Przepływomierz turbiny gazowej: jak to działa, dane techniczne i przewodnik po wyborze

A przepływomierz turbiny gazowej mierzy objętościowe natężenie przepływu gazu poprzez pomiar prędkości obrotowej wirnika turbiny umieszczonego w strumieniu przepływu. Gdy gaz przepływa przez korpus miernika, wywiera siłę na ustawione pod kątem łopatki wirnika, powodując jego wirowanie z prędkością wprost proporcjonalną do prędkości gazu. W przypadku czystych, suchych gazów w rurociągach o dużej prędkości, gdzie priorytetem jest dokładność, szeroki współczynnik zakresu i kompaktowa instalacja, przepływomierz turbinowy jest jedną z najbardziej niezawodnych i sprawdzonych dostępnych technologii pomiarowych. Jest to instrument wybierany do przesyłu rozliczeniowego gazu ziemnego, pomiaru gazów procesowych w przemyśle, pomiaru sprężonego powietrza i alokacji paliwa gazowego w zakładach energetycznych i petrochemicznych. Zrozumienie, jak to działa, jakie specyfikacje regulują wybór, gdzie działa najlepiej i jakie są jego ograniczenia, daje inżynierom i zespołom zaopatrzeniowym podstawę do prawidłowego określenia tego instrumentu i wydobycia jego pełnych możliwości pomiarowych.

Zasada działania przepływomierza turbiny gazowej

Zasada działania przepływomierza turbiny gazowej opiera się na przekazywaniu energii kinetycznej z poruszającego się strumienia gazu na wirnik mechaniczny. Wirnik osadzony jest na wale w korpusie przepływomierza, jego oś jest zgodna z kierunkiem przepływu. Łopaty wirnika są ustawione pod stałym kątem linii śrubowej, zwykle pomiędzy 30 i 45 stopni do osi przepływu, tak że gaz uderzający w łopatki wytwarza moment obrotowy, który powoduje obrót wirnika. Przy stałym przepływie wirnik osiąga prędkość kątową, przy której moment napędowy gazu równoważy momenty opóźniające spowodowane tarciem łożyska, oporem magnetycznym czujnika przetwornika i oporem płynu na powierzchniach łopatek. W tej równowadze prędkość wirnika jest prawie proporcjonalna do prędkości gazu w szerokim zakresie natężeń przepływu.

Współczynnik K i jego rola w pomiarach

Zależność pomiędzy częstotliwością obrotową wirnika a objętościowym natężeniem przepływu wyrażana jest poprzez współczynnik licznika, powszechnie nazywany współczynnikiem K. Współczynnik K definiuje się jako liczbę impulsów generowanych na jednostkę objętości gazu przechodzącego przez miernik, zwykle wyrażaną jako impulsy na metr sześcienny lub impulsy na litr. W przypadku dobrze wyprodukowanego przepływomierza z turbiną gazową współczynnik K jest stabilny i liniowy w całym określonym zakresie przepływu, co sprawia, że ​​przyrząd nadaje się do zastosowań związanych z transferem rozliczeniowym o wysokiej dokładności. Współczynnik K wyznaczany jest podczas wzorcowania na certyfikowanym urządzeniu do kalibracji przepływu i podawany jest w certyfikacie wzorcowania miernika. Typowy przepływomierz turbiny gazowej utrzymuje liniowość współczynnika K w zakresie od plus minus 0,5 do 1,0% w całym podanym zakresie przepływu , przy czym niektóre mierniki o wysokiej dokładności osiągają plus minus 0,25% lub więcej w części swojego zakresu.

Metody wykrywania sygnału

Obrót wirnika turbiny musi zostać przekształcony na sygnał elektryczny bez kontaktu mechanicznego, który powodowałby tarcie i zużycie. W komercyjnych przepływomierzach z turbiną gazową stosowane są trzy metody detekcji:

• Przetwornik magnetyczny o zmiennej reluktancji : Magnes trwały osadzony w cewce zamontowanej w korpusie miernika generuje impuls napięcia za każdym razem, gdy końcówka łopaty wirnika przechodzi pod nim, gdy końcówka łopatki zmienia opór magnetyczny obwodu. Metoda ta nie wymaga zewnętrznego zasilania, generuje sygnał z własnym zasilaniem i jest wysoce niezawodna. Jest to standardowa metoda wykrywania dla większości przepływomierzy turbin gazowych w zastosowaniach przemysłowych i użyteczności publicznej.
• Czujnik efektu Halla : Magnetycznie aktywowane urządzenie półprzewodnikowe wykrywa przejście końcówek ostrzy przy użyciu efektu Halla. Przetworniki z efektem Halla wymagają małego zasilacza, ale zapewniają czystsze krawędzie sygnału przy niskich prędkościach wirnika, rozszerzając możliwości pomiaru przy niskim przepływie miernika poza to, co mogą osiągnąć przetworniki o zmiennej reluktancji. Stosowany w zastosowaniach, w których dokładność przy niskim przepływie ma kluczowe znaczenie.
• Pobieranie pojemności RF (częstotliwości radiowej). : Oscylator wysokiej częstotliwości wykrywa zmianę pojemności, gdy każda łopata wirnika przechodzi przez powierzchnię czujnika. Ta metoda bezdotykowa zapewnia bardzo dokładne zliczanie ostrzy zarówno przy niskich, jak i dużych prędkościach i jest stosowana w niektórych precyzyjnych miernikach i miernikach rozliczeniowych, gdzie wymagany jest możliwie najszerszy zakres liniowy.

Kluczowe dane techniczne i ich znaczenie w praktyce

Prawidłowe określenie przepływomierza turbiny gazowej wymaga zrozumienia prawdziwego znaczenia każdej specyfikacji wydajności i tego, jak przekłada się ona na jakość pomiaru w konkretnym zastosowaniu. Producenci stosują spójną terminologię, ale język marketingowy czasami przesłania praktyczne implikacje.

Zakres przepływu i współczynnik ograniczenia

Zakres przepływu przepływomierza turbiny gazowej definiuje się jako rozpiętość pomiędzy minimalnym natężeniem przepływu, przy którym obowiązuje podana dokładność (Qmin), a maksymalnym ciągłym natężeniem przepływu (Qmax). Stosunek tych dwóch wartości to współczynnik ograniczenia. Większość dostępnych na rynku przepływomierzy z turbiną gazową osiąga współczynniki zakresowości rzędu 10:1 do 20:1 , osiągając niektóre precyzyjne modele 30:1 lub więcej wykorzystując zaawansowaną konstrukcję łożysk wirnika i efekt Halla lub systemy odbioru RF. Współczynnik zakresu 20:1 oznacza, że ​​miernik przystosowany do pomiaru maksymalnego przepływu 200 m3/h będzie również dokładnie mierzyć przepływy do 10 m3/h w ramach określonej specyfikacji dokładności. Ta szeroka zakresowość jest jedną z głównych przewag konkurencyjnych przepływomierza turbinowego w porównaniu z urządzeniami różnicowymi, które zazwyczaj zapewniają zakres zakresu jedynie od 3:1 do 5:1, zanim stracą akceptowalną dokładność przy małych przepływach.

Dokładność i powtarzalność

Dokładność przepływomierzy turbinowych jest zwykle podawana jako procent odczytu (procent natężenia), a nie jako procent pełnej skali. To rozróżnienie ma istotne znaczenie: licznik z dokładnością odczytu plus minus 1,0% utrzymuje ten błąd w całym zakresie przepływu, podczas gdy licznik z dokładnością plus minus 1,0% pełnej skali ma znacznie większy błąd względny przy małych przepływach. W przypadku wniosków o przeniesienie rozliczeniowe, OIML R137 i AGA-7 (raport Amerykańskiego Stowarzyszenia Gazowniczego nr 7) określają, że przepływomierze turbinowe rozliczeniowe muszą osiągać dokładność w granicach plus minus 1,0% odczytu w całym zakresie przepływu, przy czym najskuteczniejsze mierniki osiągają plus minus 0,5% lub więcej. Powtarzalność, która opisuje zdolność miernika do generowania tego samego odczytu dla tych samych warunków przepływu podczas powtarzanych pomiarów, jest zazwyczaj lepsza niż dokładność, często na poziomie plus minus 0,1 do 0,2% w przypadku wysokiej jakości mierników turbinowych. Wysoka powtarzalność jest niezbędna do sprawdzania (weryfikacja działania licznika w terenie przy użyciu miernika głównego) oraz do zastosowań, w których podstawowym wymaganiem jest spójność przepływu, a nie absolutna dokładność.

Wartości ciśnienia i temperatury

Korpus miernika i elementy wewnętrzne muszą wytrzymać maksymalne ciśnienie robocze i temperaturę w danym zastosowaniu bez uszkodzeń konstrukcyjnych lub zmian wymiarowych, które mogłyby zmienić współczynnik K. Przepływomierze z turbiną gazową do obsługi gazu ziemnego są zazwyczaj dostępne w zakresie ciśnienia znamionowego PN16, PN25, PN40 i klasa 150/300/600 ASME B16.5, obejmujący ciśnienia w układzie od atmosferycznego do ponad 100 barów w niektórych konfiguracjach. Wartości temperatur standardowych modeli przemysłowych wahają się od około od minus 20 do plus 60 stopni Celsjusza dla elektroniki oraz od minus 40 do plus 120 stopni Celsjusza dla korpusu mechanicznego w wariantach pracy wysokotemperaturowej. Kriogeniczne mierniki serwisowe do pomiaru oparów skroplonego gazu ziemnego (LNG) pracują w temperaturach do minus 196 stopni Celsjusza, wykorzystując korpusy ze stali nierdzewnej oraz specjalnie dobrane materiały łożysk i wirników.

Zakres rozmiarów rur

Przepływomierze turbinowe gazowe produkowane są w standardowych średnicach od ok 15 mm (0,5 cala) do 600 mm (24 cale) średnica nominalna, z korpusami płytkowymi dla mniejszych rozmiarów i korpusami z pełnym otworem kołnierzowym dla większych średnic nominalnych. Wybór wielkości wodomierza nie musi być taki sam, jak nominalna średnica rurociągu: przepływomierze turbinowe należy dobierać w taki sposób, aby normalny przepływ operacyjny mieścił się w górnej połowie podanego zakresu przepływu wodomierza, gdzie liniowość jest najlepsza, a nie na poziomie maksymalnego natężenia przepływu lub w jego pobliżu, co grozi przekroczeniem znamionowej pracy ciągłej i przyspieszeniem zużycia łożysk.

Zastosowania, w których sprawdzają się przepływomierze turbin gazowych

Przepływomierze turbin gazowych są produkowane komercyjnie od lat pięćdziesiątych XX wieku i mają długą historię zastosowań w różnych gałęziach przemysłu. Ich połączenie dokładności, możliwości regulacji i stosunkowo niewielkich rozmiarów instalacyjnych sprawia, że ​​są one preferowanym wyborem w następujących kategoriach zastosowań.

Transfer rozliczeniowy gazu ziemnego i pomiary fiskalne

Najbardziej znaczącym zastosowaniem przepływomierzy turbin gazowych na całym świecie jest transfer rozliczeniowy gazu ziemnego pomiędzy producentami, przedsiębiorstwami przesyłowymi, przedsiębiorstwami dystrybucyjnymi i dużymi odbiorcami przemysłowymi. W rozliczeniowych stacjach pomiarowych sygnał wyjściowy licznika jest wykorzystywany bezpośrednio do obliczenia wartości pieniężnej przesyłanego gazu, co wymaga dokładności i identyfikowalności z krajowymi standardami pomiarowymi. AGA-7 to standard branżowy regulujący projektowanie, działanie i instalację przepływomierzy turbinowych na potrzeby przesyłu rozliczeniowego gazu ziemnego w Ameryce Północnej. ISO 9951 obejmuje to samo zastosowanie na arenie międzynarodowej. Normy te określają identyfikowalność kalibracji, budżety niepewności, wymagania instalacyjne i procedury sprawdzające, które stanowią podstawę umowną dla dokładnych rozliczeń między partnerami zajmującymi się handlem gazem.

Typowa instalacja rozliczeniowa wykorzystuje dwa lub trzy mierniki turbinowe równolegle z automatycznym przełączaniem strumienia i dedykowanym modułem sprawdzającym licznik do weryfikacji kalibracji w trakcie eksploatacji. Tester umożliwia sprawdzenie współczynnika K względem certyfikowanej normy objętości bez konieczności wycofywania licznika z eksploatacji, zapewniając wykrycie i skorygowanie wszelkich odchyleń w działaniu licznika, zanim spowodują one znaczący błąd pomiarowy, który wymagałby rozliczenia finansowego pomiędzy stronami.

Pomiar gazów procesowych w przemyśle

W przemyśle chemicznym, petrochemicznym i farmaceutycznym przepływomierze turbin gazowych mierzą azot, tlen, wodór, argon, dwutlenek węgla i mieszane gazy procesowe w systemach rurociągów obsługujących reaktory, wymienniki ciepła, systemy oczyszczania i systemy osłonowe. Ich zdolność do obsługi czystych gazów pod wysokim ciśnieniem i kompaktowe wymiary korpusu czynią je praktycznymi tam, gdzie przestrzeń jest ograniczona przez istniejące układy rurociągów. W systemach zarządzania palnikami w piecach i kotłach przemysłowych liczniki turbinowe dostarczają sygnał przepływu używany do obliczania proporcji powietrza do paliwa zoptymalizowanych pod kątem wydajności spalania i zgodności z normami emisji.

Systemy sprężonego powietrza i gazów przyrządowych

Sprężone powietrze jest jednym z najbardziej energochłonnych mediów w produkcji, a przepływomierze turbin gazowych instalowane w kolektorach dystrybucji sprężonego powietrza umożliwiają menedżerom ds. energii ilościowe określanie zużycia według obszaru produkcyjnego, identyfikowanie wycieków i porównywanie ulepszeń w zakresie efektywności energetycznej. Miernik mierzy rzeczywistą objętość przy ciśnieniu i temperaturze w układzie, a w połączeniu z przetwornikiem ciśnienia i temperatury oraz komputerem przepływu zapewnia skorygowany przepływ objętościowy w standardowych metrach sześciennych na godzinę lub standardowych stopach sześciennych na minutę, który reprezentuje rzeczywistą ilość zużytego powietrza niezależnie od zmian ciśnienia w systemie w okresach szczytowego zapotrzebowania.

Pomiar paliwa gazowego w wytwarzaniu energii

Elektrownie gazowe wykorzystują przepływomierze turbinowe do pomiaru dopływu paliwa gazowego do każdej turbiny gazowej i kotła. Dokładny pomiar paliwa jest wymagany do obliczenia szybkości ogrzewania, monitorowania wydajności i raportowania emisji zgodnie z warunkami pozwolenia środowiskowego. Pomiar przepływu za pomocą licznika turbinowego w połączeniu z analizą gazu za pomocą chromatografu umożliwia obliczenie zawartości energii w gazie zużywanym na godzinę, co bezpośrednio określa sprawność cieplną instalacji i koszt paliwa na megawatogodzinę wytworzenia. Jednoprocentowy błąd w pomiarze paliwa gazowego w elektrowni o mocy 400 MW zużywającej około 70 000 m3/h gazu ziemnego w cyklu kombinowanym oznacza błąd w rozliczeniach równy setkom tysięcy dolarów rocznie po typowych cenach gazu, co wyjaśnia inwestycje w wysokiej jakości liczniki turbinowe do przesyłu rozliczeniowego w zakładach wytwarzania energii.

Ograniczenia i zastosowania, w których mierniki turbinowe nie są najlepszym wyborem

Zależność przepływomierza turbiny gazowej od obrotu mechanicznego oznacza, że ma on nieodłączne ograniczenia w pewnych warunkach pracy, które należy uczciwie ocenić porównując go z alternatywnymi technologiami dla konkretnego zastosowania.

Brudne, mokre lub żrące gazy

Przepływomierze turbin gazowych wymagają czystego, suchego gazu, aby działać niezawodnie. Cząsteczki zanieczyszczeń ze zgorzeliny rurowej, gruzu budowlanego lub pozostałości po procesie uszkadzają łopatki wirnika i powierzchnie łożysk, powodując postępujący dryft współczynnika K i ostateczną awarię mechaniczną. Porwane ciecze powodują podobne uszkodzenia i mogą powodować nagłe zmiany współczynnika K, gdy ciecze przepływają przez miernik. Korozyjne składniki gazowe, w tym siarkowodór, chlor i związki kwasowe, atakują materiały łożysk i mogą powodować zatarcie wirnika, jeśli zwilżane materiały nie zostały specjalnie wybrane pod kątem odporności na korozję. Przed określeniem miernika turbinowego dla jakiejkolwiek usługi gazowniczej należy potwierdzić, że skład gazu, w tym potencjalne zanieczyszczenia, jest zgodny z materiałem wirnika licznika, materiałem wału i typem łożyska. Gaz, w przypadku którego nie można zagwarantować czystości i suchości na wlocie licznika, należy mierzyć technologią bez ruchomych części, taką jak miernik ultradźwiękowy lub miernik wirowy.

Pulsujący przepływ

Sprężarki tłokowe i pompy wyporowe wytwarzają pulsacje ciśnienia w rurociągach za nimi, które powodują okresowe przyspieszanie i zwalnianie strumienia gazu. Wirnik turbiny, ze względu na swoją bezwładność i geometrię kąta łopatek, reaguje na pulsujący przepływ poprzez nadmierną rejestrację: przyspiesza, gdy prędkość gazu wzrasta, i zwalnia wolniej, gdy prędkość maleje, powodując systematyczny dodatni błąd dozowania. W warunkach silnie pulsujących błąd ten może osiągnąć 5 do 10% lub więcej , co jest całkowicie niedopuszczalne dla celów przekazania rozliczeniowego lub kontroli procesu. Tłumiki pulsacji instalowane przed licznikiem lub wybór licznika ultradźwiękowego, który nie ma ruchomego wirnika podatnego na efekty bezwładności, to opcje zaradcze w środowiskach z pulsującym przepływem.

Bardzo niskie natężenia przepływu i niskie liczby Reynoldsa

Poniżej specyfikacji Qmin miernika turbinowego tarcie łożysk i siły oporu stają się znaczące w stosunku do siły napędowej strumienia gazu, powodując hamowanie wirnika poniżej prędkości proporcjonalnej do prędkości przepływu. Współczynnik K odbiega od wartości skalibrowanej, a błąd pomiaru szybko wzrasta. Zastosowania, w których przepływ regularnie spada poniżej 10% Qmax przez dłuższy czas, są słabo obsługiwane przez przepływomierze turbinowe. Termiczne przepływomierze masowe lub mierniki Coriolisa lepiej nadają się do pomiaru gazów o niskim przepływie, gdzie nie można w sposób spójny osiągnąć minimalnego progu przepływu określonego przez miernik turbinowy.

Wymagania instalacyjne dotyczące dokładnych pomiarów

Przepływomierze turbin gazowych są wrażliwe na profil prędkości gazu na ich wlocie. W pełni rozwinięty, symetryczny, pozbawiony zawirowań profil prędkości wprowadzany do miernika zapewnia równomierną reakcję wirnika we wszystkich segmentach łopatek oraz to, że współczynnik K odpowiada skalibrowanej wartości. Zakłócone profile spowodowane przez złącza rurociągów poprzedzających tworzą przepływ asymetryczny lub wirowy, który przesuwa efektywny współczynnik K i wprowadza systematyczny błąd pomiaru, którego żadna regulacja elektroniczna nie jest w stanie w pełni skorygować.

Wymagania dotyczące prostego przebiegu rury

Minimalne proste odcinki rur wymagane przed i za przepływomierzem turbiny gazowej zależą od rodzaju i nasilenia zakłóceń przed przepływomierzem. AGA-7 zawiera szczegółowe wytyczne dotyczące typowych konfiguracji rurociągów:

Tam, gdzie nie można osiągnąć wymaganej długości prostej rury ze względu na ograniczoną przestrzeń na rurociąg, kondycjoner przepływu zainstalowany przed licznikiem może znacznie zmniejszyć wymagany odcinek prosty poprzez przerwanie zawirowań i redystrybucję zniekształceń profilu prędkości. Kondycjonery przepływu zgodne z zaleceniami normy ISO 17089 lub załącznika AGA-7 zmniejszają wymagania dotyczące wlotu do około 10D po zastosowaniu odżywki w większości konfiguracji rurociągów, kosztem małego, stałego spadku ciśnienia na elemencie kondycjonera.

Orientacja i pozycja montażowa

Przepływomierze z turbiną gazową można instalować przy dowolnym ułożeniu rury, włączając przepływ poziomy, pionowy w górę i pionowy w dół, pod warunkiem, że miernik jest zaprojektowany do takiego ustawienia. Instalacja pozioma jest najczęstsza i ogólnie preferowana, ponieważ pozwala uniknąć gromadzenia się cieczy na wlocie licznika, co może wystąpić przy pionowym przepływie w dół w przewodach gazowych przenoszących ślady kondensatu. Jeśli wymagana jest instalacja pionowa, preferowany jest przepływ w górę, a nie w dół, aby zapewnić, że cała obecna ciecz spłynie z wirnika, a nie gromadziła się na końcach łopatek. Licznik należy zainstalować w miejscu dostępnym do konserwacji i kontroli, bez konieczności stosowania rusztowań lub tymczasowej izolacji rur, która zakłócałaby pracę.

Korekta objętości oraz kompensacja temperatury i ciśnienia

Przepływomierz turbinowy mierzy rzeczywistą objętość gazu przechodzącego przez miernik w warunkach liniowych ciśnienia i temperatury. W większości zastosowań komercyjnych i przemysłowych interesująca ilość nie jest rzeczywistą objętością w warunkach liniowych, ale standardową objętością lub masą skorygowaną do warunków odniesienia, zazwyczaj 0 stopni Celsjusza i 101,325 kPa (standardowe metry sześcienne) lub 15 stopni Celsjusza i 101,325 kPa, w zależności od obowiązującej umowy lub normy regulacyjnej.

Rola komputera przepływu

Przelicznik przepływu odbiera sygnał impulsowy z miernika turbinowego wraz z sygnałami ciśnienia i temperatury z przetworników zainstalowanych przy liczniku lub w jego pobliżu i wykorzystuje równanie stanu gazu rzeczywistego do obliczenia skorygowanej objętości lub przepływu masowego w czasie rzeczywistym. Aby osiągnąć dokładność wymaganą dla pomiarów fiskalnych, należy obliczyć współczynnik ściśliwości Z gazu, który uwzględnia odchylenie zachowania gazu rzeczywistego od zachowania gazu doskonałego przy podwyższonych ciśnieniach, z równania składu gazu, takiego jak AGA-8 (dla gazu ziemnego). Przy ciśnieniu w układzie wynoszącym 70 barów współczynnik ściśliwości gazu ziemnego może wynosić około 0,85, co oznacza, że rzeczywista objętość w warunkach liniowych wynosi tylko 85% objętości przewidywanej w obliczeniach gazu doskonałego , a zaniedbanie ściśliwości wprowadziłoby 15% błąd systematyczny do każdego obliczenia dozowania przy tym ciśnieniu. Dokładna implementacja AGA-8 lub równoważnego równania stanu w komputerze przepływu jest zatem równie ważna dla ogólnej dokładności systemu, jak jakość kalibracji samego miernika turbinowego.

Integracja pomiaru energii

W przypadku zastosowań związanych z gazem ziemnym, gdzie transakcja handlowa opiera się na zawartości energii, a nie na objętości, komputer przepływu rozszerza swoje obliczenia na przepływ energii, mnożąc standardowe objętościowe natężenie przepływu przez wartość opałową gazu. Wartość kaloryczną ustala się na podstawie analizy składu za pomocą chromatografu gazowego albo na samej stacji dozowania, albo na podstawie reprezentatywnej wartości uzgodnionej między stronami. Łańcuch pomiaru energii, począwszy od impulsu licznika turbinowego, poprzez korektę objętości, aż do obliczenia energii, jest podstawową funkcją fiskalnego systemu pomiarowego i jest kontrolowany pod kątem krajowych standardów pomiarowych podczas uruchamiania i w kolejnych okresach sprawdzania.

Konserwacja i żywotność łożysk

Podstawowym wymogiem konserwacyjnym przepływomierza turbiny gazowej jest układ łożysk wirnika. Wirnik obraca się nieprzerwanie z dużą prędkością podczas pracy, a łożyska podtrzymujące wał wirnika ulegają zużyciu, które ostatecznie wymaga wymiany. Szybkość zużycia łożysk determinuje okresy międzyobsługowe licznika i stabilność współczynnika K w czasie, co sprawia, że ​​jakość łożysk jest jednym z najważniejszych parametrów konstrukcyjnych przepływomierza turbinowego o wysokiej niezawodności.

Typy łożysk i ich trwałość

W komercyjnych przepływomierzach turbin gazowych stosowane są trzy typy łożysk, każdy o innej charakterystyce wydajności i trwałości:

• Łożyska ślizgowe (czopowe). : Łożyska hydrodynamiczne, w których cienka warstwa gazu lub smaru podtrzymuje wał wirnika. W przypadku czystego, suchego gazu gaz procesowy sam zapewnia smarowanie, eliminując potrzebę zewnętrznego dostarczania smaru i zapobiegając zanieczyszczeniu strumienia gazu. Łożyska ślizgowe pracujące w czystym gazie ziemnym mogą osiągnąć żywotność od pięciu do dziesięciu lat lub dłużej przed koniecznością wymiany.
• Łożyska kulkowe : Łożyska toczne zapewniają niskie tarcie przy rozruchu i niskie natężenia przepływu, rozszerzając użyteczny zakres przepływomierza w kierunku niższych prędkości przepływu, niż są w stanie wytrzymać łożyska ślizgowe. Łożyska kulkowe wymagają jednak smarowania, które musi być dostarczane albo z oddzielnego zbiornika smaru w korpusie miernika, albo z mgły smaru w gazie procesowym, a ponadto są one bardziej podatne na uszkodzenia spowodowane zanieczyszczeniami niż łożyska ślizgowe w zastosowaniach z zanieczyszczonym gazem.
• Łożyska ceramiczne : Łożyska ceramiczne z tlenku cyrkonu lub węglika krzemu zapewniają doskonałą odporność na zużycie, obojętność chemiczną i zdolność do pracy bez smarowania w środowiskach gazów korozyjnych lub suchych, gdzie konwencjonalne łożyska metalowe narażone są na szybkie zużycie lub atak korozji. Łożyska ceramiczne są coraz częściej stosowane w zastosowaniach z gazami kwaśnymi (zawierającymi siarkowodór) i gazami korozyjnymi.

Monitorowanie stanu i konserwacja predykcyjna

Nowoczesne konstrukcje przepływomierzy turbin gazowych obejmują konfigurację z dwoma wirnikami lub podwójnymi przetwornikami, która umożliwia wykrywanie degradacji łożysk lub uszkodzeń wirnika podczas pracy bez konieczności demontażu miernika w celu kontroli. W liczniku dwuwirnikowym dwa wirniki są umieszczone szeregowo w korpusie licznika. W normalnych warunkach oba wirniki wirują z szybkością określoną przez przepływ gazu, a stosunek ich prędkości jest ustalony przez kąt ich łopatek. Kiedy zużycie łożysk lub uszkodzenie wirnika zaczyna oddziaływać inaczej na jeden wirnik niż na drugi, zmienia się stosunek ich prędkości obrotowych, dostarczając sygnał diagnostyczny wskazujący rozwój problemów mechanicznych, zanim dokładność pomiaru ulegnie znacznemu pogorszeniu. Ta funkcja konserwacji predykcyjnej pozwala operatorom planować wymianę łożysk podczas planowych przestojów konserwacyjnych, zamiast reagować na awarie liczników , co w przypadku usługi przekazu rozliczeniowego może skutkować kosztownymi procedurami wymiany liczników i potencjalnymi sporami rozliczeniowymi.

Kalibracja, sprawdzanie i identyfikowalność

Dokładność przepływomierza turbiny gazowej stosowanej w pomiarach rozliczeniowych lub pomiarach fiskalnych jest tak dobra, jak kalibracja, w ramach której ustalono krzywą współczynnika K, oraz program sprawdzający, który weryfikuje, czy współczynnik K pozostaje stabilny przez cały okres użytkowania. Kalibracja i sprawdzanie to odrębne, ale uzupełniające się działania, które razem zapewniają identyfikowalność metrologiczną wymaganą w prawnie egzekwowalnych transakcjach handlowych.

Kalibracja fabryczna

Kalibrację fabryczną przeprowadza się w zakładzie kalibracji przepływu przy użyciu ośrodka odniesienia, zwykle powietrza lub gazu ziemnego, z identyfikowalnym głównym licznikiem lub wzorcem objętości jako odniesienie. Kalibracja ustala współczynnik K przy wielu natężeniach przepływu w całym zakresie przepływomierza, tworząc tabelę kalibracyjną lub krzywą korekcji wielomianu, która jest przechowywana w elektronicznym przetworniku przepływomierza lub powiązanym komputerze przepływu. Świadectwa kalibracji muszą określać zastosowany wzorzec odniesienia, jego powiązanie z krajowymi lub międzynarodowymi wzorcami pomiarowymi, niepewność wzorca odniesienia oraz niepewność rozszerzoną skalibrowanego współczynnika K miernika przy każdym badanym natężeniu przepływu. W przypadku liczników przeznaczonych do transferu rozliczeniowego kalibrację należy przeprowadzić na gazie w warunkach reprezentatywnych dla ciśnienia roboczego, aby uniknąć wpływu gęstości na współczynnik K, który nie jest uchwycony podczas kalibracji powietrzem pod ciśnieniem atmosferycznym.

Sprawdzenie w serwisie

Sprawdzanie licznika weryfikuje współczynnik K zainstalowanego licznika w porównaniu ze skalibrowanym urządzeniem kontrolnym lub licznikiem głównym o znanej kalibracji, bez konieczności odłączania licznika od rurociągu. Urządzenia do sprawdzania rur, urządzenia do sprawdzania małych objętości i urządzenia do sprawdzania liczników głównych to trzy główne metody sprawdzania stosowane w przepływomierzach turbinowych gazowych w ramach usługi rozliczeniowej. Częstotliwość sprawdzania wymagana na mocy obowiązujących przepisów i umów handlowych jest różna, ale zazwyczaj waha się od miesięcznie do roku w zależności od wielkości odmierzonej transakcji i historii stabilności licznika. Wyniki kontroli porównuje się z ustalonym współczynnikiem K i jeśli odchylenie przekracza ustaloną tolerancję (zwykle plus minus 0,25 do 0,5% w zależności od umowy), współczynnik licznika jest korygowany, a rozbieżność może spowodować korektę rozliczeniową za okres pomiarowy od ostatniego ważnego sprawdzenia.

Lista kontrolna wyboru przepływomierza turbiny gazowej

Wybór przepływomierza turbiny gazowej do konkretnego zastosowania wymaga systematycznej oceny warunków procesu, wymagań eksploatacyjnych i ograniczeń instalacyjnych. Poniższa lista kontrolna obejmuje parametry krytyczne, które należy zdefiniować przed ukończeniem specyfikacji:

1. Określ skład gazu i potwierdź czystość : Zidentyfikuj wszystkie składniki, w tym śladowe zanieczyszczenia, potencjał kondensatu i gatunki żrące. Potwierdź, że gaz może być czysty i suchy na wlocie licznika we wszystkich warunkach pracy.
2. Ustal zakres przepływu obejmujący natężenie minimalne, normalne i maksymalne : Potwierdź, że wymagany zakres przepływu mieści się w osiągalnym zakresie rozmiaru pojedynczego licznika lub zaplanuj wiele liczników równolegle z automatycznym przełączaniem strumienia, jeśli wymagany zakres przekracza możliwości pojedynczego licznika.
3. Określ wymagania dotyczące dokładności i zakresowości : Określ, czy aplikacja wymaga dokładności na poziomie fiskalnym plus minus 0,5% lub czy dopuszczalna jest specyfikacja na poziomie procesowym plus minus 1,0% lub plus minus 2,0%, ponieważ ma to bezpośredni wpływ na koszt licznika.
4. Potwierdź maksymalne ciśnienie i temperaturę roboczą : Sprawdź, czy wartości znamionowe ciśnienia i temperatury miernika przekraczają warunki maksymalnego zakłócenia, a nie tylko normalne warunki pracy.
5. Oceń dostępne proste przebiegi rur : Zbadaj miejsce instalacji, aby potwierdzić, że można uzyskać wymagane proste odcinki przed i za urządzeniem, lub zaplanuj instalację poprawiacza przepływu, jeśli nie jest to możliwe.
6. Określ wymagania dotyczące sygnału wyjściowego i integracji : Sprawdź, czy wyjście impulsowe będzie podłączone bezpośrednio do komputera przepływu, karty wejściowej DCS lub systemu SCADA i określ wymagany format wyjścia (częstotliwość, HART, Modbus lub liczba impulsów).
7. Określ metodę sprawdzania i interwał : W przypadku liczników rozliczeniowych metodę sprawdzania należy uzgodnić ze stronami handlowymi przed określeniem licznika i urządzenia sprawdzającego, ponieważ niektóre metody sprawdzania nakładają szczególne wymagania na konstrukcję korpusu licznika.

Przepływomierz turbiny gazowej pozostaje jedną z najdokładniejszych, niezawodnych i opłacalnych technologii szybkiego pomiaru czystego gazu w pełnym zakresie, od małych instalacji przemysłowych po stacje pomiarowe przesyłu gazu ziemnego o dużej średnicy. Jej mechaniczna prostota, dobrze zrozumiałe źródła błędów, szeroka zakresowalność oraz dojrzała infrastruktura do kalibracji i sprawdzania utrzymują jej rolę dominującej technologii w fiskalnych pomiarach gazu ziemnego od ponad sześciu dekad, a nic na obecnym rynku nie oferuje wystarczająco przekonującej kombinacji konkurencyjnych zalet, aby wyprzeć ją z tej pozycji w dającej się przewidzieć przyszłości w zastosowaniach, w których naprawdę się wyróżnia.