kesan pelbagai konfigurasi pemasangan ke atas prestasi meter alir vorteks, termasuk: 1. Perapi aliran; 2.Pemasangan siku tunggal; 3. Dua siku bukan coplanar; 4.50% penyumbatan aliran antara siku.

Pembaca yang berminat boleh merujuk kepada penerbitan asal. Walaupun kebanyakan ralat percubaan kekal di bawah 1%, ini tidak diperhatikan secara universal merentas semua keadaan ujian.

George (2002) meneliti kemajuan dalam teknologi meter alir turbin dalam Laporan AGA No.7 yang disemak semula. Kajian itu mengenal pasti dua perkembangan penting sejak 1996: reka bentuk dwi-pemutar dan meter alir jarak lanjutan. Penemuan utama termasuk:

• Untuk keadaan aliran gandingan pendek, jarak dekat, gandingan pusaran dan aliran pusaran tulen, empat instrumen yang ditentukur bersama menunjukkan ralat pengukuran dalam ±1%;

• Perapi aliran yang disepadukan dengan betul pada salur masuk meter boleh mengurangkan sisihan kepada ±0.25%;

• Konfigurasi tunggal berbanding dwi-pemutar menunjukkan kesan yang boleh diabaikan pada berat sebelah pengukuran;

• Variasi akibat tekanan memerlukan penyiasatan tambahan.

Islam et al. (2003) melaporkan keputusan percubaan meter aliran turbin dengan perapi aliran bersepadu di bawah keadaan aliran udara yang terganggu.

Balla dan Takaras (2003) mendokumentasikan hampir 1% hanyut dalam prestasi meter aliran gas selepas satu tahun beroperasi, yang berpotensi disebabkan oleh:

1. Pengumpulan kondensat cecair
2.Sisa bahan cemar daripada fabrikasi saluran paip
Ullebust dan Ekerhovd (2008) mengesyorkan protokol penyelenggaraan berikut:
1.Pemeriksaan kekasaran permukaan dalaman saluran paip
2. Pengesahan integriti perapi aliran
3. Pemeriksaan penjajaran meter aliran
4. Prosedur pemeriksaan visual

Had operasi:
• Kelajuan berlebihan sementara sehingga 20% dibenarkan (walaupun kelajuan berlebihan yang berterusan menyebabkan kerosakan)
• Pemantauan suhu dalam hiliran 2D meter alir diperlukan (julat khusus pengilang: -10 hingga 50°C)
• Pengeringan gas wajib apabila keadaan proses membawa kepada pemeluwapan cecair dalam saluran paip

Pengesanan dan pemantauan

Kaedah yang paling biasa untuk mengukur kelajuan roda turbin melibatkan penggunaan kotak gear, yang mungkin menimbulkan rintangan akibat kehilangan transmisi gear. Selain itu, rintangan boleh disebabkan oleh gandingan elektromagnet, mekanisme paparan aliran, dan proses penentukuran. Penggunaan pengesanan elektromagnet boleh mengurangkan rintangan sedemikian dengan ketara.

Untuk isyarat frekuensi tinggi, aruhan magnet atau suis kedekatan boleh digunakan pada bilah aluminium, jalur logam pada hab, atau cakera terdorong aci utama untuk mengekstrak isyarat berdasarkan kesan pensuisan, mencapai frekuensi pengukuran sehingga 3 kHz. Untuk aplikasi yang memerlukan 1 hingga 10 denyutan setiap pusingan, suis buluh atau penderia slot boleh digunakan.

Reeb dan Joachim (2002) membangunkan alat pemantauan dalam talian untuk meter aliran turbin gas bernama AccuLERT G-II (FMC Measurement Solutions), yang mendakwa untuk mengesan dan menganalisis kedua-dua ralat mekanikal dan bendalir.

AccuLERTboleh memantau nisbah masa kenaikan, nisbah masa jatuh dan sisihan piawai. Di samping itu, ia juga boleh memantau pembolehubah utama seperti kadar aliran, masa, dan perubahan semasa operasi untuk menganggar status operasi meter alir.

Cecair yang tidak stabil

Meter aliran turbin gas terdedah kepada keadaan aliran berdenyut. Apabila bendalir memecut, sudut kejadian yang meningkat pada bilah turbin menyebabkan pecutan rotor yang lebih pantas. Sebaliknya, aliran nyahpecutan boleh menyebabkan bilah terhenti dengan rintangan seretan minimum, mengakibatkan anggaran berlebihan aliran keseluruhan. Pengukuran berpanjangan bagi aliran berdenyut tinggi boleh menyebabkan kerosakan galas dalam pemasangan turbin.

Head (1956) menubuhkan pekali denyutan untuk meter aliran turbin, ditakrifkan sebagai:

q i /q V =(1+αbΓ²)

Di mana q i ialah kadar aliran yang dipaparkan oleh meter, q V ialah kadar aliran sebenar, (α=1/8 mewakili undang-undang variasi sinusoidal bendalir, b boleh dianggap sebagai 1 untuk meter aliran tidak mengikut, dan Γ ialah amplitud rejim aliran penuh berbanding dengan halaju min. Ketua percaya bahawa Γ=0.1 ialah nilai kritikal untuk ralat ketara.

Keluk pengecilan kelajuan tanpa bendalir boleh diperolehi daripada analisis sementara, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Angka tersebut membolehkan penentuan masa nyahpecutan rotor terhenti dan cerun terminal keluk pereputan. Cerun ini dikaitkan secara fizikal dengan nisbah daya seret-ke-inersia di bawah keadaan aliran sifar, berfungsi sebagai penunjuk diagnostik untuk keadaan galas.

Bagaimanapun, de Jong dan van der Kam (1993) mempersoalkan kredibilitinya di bawah keadaan tekanan tinggi. Pembaca juga boleh merujuk artikel oleh Lee dan Evans (1970), yang menerangkan bagaimana mereka memperoleh keluk pengecilan kelajuan menggunakan kaedah beban geseran mekanikal luaran dan memberikan nilai tipikal daya inersia. Sebagai contoh, untuk meter alir tekanan rendah 150mm, inersia putaran pemutar plastik ialah I=0.242×10⁻³kg⋅m³, dan inersia putaran pemutar tekanan tinggi aluminium ialah I=0.486×10⁻³kg ⋅m³. Mereka juga menganggap variasi daun dengan nilai η=0.2.

Rotational speed decay curve of freely rotating flowmeter

Rajah 3 Keluk pereputan kelajuan putaran meter alir berputar bebas
semasa ujian spin-down
(Dikeluarkan semula dengan kebenaran daripada ASME, selepas Lee dan Evans, 1970)

Lee et al. (1975) memberikan ralat yang disebabkan oleh turun naik sinusoidal. Dengan mengandaikan senario terburuk, di mana pemutar tidak dapat mengikut nadi akibat inersia yang berlebihan, ralat kira-kira 0.5% diperolehi pada indeks nadi 0.1, dan ralat kira-kira 2% diperoleh pada 0.2, di mana indeks nadi adalah.

Γ=

Rajah 4 diperoleh daripada keputusan Fenwick dan Jepson (1975), yang menggambarkan kesan denyutan gelombang persegi pada meter alir turbin. McKee (1992) mendapati bahawa ralat adalah 0 pada variasi 2% dan melebihi 1.5% pada 6% [Atkinson, 1992. Kaedah pengiraan berangka telah digunakan untuk menentukan ralat yang diperkenalkan oleh lebih kurang denyutan bendalir sinusoidal dalam meter alir. Cheesewright et al. (1996) menimbulkan kebimbangan mengenai kekurangan data yang dilaporkan mengenai bentuk gelombang berdenyut.

Fenwick dan Jepson (1975) menjalankan eksperimen dengan memperkenalkan aliran berdenyut 60 saat ke dalam meter alir 100 mm, menghasilkan pengukuran melebihi kadar aliran sebenar sebanyak 40%.

Jungowski dan Weiss (1996) menguji meter alir 100 mm di bawah aliran udara berdenyut pada frekuensi antara 5 hingga 185 Hz. Keputusan mereka menunjukkan bahawa apabila nisbah halaju punca-min-kuasa dua kepada purata halaju ialah 0.1, bacaan telah dianggarkan terlebih dahulu sebanyak 1%, dan apabila 0.2, anggaran terlebih mencapai 4%.

Stoltenkamp et al. (2003) membentangkan satu kajian yang menarik, membincangkan kemungkinan bacaan meter aliran turbin mengelirukan disebabkan oleh ayunan gas akibat kesan akustik. Mereka juga mencadangkan model teori untuk menerangkan fenomena tersebut.

Saya memproses beberapa data percubaan di mana kadar aliran gas asli beralih daripada tinggi ke rendah, disertai dengan perubahan mendadak dan ralat ketara—tingkah laku yang telah diramalkan oleh Jepson dan yang lain dalam metodologi mereka.

experimental data of natural gas flow rate

Rajah 4 Kesan aliran termodulat dalam meter alir turbin 100 mm

Di mana untuk menggunakan meter aliran turbin gas?

Meter aliran turbin gas sesuai untuk semua gas tidak menghakis dan gas bahan api, termasuk: meter aliran gas CO2 , gas bandar, gas asli, gas penapisan, gas ketuhar kok, meter aliran propana , meter aliran butana, campuran LPG/udara, asetilena, etana, meter aliran nitrogen , karbon dioksida CO2, udara, dan semua gas lengai.

Gas turbine flow meters are measuring natural gas

Meter aliran turbin gas mengukur gas asli

Meter aliran turbin biasanya tidak digunakan untuk pengukuran oksigen kerana sebab berikut:

1. Pelincir mestilah tidak reaktif dengan oksigen.
2. Halaju aliran oksigen dalam saluran paip mestilah tidak melebihi 10 m/s, kerana kelajuan yang lebih tinggi boleh menyebabkan pengoksidaan saluran paip—meter aliran turbin gas memerlukan halaju yang lebih rendah.

Pfrehm (1981) mengadaptasi teknik pengukuran aliran cecair yang diterima secara meluas untuk membangunkan kaedah pengukuran aliran jisim untuk gas etilena. Kaedah ini menggunakan meter alir, densitometer, komputer aliran, dan prover omboh dua arah. Ketepatan yang didakwa bagi meter alir ini ialah ±0.2%, dengan kelinearan dikekalkan daripada 20% hingga 100% skala penuh

Kelebihan dan kekurangan

Meter aliran turbin gas berketepatan tinggi

1. Degradasi mekanikal atau haus mengubah geseran dan geometri bilah, mengurangkan julat boleh laras meter alir dan menyebabkan penyelewengan bacaan. Penapisan boleh melambatkan kemerosotan meter, dan pemeriksaan berkala adalah penting. Ujian perlahan boleh menunjukkan kemerosotan galas.

2. Turun naik cecair yang cepat menyebabkan pembacaan berlebihan. Sebagai contoh, kitaran aliran 10 minit hidup/10 minit boleh membawa kepada anggaran berlebihan 3%.

3. Aliran berpusar memesongkan bacaan, memerlukan pelurus aliran.

4. Variasi tekanan dan geseran galas tinggi boleh memperkenalkan hanyut bacaan sehingga 2%.

5. Kegagalan meter aliran tidak menjejaskan keselamatan aliran gas.

Selain itu, van der Kam, Dam, dan van Dellen (1990) membincangkan kebolehpercayaan, ketepatan tinggi, pengukuran dwi-pemutar, dan sistem galas.

Maaf, tetapi tidak ada keputusan untuk pencegahan anda. Cuba cari dengan kata kunci yang berbeza.