Kaasuturbiinin virtausmittari: miten se toimii, tekniset tiedot ja valintaopas

A kaasuturbiinin virtausmittari mittaa kaasun tilavuusvirtausnopeutta mittaamalla virtausvirtaan sijoitetun turbiinin roottorin pyörimisnopeutta. Kun kaasu kulkee mittarin rungon läpi, se kohdistaa voiman roottorin kulmillisiin siipiin, jolloin se pyörii nopeudella, joka on suoraan verrannollinen kaasun nopeuteen. Kaasuturbiinin virtausmittari on yksi luotettavimmista ja parhaiten todistetuista mittaustekniikoista, kun kaasut ovat puhtaita ja kuivia suurnopeuksisissa putkistoissa, joissa tarkkuus, laaja katkaisusuhde ja kompakti asennus ovat tärkeitä. Se on valittu instrumentti maakaasun varastonsiirtoon, teollisuuden prosessikaasumittauksiin, paineilmamittauksiin ja polttokaasujen allokointiin voimantuotanto- ja petrokemian laitoksissa. Sen ymmärtäminen, miten se toimii, mitkä spesifikaatiot ohjaavat valintaa, missä se toimii parhaiten ja mitkä ovat sen rajoitukset, antaa insinööreille ja hankintatiimeille perustan määrittää tämä instrumentti oikein ja hyödyntää sen täyden mittauskyvyn.

Kaasuturbiinin virtausmittarin toimintaperiaate

Kaasuturbiinin virtausmittarin toimintaperiaate perustuu kineettisen energian siirtoon liikkuvasta kaasuvirrasta mekaaniseen roottoriin. Roottori on asennettu akselille mittarin rungon sisällä, ja sen akseli on kohdistettu virtaussuunnan kanssa. Roottorin siivet on asetettu kiinteään heliksikulmaan, tyypillisesti niiden väliin 30 ja 45 astetta virtausakselille, jolloin siipiin törmäävä kaasu synnyttää vääntömomentin, joka saa roottorin pyörimään. Tasaisessa virtauksessa roottori saavuttaa kulmanopeuden, jolla kaasun käyttömomentti tasapainottaa hidastavia vääntömomentteja laakerin kitkasta, poimintaanturin magneettivastusta ja nestevastusta siipien pinnoilla. Tässä tasapainossa roottorin nopeus on lähes verrannollinen kaasun nopeuteen laajalla virtausnopeusalueella.

K-tekijä ja sen rooli mittauksessa

Roottorin pyörimistaajuuden ja tilavuusvirtausnopeuden välinen suhde ilmaistaan mittaritekijällä, jota kutsutaan yleisesti K-tekijäksi. K-tekijä määritellään pulssien lukumääräksi, joka syntyy mittarin läpi kulkevaa kaasun tilavuusyksikköä kohti, tyypillisesti ilmaistuna pulsseina kuutiometriä kohti tai pulsseina litraa kohti. Hyvin valmistetun kaasuturbiinivirtausmittarin K-kerroin on vakaa ja lineaarinen mittarin määritellyllä virtausalueella, mikä tekee instrumentista sopivan erittäin tarkkoihin säilytyssiirtosovelluksiin. K-kerroin määritetään kalibroinnin aikana sertifioidulla virtauskalibrointilaitteella ja se mainitaan mittarin kalibrointitodistuksessa. Tyypillinen kaasuturbiinivirtausmittari säilyttää K-tekijän lineaarisuuden 0,5-1,0 %:n sisällä ilmoitetulla virtausalueella , joissa jotkin korkean tarkkuuden mittarit saavuttavat plus tai miinus 0,25 % tai paremmin osassa niiden kantamaa.

Signaalintunnistusmenetelmät

Turbiinin roottorin pyöriminen on muutettava sähköiseksi signaaliksi ilman mekaanista kosketusta, joka aiheuttaisi kitkaa ja kulumista. Kaupallisissa kaasuturbiinivirtausmittareissa käytetään kolmea tunnistusmenetelmää:

• Muuttuvan reluktanssin magneettinen poiminta : Mittarin runkoon asennettuun kelakokoonpanoon upotettu kestomagneetti synnyttää jännitepulssin aina, kun roottorin lavan kärki kulkee sen alta, kun terän kärki muuttaa piirin magneettista reluktanssia. Tämä menetelmä ei vaadi ulkoista virtaa, tuottaa omatehoisen signaalin ja on erittäin luotettava. Se on tavallinen tunnistusmenetelmä useimmille kaasuturbiinivirtausmittareille teollisuus- ja yleishyödyllisissä sovelluksissa.
• Hall-efektin anturi : Magneettisesti aktivoitu puolijohdelaite havaitsee terien kärkien kulkua käyttämällä Hall-efektiä. Hall-efektitunnistimet vaativat pienen virtalähteen, mutta tarjoavat puhtaammat signaalireunat pienillä roottorin nopeuksilla, mikä laajentaa mittarin matalan virtauksen mittauskapasiteettia enemmän kuin muuttuvan reluktanssin poimijat voivat saavuttaa. Käytetään sovelluksissa, joissa alhaisen virtauksen tarkkuus on kriittinen.
• RF (radiotaajuus) kapasitanssin vastaanotto : Korkeataajuinen oskillaattori havaitsee kapasitanssin muutoksen jokaisen roottorin siiven ohittaessa anturin pinnan. Tämä kontaktiton menetelmä tarjoaa erittäin tarkan terien laskennan sekä pienillä että suurilla nopeuksilla, ja sitä käytetään joissakin tarkkuus- ja säilytysmittareissa, joissa vaaditaan mahdollisimman laaja lineaarialue.

Tärkeimmät tekniset tiedot ja mitä ne tarkoittavat käytännössä

Kaasuturbiinin virtausmittarin oikea määrittäminen edellyttää kunkin suorituskyvyn eritelmän todellisen merkityksen ymmärtämistä ja sen, miten ne vaikuttavat mittauksen laatuun tietyssä sovelluksessa. Valmistajat käyttävät johdonmukaista terminologiaa, mutta käytännön vaikutukset jäävät joskus markkinoinnin kielen hämärään.

Virtausalue ja Turndown Ratio

Kaasuturbiinin virtausmittarin virtausalue määritellään vähimmäisvirtausnopeuden, jolla ilmoitettu tarkkuus pätee (Qmin) ja suurimman jatkuvan virtausnopeuden (Qmax) välillä. Näiden kahden arvon suhde on turndown-suhde. Useimmat kaupalliset kaasuturbiinivirtausmittarit saavuttavat sammutussuhteen 10:1 - 20:1 , joidenkin tarkkuusmallien saavuttaessa 30:1 tai enemmän käyttämällä kehittynyttä roottorilaakerisuunnittelua ja Hall-ilmiötä tai RF-poimintajärjestelmiä. Katkaisusuhde 20:1 tarkoittaa, että mittari, joka on mitoitettu mittaamaan maksimivirtausta 200 m³/h, mittaa myös tarkasti virtaukset 10 m³/h asti ilmoitetussa tarkkuusspesifikaatiossaan. Tämä laaja ulottuvuus on yksi turbiinin virtausmittarin tärkeimmistä kilpailueduista verrattuna paine-erolaitteisiin, jotka tyypillisesti laskevat vain 3:1-5:1, ennen kuin ne menettävät hyväksyttävän tarkkuuden pienillä virtauksilla.

Tarkkuus ja toistettavuus

Kaasuturbiinin virtausmittareiden tarkkuus ilmoitetaan tyypillisesti prosentteina lukemasta (prosenttina nopeudesta) eikä prosentteina täydestä asteikosta. Tällä erolla on suuri merkitys: mittarilla, jonka lukematarkkuudesta on plus tai miinus 1,0 %, tämä virhe säilyy koko virtausalueella, kun taas mittarilla, jonka tarkkuudella on plus tai miinus 1,0 % täydestä asteikosta, on paljon suurempi suhteellinen virhe pienillä virtauksilla. Huoltajuuden siirtohakemuksia varten OIML R137 ja AGA-7 (American Gas Association Report No. 7) määrittelevät, että säilytyssiirtoturbiinimittareiden on saavutettava tarkkuus plus tai miinus 1,0 % lukemasta koko virtausalueella, ja parhaiten toimivat mittarit saavuttavat plus tai miinus 0,5 % tai enemmän. Toistettavuus, joka kuvaa mittarin kykyä tuottaa sama lukema samalle virtausolosuhteille toistuvissa mittauksissa, on tyypillisesti parempi kuin tarkkuus, usein plus tai miinus 0,1 - 0,2 % laadukkailla turbiinimittareilla. Korkea toistettavuus on olennaista todentamisessa (mittarin suorituskyvyn paikan päällä todentaminen päämittarilla) ja sovelluksissa, joissa virtauksen johdonmukaisuus absoluuttisen tarkkuuden sijaan on ensisijainen vaatimus.

Paine- ja lämpötilaluokitukset

Mittarin rungon ja sisäosien on kestettävä sovelluksen suurin käyttöpaine ja lämpötila ilman rakenteellisia vikoja tai mittamuutoksia, jotka muuttavat K-tekijää. Kaasuturbiinien virtausmittareita maakaasuhuoltoon on tyypillisesti saatavana paineluokissa PN16, PN25, PN40 ja luokka 150/300/600 ASME B16.5:een, joka kattaa linjapaineet ilmakehän paineesta yli 100 baariin joissakin kokoonpanoissa. Tavallisten teollisuusmallien lämpötilaluokitukset ovat noin miinus 20 - plus 60 astetta elektroniikkaan ja miinus 40 - plus 120 celsiusastetta mekaaniseen runkoon korkean lämpötilan huoltoversioissa. Nesteytetyn maakaasun (LNG) höyrymittauksen kryogeeniset huoltomittarit ulottuvat miinus 196 celsiusasteeseen käyttämällä ruostumattomasta teräksestä valmistettuja runkoja ja erityisesti valittuja laakeri- ja roottorimateriaaleja.

Putken kokoalue

Kaasuturbiinin virtausmittareita valmistetaan vakiolinjakokoisina noin 15 mm (0,5 tuumaa) - 600 mm (24 tuumaa) nimellisreikä, jossa kiekkorunkorakenne pienempiä kokoja varten ja laipalliset täysreikäiset rungot suurempia nimellishalkaisijoita varten. Mittarin koon valinta ei välttämättä ole sama kuin putkilinjan nimellisrei'itys: turbiinimittarit tulee mitoittaa siten, että normaali käyttövirtaus putoaa mittarin ilmoitetun virtausalueen yläpuoliskolle, jossa lineaarisuus on paras, sen sijaan, että se olisi maksimivirtausnopeudella tai sen lähellä, mikä saattaa ylittää nimellisen jatkuvan käytön ja kiihdyttää laakereiden kulumista.

Sovellukset, joissa kaasuturbiinivirtausmittarit Excel

Kaasuturbiinin virtausmittareita on ollut kaupallisessa tuotannossa 1950-luvulta lähtien, ja niillä on ollut pitkä ennätys eri toimialoilla. Niiden yhdistelmä tarkkuutta, laajuutta ja suhteellisen kompaktia asennustilaa tekee niistä suosituimman valinnan seuraavissa sovellusluokissa.

Maakaasun säilytyssiirto ja verotusmittaus

Kaasuturbiinien virtausmittareiden merkittävin sovellus maailmanlaajuisesti on maakaasun säilytyssiirto tuottajien, siirtoyhtiöiden, jakeluyhtiöiden ja suurkuluttajien välillä. Säilytyssiirtomittausasemilla mittarin lähtöä käytetään suoraan siirretyn kaasun rahallisen arvon laskemiseen, jolloin tarkkuus ja jäljitettävyys kansallisiin mittausstandardeihin on pakollista. AGA-7 on alan standardi, joka ohjaa turbiinin virtausmittarin suunnittelua, suorituskykyä ja asennusta maakaasun varastoinnin siirtoon Pohjois-Amerikassa. ISO 9951 kattaa saman sovelluksen kansainvälisesti. Nämä standardit määrittelevät kalibroinnin jäljitettävyyden, epävarmuusbudjetit, asennusvaatimukset ja todistusmenettelyt, jotka muodostavat sopimusperustan tarkalle laskutukselle kaasukauppakumppanien välillä.

Tyypillinen säilytyssiirtolaitteisto käyttää kahta tai kolmea turbiinimittaria rinnakkain automaattisen virtauksen vaihdon kanssa ja omaa mittarintodistinta käytössä olevan kalibroinnin todentamiseen. Todistin mahdollistaa K-kertoimen tarkistamisen sertifioidun tilavuusstandardin mukaan poistamatta mittaria käytöstä. Näin varmistetaan, että mittarin suorituskyvyn poikkeama havaitaan ja korjataan ennen kuin se johtaa merkittävään mittausvirheeseen, joka vaatisi taloudellista selvitystä osapuolten välillä.

Teollisuuden prosessikaasun mittaus

Kemian-, petrokemian- ja lääketeollisuudessa kaasuturbiinin virtausmittarit mittaavat typpeä, happea, vetyä, argonia, hiilidioksidia ja sekaprosessikaasuja putkistojärjestelmissä, jotka palvelevat reaktoreita, lämmönvaihtimia, tyhjennysjärjestelmiä ja peittojärjestelmiä. Niiden kyky käsitellä korkeapaineisia puhtaita kaasuja ja kompaktit runkomitat tekevät niistä käytännöllisiä paikoissa, joissa olemassa olevat putkilinjat rajoittavat tilaa. Teollisuusuunien ja kattiloiden polttimen hallintajärjestelmissä turbiinimittarit tarjoavat virtaussignaalin, jota käytetään laskemaan ilma-polttoaine-suhteet, jotka on optimoitu palamisen tehokkuuden ja päästöjen noudattamisen kannalta.

Paineilma- ja laitekaasujärjestelmät

Paineilma on yksi valmistuksen energiaintensiivisimmistä apuohjelmista, ja paineilman jakoputkiin asennettujen kaasuturbiinien virtausmittarien avulla energiapäälliköt voivat mitata kulutuksen tuotantoalueittain, tunnistaa vuodot ja mitata energiatehokkuuden parannuksia. Mittari mittaa todellisen tilavuuden linjapaineessa ja lämpötilassa, ja yhdistettynä paine- ja lämpötilalähettimeen ja virtaustietokoneeseen tarjoaa korjatun tilavuusvirtauksen vakiokuutiometreinä tunnissa tai vakiokuutiojaloissa minuutissa, mikä edustaa todellista kulutetun ilman määrää riippumatta järjestelmän paineen vaihteluista huipputarpeiden aikana.

Sähköntuotannon polttokaasun mittaus

Kaasuvoimaloissa käytetään turbiinivirtausmittareita, jotka mittaavat polttokaasun syöttöä jokaiseen kaasuturbiiniin ja kattilaan. Tarkkaa polttoainemittausta tarvitaan lämpönopeuden laskennassa, hyötysuhteen seurannassa ja ympäristölupaehtojen päästöraportoinnissa. Virtausmittaus turbiinimittarista yhdistettynä kromatografin kaasuanalyysiin mahdollistaa tunnissa kulutetun kaasun energiasisällön laskemisen, mikä määrittää suoraan laitoksen lämpöhyötysuhteen ja polttoainekustannukset tuotannon megawattituntia kohden. Yhden prosentin virhe polttokaasun mittauksessa noin 70 000 m³/h maakaasua kuluttavassa 400 MW:n kombilaitoksessa vastaa satojen tuhansien dollarien vuosittaista laskutusvirhettä. tyypilliseen kaasun hintaan, mikä selittää investoinnin korkealaatuisiin säilytys-siirtotason turbiinimittareihin voimantuotantolaitoksissa.

Rajoitukset ja sovellukset, joissa turbiinimittarit eivät ole paras valinta

Kaasuturbiinin virtausmittarin riippuvuus mekaanisesta pyörimisestä tarkoittaa, että sillä on tietyissä käyttöolosuhteissa luontaisia rajoituksia, jotka on arvioitava rehellisesti, kun sitä verrataan tietyn sovelluksen vaihtoehtoisiin teknologioihin.

Likaiset, märät tai syövyttävät kaasut

Kaasuturbiinin virtausmittarit tarvitsevat puhdasta, kuivaa kaasua toimiakseen luotettavasti. Putkihilseestä, rakennusjätteistä tai prosessin siirtymisestä aiheutuva hiukkaskontaminaatio vaurioittaa roottorin siipiä ja laakeripintoja aiheuttaen progressiivisen K-tekijän siirtymisen ja mahdollisesti mekaanisen vian. Kuluneet nesteet aiheuttavat samanlaisia ​​vaurioita ja voivat aiheuttaa äkillisiä K-tekijän siirtymiä, kun nestemäiset etanat kulkevat mittarin läpi. Syövyttävät kaasukomponentit, mukaan lukien rikkivety, kloori ja happamat yhdisteet, syövyttävät laakerimateriaaleja ja voivat aiheuttaa roottorin takertumisen, jos kostuneita materiaaleja ei ole valittu erityisesti korroosionkestävyydeksi. Ennen kuin määrität turbiinimittarin mihinkään kaasupalveluun, kaasun koostumus, mukaan lukien mahdolliset epäpuhtaudet, on varmistettava yhteensopivaksi mittarin roottorin materiaalin, akselimateriaalin ja laakerityypin kanssa. Kaasu, jonka puhtautta ja kuivaa ei voida taata mittarin tuloaukon kohdalla, tulee mitata tekniikalla, jossa ei ole liikkuvia osia, kuten ultraäänimittarilla tai pyörremittarilla.

Sykkivä virtaus

Mäntäkompressorit ja syrjäytyspumput synnyttävät painepulsaatioita alavirran putkistoissa, jotka aiheuttavat kaasuvirran jaksoittaista kiihtymistä ja hidastuvuutta. Turbiinin roottori reagoi hitauden ja siipien kulmageometriansa ansiosta sykkivään virtaukseen ylirekisteröimällä: se kiihtyy kaasun nopeuden kasvaessa ja hidastuu hitaammin nopeuden pienentyessä, mikä tuottaa systemaattisen positiivisen mittausvirheen. Voimakkaasti sykkivissä olosuhteissa tämä virhe voi saavuttaa 5-10 % tai enemmän , mikä on täysin mahdotonta hyväksyä säilytyksen siirtoa tai prosessin valvontaa varten. Mittarin eteen asennetut sykkeenvaimentimet tai ultraäänimittarin valinta, jossa ei ole liikkuvaa roottoria, joka on herkkä inertiavaikutuksille, ovat korjausvaihtoehtoja sykkiviin virtausympäristöihin.

Erittäin alhaiset virtausnopeudet ja alhaiset Reynolds-luvut

Turbiinimittarin Qmin-määrityksen alapuolella laakerin kitka- ja vastusvoimat tulevat merkittäviksi suhteessa kaasuvirrasta tulevaan käyttövoimaan, jolloin roottori hidastuu alle virtausnopeuteen verrannollisen nopeuden. K-tekijä poikkeaa kalibroidusta arvostaan ​​ja mittausvirhe kasvaa nopeasti. Turbiinimittarit palvelevat huonosti sovelluksissa, joissa virtaus putoaa säännöllisesti alle 10 % Qmax:sta pitkiä aikoja. Lämpömassavirtausmittarit tai Coriolis-mittarit sopivat paremmin matalavirtauskaasumittauksiin, joissa turbiinimittarin minimivirtauskynnys ei ole jatkuvasti saavutettavissa.

Tarkan mittauksen asennusvaatimukset

Kaasuturbiinin virtausmittarit ovat herkkiä kaasun nopeusprofiilille tuloaukossaan. Täysin kehittynyt, symmetrinen, pyörteetön nopeusprofiili, joka tulee mittariin, varmistaa, että roottori reagoi tasaisesti kaikilla siiven segmenteillä ja että K-tekijä vastaa kalibroitua arvoa. Ylävirran putkiliitosten aiheuttamat häiriintyneet profiilit luovat epäsymmetrisen tai pyörteisen virtauksen, joka siirtää tehollista K-tekijää ja aiheuttaa systemaattisen mittausvirheen, jota mikään elektroninen säätö ei pysty täysin korjaamaan.

Suoran putken kulkuvaatimukset

Kaasuturbiinin virtausmittarin ylä- ja alavirtaan vaadittavat vähimmäissuorat putket riippuvat ylävirran häiriön tyypistä ja vakavuudesta. AGA-7 tarjoaa erityisiä ohjeita yleisille putkikokoonpanoille:

Jos vaadittua suoraa putken pituutta ei voida saavuttaa putkistotilan rajoitusten vuoksi, mittarin ylävirtaan asennettu virtauksen säädin voi merkittävästi vähentää vaadittua suoraa ajoa hajottamalla pyörteitä ja jakamalla uudelleen nopeusprofiilin vääristymiä. ISO 17089:n tai AGA-7:n liitteen suositusten mukaiset virtausilmastimet vähentävät alkupään vaatimusta noin 10D hoitoaineen perässä useimmissa putkikokoonpanoissa pienen pysyvän painehäviön kustannuksella ilmastointielementin yli.

Suunta ja asennusasento

Kaasuturbiinin virtausmittarit voidaan asentaa mihin tahansa putkisuuntaan, mukaan lukien vaakasuuntainen, pystysuora ylöspäin ja pystysuora virtaus alaspäin edellyttäen, että mittari on suunniteltu suuntaa varten. Vaakasuora asennus on yleisin ja yleisesti suositeltavampi, koska se välttää nesteen kerääntymisen mittarin sisääntuloon, joka voi tapahtua pystysuorassa alaspäin suuntautuvassa virtauksessa kaasulinjoissa, joissa on lauhteen jälkiä. Jos vaaditaan pystysuora asennus, suositaan ylöspäin suuntautuvaa virtausta alaspäin suuntautuvan virtauksen sijaan, jotta varmistetaan, että mahdollinen neste valuu pois roottorista sen sijaan, että se kerääntyisi siipien kärkiin. Mittari on asennettava paikkaan, johon pääsee huoltoa ja tarkastuksia varten ilman, että tarvitaan rakennustelineitä tai tilapäistä putkien eristämistä, mikä keskeytäisi palvelun.

Tilavuuden korjaus ja lämpötilan ja paineen kompensointi

Kaasuturbiinin virtausmittari mittaa mittarin läpi kulkevan kaasun todellista tilavuutta linjan paine- ja lämpötilaolosuhteissa. Useimmissa kaupallisissa ja teollisissa sovelluksissa kiinnostava määrä ei ole todellinen tilavuus linjaolosuhteissa, vaan vakiotilavuus tai -massa, joka on korjattu viiteolosuhteisiin, tyypillisesti 0 Celsius-astetta ja 101,325 kPa (standardikuutiometriä) tai 15 Celsius-astetta ja 101,325 kPa sovellettavasta sopimuksesta tai sääntelystandardista riippuen.

Flow-tietokoneen rooli

Virtaustietokone vastaanottaa pulssisignaalin turbiinimittarista sekä paine- ja lämpötilasignaalit mittariin tai sen läheisyyteen asennetuilta lähettimiltä ja käyttää todellista kaasun tilayhtälöä laskeakseen korjatun tilavuuden tai massavirran reaaliajassa. Kaasun kokoonpuristuvuuskerroin Z, joka ottaa huomioon todellisen kaasun käyttäytymisen poikkeaman ihanteellisesta kaasukäyttäytymisestä korotetuissa paineissa, on laskettava kaasun koostumuksen yhtälöstä, kuten AGA-8 (maakaasulle), jotta voidaan saavuttaa veromittauksessa vaadittu tarkkuus. 70 baarin linjapaineessa maakaasun kokoonpuristuvuuskerroin voi olla noin 0,85, mikä tarkoittaa, että todellinen tilavuus linjaolosuhteissa on vain 85 % tilavuudesta, jonka ideaalilla kaasulaskelmat ennustavat , ja kokoonpuristuvuuden huomiotta jättäminen aiheuttaisi 15 % systemaattisen virheen jokaiseen mittauslaskelmaan tällä paineella. AGA-8:n tai vastaavan tilayhtälön tarkka virtaustietokonetoteutus on siksi yhtä tärkeä järjestelmän kokonaistarkkuudelle kuin itse turbiinimittarin kalibroinnin laatu.

Energiamittausten integrointi

Maakaasusovelluksissa, joissa kaupallinen kauppa perustuu energiasisältöön tilavuuden sijaan, virtaustietokone laajentaa laskelman energiavirtaan kertomalla vakiotilavuusvirtauksen kaasun lämpöarvolla. Lämpöarvo johdetaan koostumuksen kaasukromatografianalyysistä joko itse mittausasemalla tai osapuolten välillä sovitusta edustavasta arvosta. Energianmittausketju turbiinimittarin pulssista tilavuuskorjauksesta energian laskemiseen on verotusmittausjärjestelmän ydintoiminto, ja se auditoidaan kansallisten mittausstandardien mukaisesti käyttöönoton yhteydessä ja sitä seuraavin tarkastusvälein.

Huolto ja laakerien käyttöikä

Kaasuturbiinin virtausmittarin ensisijainen huoltovaatimus on roottorin laakerijärjestelmä. Roottori pyörii jatkuvasti suurella nopeudella käytön aikana, ja roottorin akselia tukevat laakerit ovat alttiina kulumiselle, joka on lopulta vaihdettava. Laakereiden kulumisnopeus määrää mittarin huoltovälin ja K-tekijän stabiilisuuden ajan myötä, joten laakerin laatu on yksi tärkeimmistä suunnitteluparametreista erittäin luotettavassa kaasuturbiinivirtausmittarissa.

Laakerityypit ja niiden pitkäikäisyys

Kaupallisissa kaasuturbiinivirtausmittareissa käytetään kolmea laakerityyppiä, joilla kullakin on erilaiset suorituskyky- ja pitkäikäisyysominaisuudet:

• Holkki (päiväkirja) laakerit : Hydrodynaamiset laakerit, joissa ohut kaasu- tai voiteluainekalvo tukee roottorin akselia. Puhdasta kuivaa kaasua käytettäessä prosessikaasu itsessään tarjoaa voitelun, mikä eliminoi ulkoisen voiteluaineen tarpeen ja estää kaasuvirran saastumisen. Puhtaan maakaasupalvelun holkkilaakerit voivat saavuttaa eliniän viidestä kymmeneen vuotta tai enemmän ennen kuin vaadit vaihtoa.
• Kuulalaakerit : Vierintälaakerit tarjoavat alhaisen kitkan käynnistyksen yhteydessä ja alhaiset virtausnopeudet, mikä laajentaa mittarin käyttöaluetta kohti pienempiä virtausnopeuksia kuin holkkilaakerit kestävät. Kuulalaakerit vaativat kuitenkin voitelun, joka on syötettävä joko erillisestä voiteluainesäiliöstä mittarin rungossa tai prosessikaasussa olevasta voiteluainesumusta, ja ne ovat alttiimpia kontaminaatiovaurioille kuin holkkilaakerit likaisissa kaasusovelluksissa.
• Keraamiset laakerit : Zirkonia tai piikarbidi keraamiset laakerit tarjoavat erinomaisen kulutuskestävyyden, kemiallisen inerttiyden ja kyvyn toimia ilman voitelua syövyttävissä tai kuivissa kaasuympäristöissä, joissa tavanomaiset metallilaakerit kärsivät nopeasta kulumisesta tai korroosiosta. Keraamisia laakereita käytetään yhä useammin hapankaasua (rikkivetyä sisältävää) ja syövyttävää kaasua varten.

Kunnonvalvonta ja ennakoiva huolto

Nykyaikaiset kaasuturbiinivirtausmittarit sisältävät kaksoisroottorisen tai kaksoisnoukin kokoonpanon, joka mahdollistaa laakerin rappeutumisen tai roottorin vaurion havaitsemisen käytön aikana ilman, että mittaria irrotetaan tarkastusta varten. Kaksiroottorisessa mittarissa kaksi roottoria on asetettu sarjaan mittarin runkoon. Normaaliolosuhteissa molemmat roottorit pyörivät kaasuvirtauksen määräämillä nopeuksilla, ja niiden nopeuksien suhde määräytyy niiden siipien kulmien mukaan. Kun laakereiden kuluminen tai roottorivaurio alkaa vaikuttaa toiseen roottoriin eri tavalla kuin toisessa, niiden pyörimisnopeuksien suhde muuttuu, jolloin saadaan diagnostinen signaali, joka ilmaisee kehittyvistä mekaanisista ongelmista ennen kuin mittaustarkkuus on merkittävästi heikentynyt. Tämän ennakoivan huoltokyvyn avulla käyttäjät voivat suunnitella laakerien vaihtoa määräaikaishuoltoseisokkien aikana sen sijaan, että he reagoisivat reaktiivisesti mittarin vikatapahtumiin , joka säilytyksen siirtopalvelussa voi laukaista kalliita mittarinvaihtomenettelyjä ja mahdollisia laskutuskiistoja.

Kalibrointi, testaus ja jäljitettävyys

Säilytyssiirrossa tai veromittauksessa käytetyn kaasuturbiinin virtausmittarin tarkkuus on vain yhtä hyvä kuin sen K-kerroinkäyrän määrittäneen kalibroinnin ja K-tekijän todentava todistusohjelma pysyy vakaana koko sen käyttöajan. Kalibrointi ja todistaminen ovat erillisiä mutta toisiaan täydentäviä toimintoja, jotka yhdessä tarjoavat metrologisen jäljitettävyyden, jota vaaditaan laillisesti toimeenpantavissa kaupallisissa liiketoimissa.

Tehdaskalibrointi

Tehdaskalibrointi suoritetaan virtauskalibrointilaitoksessa käyttäen vertailuväliainetta, tyypillisesti ilmaa tai maakaasua, ja vertailuaineena jäljitettävä päämittari tai tilavuusstandardi. Kalibrointi määrittää K-tekijän useilla virtausnopeuksilla mittarin alueella, jolloin saadaan kalibrointitaulukko tai polynomikorjauskäyrä, joka tallennetaan mittarin elektroniseen lähettimeen tai siihen liittyvään virtaustietokoneeseen. Kalibrointitodistuksessa on mainittava käytetty vertailustandardi, sen jäljitettävyys kansallisiin tai kansainvälisiin mittausstandardeihin, vertailustandardin epävarmuus ja mittarin kalibroidun K-tekijän laajennettu epävarmuus kullakin testatulla virtausnopeudella. Säilytyssiirtoon tarkoitetuissa mittareissa kalibrointi on suoritettava kaasulle käyttöpainetta edustavissa olosuhteissa, jotta vältetään K-tekijän tiheysvaikutukset, joita ei havaita ilmakalibrointi ilmakehän paineessa.

Käytössä oleva testaus

Mittarin testaus tarkistaa käyttöön asennetun mittarin K-kertoimen kalibroitua mittauslaitetta tai tunnetun kalibroinnin päämittaria vastaan poistamatta mittaria putkistosta. Putkimittarit, pientilavuudet ja päämittarit ovat kolme pääasiallista mittausmenetelmää, joita käytetään kaasuturbiinin virtausmittareissa säilytyssiirtopalvelussa. Sovellettavien säännösten ja kaupallisten sopimusten edellyttämä todistamistaajuus vaihtelee, mutta tyypillisesti vaihtelee kuukausittain vuosittain riippuen mitatun tapahtuman koosta ja mittarin vakaushistoriasta. Todistustuloksia verrataan vahvistettuun K-kertoimeen, ja jos poikkeama ylittää sovitun toleranssin (yleensä plus tai miinus 0,25-0,5 % sopimuksesta riippuen), mittarikerrointa korjataan ja poikkeama voi laukaista laskutuskorjauksen viimeisestä voimassa olevasta todistuksesta lähtien.

Kaasuturbiinin virtausmittarin valinnan tarkistuslista

Kaasuturbiinin virtausmittarin valitseminen tiettyyn sovellukseen edellyttää prosessiolosuhteiden, suorituskykyvaatimusten ja asennusrajoitusten systemaattista arviointia. Seuraava tarkistuslista kattaa kriittiset parametrit, jotka on määritettävä ennen kuin määrittely voidaan suorittaa loppuun:

1. Määritä kaasun koostumus ja varmista puhtaus : Tunnista kaikki komponentit, mukaan lukien pienet epäpuhtaudet, kondensaatiopotentiaali ja syövyttävät lajit. Varmista, että kaasu voidaan taata puhtaana ja kuivana mittarin tuloaukossa kaikissa käyttöolosuhteissa.
2. Määritä virtausalue, joka sisältää minimi-, normaali- ja maksiminopeudet : Varmista, että vaadittu virtausalue on yhden metrin koon saavutettavissa olevan laskun sisällä, tai suunnittele useita metrejä rinnakkain automaattisen virtauksen vaihdon kanssa, jos vaadittu alue ylittää sen, mitä yksi mittari voi kattaa.
3. Määritä tarkkuus- ja kantavuusvaatimukset : Selvitä, vaatiiko sovellus verotuksellisen plus tai miinus 0,5 % tarkkuuden vai hyväksytäänkö prosessitason plus tai miinus 1,0 % tai plus tai miinus 2,0 % spesifikaatio, koska tämä vaikuttaa suoraan mittarin hintaan.
4. Vahvista suurin käyttöpaine ja lämpötila : Varmista, että mittarin paine- ja lämpötilaarvot ylittävät suurimmat häiriöolosuhteet, eivät pelkästään normaalit käyttöolosuhteet.
5. Arvioi käytettävissä olevat suorat putket : Tarkista asennuspaikka varmistaaksesi, että vaaditut ylä- ja alavirran suorat ajot voidaan saavuttaa, tai suunnittele virtauksenkäsittelylaitteen asennus, jos se ei onnistu.
6. Määritä lähtösignaali ja integrointivaatimukset : Vahvista, liitetäänkö pulssilähtö suoraan virtaustietokoneeseen, DCS-tulokorttiin vai SCADA-järjestelmään, ja määritä vaadittu lähtömuoto (taajuus, HART, Modbus tai pulssilaskenta).
7. Määritä todistusmenetelmä ja väli : Säilytyssiirtomittareiden todistusmenetelmästä on sovittava kaupan osapuolten kanssa ennen mittarin ja mittarin määrittämistä, koska jotkut todistusmenetelmät asettavat erityisiä vaatimuksia mittarin rungon suunnittelulle.

Kaasuturbiinin virtausmittari on edelleen yksi tarkimmista, luotettavimmista ja kustannustehokkaimmista teknologioista korkeanopeuksisen puhtaan kaasun mittaamiseen koko alueella pienistä teollisuuslaitoksista suurihalkaisijaisiin maakaasun siirtomittausasemiin. Sen mekaaninen yksinkertaisuus, hyvin ymmärrettävät virhelähteet, laaja toiminta-alue sekä kypsä kalibrointi- ja testausinfrastruktuuri ovat säilyttäneet roolinsa hallitsevana teknologiana maakaasun verotuksessa yli kuuden vuosikymmenen ajan, eikä mikään nykyisillä markkinoilla tarjoa riittävän vakuuttavaa kilpailevien etujen yhdistelmää, joka syrjäyttäisi sen tästä asemasta lähitulevaisuudessa aidoissa sovelluksissa.