Flare gassstrømmåling: teknologier, utvalg, nøyaktighet og verifisering

Dette driftsområdet er hovedårsaken til at en fakkelgassstrømmåler bør velges fra prosessdata i stedet for fra en foretrukket måleteknologi. Et instrument som yter bra ved normal strømning, kan miste nyttig oppløsning i den lave enden, overskride dets validerte rekkevidde under en forstyrrelse, eller bli følsom for endringer i gassegenskaper.

Denne veiledningen sammenligner ultralyd-, termisk masse- og differensial-trykkmåling, og forklarer deretter prosessforholdene, usikkerhetskildene, installasjonssjekkene og verifiseringstrinnene som betyr noe før en måler spesifiseres.

Hva trenger måling av fakkelgassstrøm for å oppnå?

Et fakkelsystem gir en kontrollert bane for gasser som slippes ut under normal ventilering, oppstart, avstengning, vedlikehold, prosessforstyrrelser og avlastningshendelser. Måling av gassen som kommer inn i systemet kan støtte prosessovervåking, tapsidentifikasjon, vurdering av fakkelytelse, utslippsberegninger og regulatorisk rapportering.

Målemålet bør defineres før måleren velges. Et anlegg som kun trenger en driftsindikasjon på unormal utlufting, har ikke nødvendigvis de samme kravene som et raffineri som bruker fakkelstrøm i en regulert beregning.

For eksempel gjeldende amerikanske krav i40 CFR 63.670inkluderer kontinuerlig fakkelventilering-krav til overvåking av gassstrøm for berørte applikasjoner og krever at visse strømningssystemer tar hensyn til temperatur og trykk når de rapporterer strømning ved standardforhold. Regelverket varierer etter anlegg og jurisdiksjon, så gjeldende tillatelse og regelverk bør kontrolleres separat fra målervalg.

Hvorfor fakkelgass er vanskelig å måle

En enkelt topptekst kan se svært forskjellige strømningsforhold

Det nyttige måleområdet må dekke mer enn det normale driftspunktet. En fakkel kan tilbringe lange perioder nær minimumsstrøm og deretter oppleve en rask økning under en avlastningshendelse. SICK beskriver fakkelmåling som en spesielt krevende applikasjon fordi både hastighet og gasssammensetning kan endres raskt, med svært lave normale strømninger og mye høyere stansstrømmer mulig i samme installasjon.

For spesifikasjonsformål, samle minimum, normal og maksimum strømning. Beregn også tilsvarende gasshastigheter der det er mulig. En strømningshastighet som høres stor ut kan fortsatt gi beskjeden hastighet i en stor header, mens en mindre linje raskt kan nå en meters øvre hastighetsgrense.

Gasssammensetningen forblir kanskje ikke konstant

En felles fakkelhode kan motta strømmer fra flere enheter. Hydrogen-rik gass, hydrokarboner, karbondioksid, nitrogen, damp eller andre komponenter kan komme inn i forskjellige proporsjoner ettersom driftsforholdene endres.

Sammensetningen er viktig fordi hvert måleprinsipp reagerer forskjellig på gassegenskapene. Det kan påvirke tetthetsberegninger, termiske egenskaper, molekylvekt, akustisk hastighet og konverteringen mellom masse og standard volumetrisk strømning.

Lavt trykk kan skape en målebegrensning

Lavtrykksfakkelgass fortjener spesiell oppmerksomhet når ultralydteknologi evalueres. I et clamp-on system må det akustiske signalet passere gjennom rørveggen og inn i gassen. Den store akustiske-impedansforskjellen mellom stål og gass med lav-tetthet kan gjøre signaloverføring vanskelig. Siemens diskuterer denne begrensningen spesielt forlavtrykksfakkelgass i stålrør.

Dette betyr ikke at ultralydmåling er uegnet for lavtrykksfakkels-. Det betyr at målerkonstruksjon, sensorarrangement, rørmateriale, trykk og signalmargin må evalueres sammen. En generiskultralyd flowmålerspesifikasjoner bør aldri antas å representere hver fakkelkonfigurasjon.

Våt gass og avleiringer kan påvirke sensorer

Fakkelgass er ikke alltid tørr. Kondensat, dråper, faste stoffer eller avleiringer kan nå målestedet. Effekten deres avhenger av instrumentet: avleiringer kan endre en termisk sensors varmeoverføring, trykkporter kan plugges, og forurensning eller væske kan påvirke ultralydsignalkvaliteten.

Prosessgjennomgangen bør derfor inkludere knockout-trommelytelse, forventet kondensering, væskeoverføring og eventuell historie med avleiringer på den foreslåtte målerplasseringen.

Tre hovedteknologier for måling av gassstrøm

Ultrasonisk strømningsmåling

Transittid-ultralydmålere bestemmer gasshastigheten fra forskjellen mellom ultralydtransittider med og mot strømningsretningen. For en mer detaljert forklaring av målefysikken, se dennearbeidsprinsippveiledning for ultralydstrømningsmåler.

Ultralydteknologi er mye vurdert for fakkelhoder fordi den kan måle uten å skape et betydelig permanent trykktap og kan konstrueres for et bredt driftsområde. Formåls-bygde fakkelinstrumenter kan også gi hastighet-av-lyd- og signaldiagnostikk som hjelper til med å skille en prosessendring fra et instrumentproblem.

Den viktige begrensningen er at "ultralyd" beskriver et måleprinsipp, ikke en garantert driftskonvolutt. Sensordesign, antall akustiske baner, gasstrykk, rørgeometri, støy, sammensetning og maksimal hastighet påvirker alle ytelsen. SICKs fakkelspesifikke-dokumentasjon behandler for eksempel raske hastighets- og komposisjonsendringer som designbetingelser i stedet for å anta at et standard ultralydarrangement vil håndtere dem automatisk.

Termisk massestrømsmåling

A termisk massestrømmålerbestemmer gassmassestrømmen fra varme-overføringsresponsen rundt en oppvarmet sensor. En nyttig introduksjon er tilgjengelig i denne forklaringen avhvordan termisk-spredningsmåling fungerer.

Termisk måling kan være attraktivt når lav-strømningsfølsomhet og direkte masse-strømutgang er nyttig. Den unngår også behovet for å utlede massestrøm utelukkende fra en volumetrisk avlesning pluss separat tetthetsberegning.

Det viktigste tekniske spørsmålet for fakkeltjeneste er gasssammensetning. Ulike gasser overfører varme forskjellig, så en måler som er kalibrert eller konfigurert for én blanding kan reagere annerledes når den blandingen endres vesentlig. Dette er grunnen til at leverandører av termiske-målere ber om sammensetningsdata og hvorfor noen moderne systemer inkluderer måter å oppdatere gass-blandingsegenskaper på. Det underliggende problemet er forklart videre i denne artikkelen omtermisk massemåling av gassblandinger.

Termisk teknologi bør derfor ikke forkastes bare fordi fakkelsammensetningen kan variere. Bestem i stedet hvor mye den varierer, hvor ofte den endres, og om den foreslåtte måleren har en dokumentert metode for å håndtere den variasjonen.

Differensialtrykk og Pitot-baserte systemer

Differensial-trykkmåling utleder strømning fra trykkforskjellen produsert av den bevegelige gassen over eller rundt et primærelement eller en sonde. Selve senderen kan være en konvensjonelltrykk- eller differensial-trykkinstrument, mens hele systemet inkluderer den primære enheten, trykkkoblinger, gass-egenskapsinnganger og strømningsberegning.

DP-teknologi er kjent og kan være praktisk i passende applikasjoner, men svært lav fakkelstrøm er utfordrende fordi det tilgjengelige differensialtrykket faller når hastigheten avtar. I motsatt ende må sonden og senderens rekkevidde romme maksimal troverdig tilstand. For en dypere diskusjon av selve målebegrepet, se denne oversikten overdifferensial-trykkgass-nøyaktighet.

DP-systemer krever også oppmerksomhet til impulsledninger, trykkporter, kondensat, plugging og tetthetskompensasjon. Et enkelt tall for sendernøyaktighet er derfor ikke det samme som total strømningsusikkerhet-.

Hvordan teknologiene sammenlignes

Denne tabellen er et screeningsverktøy. Endelig valg bør bruke produsentens validerte driftskonvolutt for de faktiske gass-, trykk-, temperatur-, rør- og hastighetsforholdene.

Faktisk volum, standardvolum eller massestrøm?

En spesifikasjonsfeil er å be om "flyt" uten å definere grunnlaget.

Faktisk volumetrisk strømningbeskriver volumet som går gjennom røret ved driftstrykk og temperatur.Standard volumetrisk strømninguttrykker det gassvolumet ved definerte referanseforhold.Masseflytrepresenterer massen som passerer gjennom systemet per tidsenhet.

Disse verdiene er relaterte, men de er ikke utskiftbare. Gassvolumet endres med trykk og temperatur, og det er grunnen til at en måler kan rapportere en riktig faktisk hastighet mens en standard-strømberegning er feil fordi trykk, temperatur, molekylvekt eller referanseforhold ble konfigurert feil.

Denne forskjellen er dekket mer detaljert i nettstedets guide tilmassestrøm kontra volumstrøm. Når trykkdata er en del av konverteringen, sørg også for at ingeniørteamet er enige om absolutt versus manometertrykk; forskjellen mellomPSI, PSIA og PSIGer ikke en formateringsdetalj.

For berørte amerikanske raffineriapplikasjoner spesifiserer 40 CFR 63.670 standardbetingelser for visse overvåkede volumetriske strømningsberegninger og tillater at massestrøm konverteres ved bruk av molekylvekt bestemt fra sammensetningen. Det regulatoriske eksemplet illustrerer hvorfor det forespurte rapporteringsgrunnlaget bør avgjøres før instrumenteringen konfigureres.

Nøyaktighet er ikke det samme som total måleusikkerhet

Et målerdataark kan oppgi en nøyaktighetsverdi, men flare-strømusikkerhet påvirkes av hele målesystemet.

Potensielle bidragsytere inkluderer:

• målerkalibrering og repeterbarhet;
• operasjon nær den lave eller høye enden av det validerte området;
• pipe inside-diameter feil;
• forvrengte eller virvlende hastighetsprofiler;
• gass-sammensetningsusikkerhet;
• trykk- og temperaturmåling;
• standard-flytkonvertering;
• sensorforurensning eller signalforringelse;
• installasjonsparametere angitt feil i senderen.

For ultralydsystemer er skillet mellom instrumentnøyaktighet og applikasjonsnøyaktighet spesielt viktig. Et laboratorieytelsesnummer kan ikke i seg selv forklare en uegnet akustisk bane, feil rørdata eller forstyrret strømning. Nettstedets diskusjon omultrasonisk strømningsmåler nøyaktighetgir nyttig bakgrunn, men fakkelapplikasjonen bør likevel vurderes opp mot den spesifikke målerdokumentasjonen.

Hvis målingen støtter rapportering eller et kontraktsmessig krav, definer nødvendig usikkerhet og verifiseringsmetode før kjøp. Ellers kan prosjektet etter installasjon oppdage at det valgte instrumentet er teknisk funksjonelt, men ikke tilfredsstiller målingen.

Hvordan velge en fakkelgassstrømmåler

1. Etabler hele driftskonvolutten

Registrer minimum, normal og maksimum strømning, trykk og temperatur. Inkluder oppstart, avstengning, rensing, avlastning og andre troverdige unormale forhold i stedet for å stole på ett enkelt designpunkt.

2. Beskriv gasssammensetning og variabilitet

Gi representative sammensetninger for de viktige driftssakene. Hvis flere prosessenheter mater én header, kan en enkelt "typisk gass"-analyse skjule tilstanden som er vanskeligst for måleren.

3. Bekreft nødvendig flytgrunnlag

Oppgi om nødvendig utgang er faktisk volum, standardvolum, massestrøm, hastighet eller mer enn én av disse. Definer standard referansebetingelser eksplisitt.

4. Dokumenter røret og foreslått målerplassering

Registrer rørets utvendige diameter, veggtykkelse eller tidsplan, materiale, foring hvis det finnes, orientering og tilgjengelig tilgang. Identifiser nærliggende albuer, tees, ventiler, reduksjonsrør, topper og andre forstyrrelser. Forholdet mellomstrømningshastighet og trykkkan også være nyttig bakgrunn ved gjennomgang av prosessforhold, selv om den fullstendige fakkelberegningen kan kreve ytterligere informasjon om gass-egenskap.

5. Identifiser installasjonsbegrensninger tidlig

Kan linjen stenges? Kan det kuttes? Er varmttapping tillatt? Er innsettingsinstallasjon akseptabelt? Krever stedet godkjenning i farlige-områder? Disse spørsmålene kan eliminere ellers attraktive teknologier før unødvendig ingeniørarbeid er gjort. For termiske instrumenter, denne diskusjonen omtermiske massemålere i eksplosjonsfarlige områdergir ekstra kontekst, men selve godkjenningen må kontrolleres på valgt produktsertifikat.

6. Be leverandøren om søknads-spesifikke bevis

Ikke stopp ved "denne teknologien kan måle fakkelgass." Spør om den foreslåtte konfigurasjonen har blitt evaluert for minimumstrykk, maksimal hastighet, gassmatrise, rørstørrelse, forurensningsrisiko og nødvendig usikkerhet.

For utfordrende ultralydtjenester, be om forventet signalmargin eller produsentens applikasjonsevaluering. For termisk måling, spør hvordan sammensetningsendringer håndteres. For DP-systemer, verifiser tilgjengelig differensialtrykk ved minimum flow og området ved maksimal flow.

Installasjon og verifisering: Hva bør sjekkes?

Testing av fakkelgassstrøm bør behandles separat fra kontinuerlig strømningsmåling. Testing og verifisering fastslår om det installerte systemet er konfigurert og oppfører seg som tiltenkt.

En praktisk igangkjøringssjekk bør omfatte:

• faktiske rørdimensjoner samsvarer med transmitterkonfigurasjonen;
• sensorposisjon og orientering samsvarer med installasjonstegningen;
• strømningsretningen er riktig;
• tekniske enheter og standard referansebetingelser er dokumentert;
• trykk- og temperaturinnganger er rimelige og bruker riktig absolutt- eller målegrunnlag;
• gasssammensetning eller molekylvekt-konfigurasjon samsvarer med det tiltenkte driftstilfellet;
• analoge, puls- og digitale utganger er riktig skalert;
• målerdiagnostikk registreres som en grunnlinje;
• null eller forventet lav-flytatferd kontrolleres når prosessforholdene tillater det;
• målerens konfigurerte rekkevidde dekker den angitte driftskonvolutten.

Kalibreringsdokumentasjon bør også gjennomgås i stedet for å behandles som et sertifikat som skal arkiveres. Denne oversikten overkalibrering av strømningsmålergir nyttig bakgrunn om kalibreringskonseptet.

For ultrasonisk fakkelmåling, noter diagnostiske verdier ved igangkjøring. En fremtidig endring i signalkvalitet eller lydhastighet kan da sammenlignes med en kjent grunnlinje. Et plausibelt strømningstall alene er ikke nok til å demonstrere at målingen forblir sunn.

Vanlige problemer og hva du bør sjekke først

Ultralydsignalet blir svakt

Sjekk om trykk, sammensetning, temperatur eller rørforhold endret seg før du justerer transmitterparametere. Lav gasstetthet, akustisk støy, avleiringer, sensorjustering og drift utenfor det tiltenkte hastighetsområdet kan alle påvirke signalkvaliteten.

Lesingen blir ustabil

Sammenlign flytstrenden med prosessdata. Ekte fakkelstrøm kan være ustabil. Hvis prosessen er jevn, undersøk gasssammensetning, væskeoverføring, strømnings-profilforstyrrelse, trykk- og temperaturinnganger og målerdiagnostikk.

Standard strømning ser feil ut, men hastigheten ser rimelig ut

Sjekk referansetemperatur og trykk, absolutt trykkinngang, molekylvekt, gasskonfigurasjon og tekniske enheter. Dette mønsteret peker ofte på konverteringslaget i stedet for selve hastighetsmålingen.

En termisk måler endres etter at gasskilden endres

Gjennomgå den nye sammensetningen mot gassen som brukes for kalibrering eller konfigurasjon. Termisk massemåling er iboende knyttet til gassvarme-overføringsegenskaper. Sierras tekniske materiale påtermiske innsettingsmålere og gasssammensetningforklarer hvorfor gassblandinger normalt er en del av målerkonfigurasjonen.

Et praktisk utvalgseksempel

Tenk på en hypotetisk stor raffineri fakkel header som normalt har en liten rensestrøm, men som kan motta gasser fra flere enheter under en nedleggelse. Trykket er lavt, sammensetningen endres vesentlig, og maksimal hastighet er langt over normal driftstilstand.

Det ville være for tidlig å velge en måler fra normal strømning alene. Den tekniske sekvensen bør være:

• beregne hastighet ved minimums-, normal- og maksimumsforhold;
• identifisere det laveste-trykktilfellet;
• definere det forventede området for gasssammensetninger;
• sjekke om væskeoverføring er troverdig;
• gjennomgå tilgjengelig rett løp og rørgeometri;
• skjerm hver målerteknologi mot disse forholdene;
• be om program-spesifikt ytelsesbevis for de gjenværende alternativene.

Ultralydmåling kan fremstå som en sterk kandidat på grunn av det store området og kravet til lavt trykk-tap, men en lav-trykkklemme-på konfigurasjonen kan mislykkes i den akustiske gjennomgangen. En spesialbygd-inline- eller innsettingsultralyddesign kan forbli levedyktig. En termisk måler kan være attraktiv ved lav strømning, men vil trenge en forsvarlig metode for å håndtere sammensetningsendringer. En DP-løsning vil trenge tilstrekkelig differensialtrykk i den lave enden uten å overskride rekkevidden under den høye-strømmen.

Verdien av eksemplet er ikke at én teknologi «vinner». Den viser hvorfor valg av fakkel-måler er et prosess-tilstandsproblem først og et instrument-kategoriproblem dernest.

Informasjon å forberede før du ber om et tilbud

• målingsmål og gjeldende rapporteringskrav;
• minimum, normal og maksimum strømning eller hastighet;
• minimum, normalt og maksimum trykk;
• minimum, normal og maksimum temperatur;
• gasssammensetning for relevante driftstilfeller;
• forventede væsker, faste stoffer eller avleiringer;
• rør OD, ID eller tidsplan, og materiale;
• rørtegning og tilgjengelig rett løp;
• klassifisering av farlige-områder;
• nødvendig strømningsgrunnlag og referanseforhold;
• nødvendige utganger og kommunikasjonsprotokoll;
• installasjons- og avstengningsbegrensninger;
• krav til nøyaktighet, usikkerhet, kalibrering og verifisering.

Ved å gi denne informasjonen kan en leverandør vurdere en faktisk applikasjon i stedet for å anbefale en måler fra rørstørrelse og normal strømning alene. Hvis du har disse dataene klare, kan de også sendes inn viasøknadsskjemafor teknisk gjennomgang.

Ofte stilte spørsmål

Hva er den beste strømningsmåleren for fakkelgass?

Det finnes ingen universell beste teknologi. Formålsbygde-ultralydmålere er ofte sterke kandidater for hovedfakkelhoder med store strømningsvariasjoner, mens termisk masse og DP-systemer kan være effektive under passende forhold. Beslutningen bør være basert på driftsområde, sammensetning, trykk, installasjon, forurensningsrisiko og nødvendig usikkerhet.

Kan en strømningsmåler med ultralyd måle lavtrykksgass-?

Ja, i passende konfigurasjoner, men gass med lavt-trykk kan gjøre akustisk måling vanskeligere. Klemme-ved måling gjennom stålrør krever spesiell gransking fordi bare deler av ultralydenergien kan komme inn i gassen med lav-tetthet. Bruk produsentens applikasjonsevaluering i stedet for en generisk trykkantagelse.

Påvirker endring av gasssammensetning måling av fakkelstrøm?

Ja. Effekten avhenger av måleprinsippet. Sammensetning kan endre tetthet, molekylvekt, termiske egenskaper og lydhastighet. Termisk massemåling er spesielt følsom for gassvarme-overføringsegenskapene som brukes i kalibrering eller konfigurasjon.

Hvorfor er trykk og temperatur nødvendig for måling av fakkelstrøm?

De er nødvendige når faktisk volumetrisk strømning må konverteres til definerte standardforhold og kan også påvirke tetthet og målerens ytelse. Nødvendige input avhenger av måleprinsipp og rapporteringsgrunnlag.

Hvor ofte bør en fakkelgassstrømmåler kalibreres?

Det er ikke noe universalintervall som gjelder for hver fakkelmåler. Kalibrerings- og verifiseringsfrekvensen bør følge gjeldende forskrifter, prosjektspesifikasjoner, produsentens veiledning, målingskritisitet og bevis fra instrumentdiagnostikk eller historisk ytelse.

Er målerens nøyaktighet det samme som måleusikkerhet?

Nei. Målers nøyaktighet beskriver kun en del av målesystemet. Rørdimensjoner, installasjonseffekter, gassegenskaper, trykk- og temperaturinstrumenter, konverteringsberegninger, kalibrering og driftsområde kan alle bidra til usikkerheten til den endelige rapporterte strømmen.

Konklusjon

Pålitelig fakkelgassstrømmåling starter med driftskonvolutten, ikke med en målerkatalog. Ingeniørteamet bør forstå hvor langt strømningen kan variere, hvordan sammensetningen endres, hvilke trykk- og temperaturforhold som oppstår, hva rørgeometrien tillater, og hva den endelige rapporterte verdien må representere.

Ultralyd-, termisk masse- og differensialtrykkteknologier-har alle legitime applikasjoner. Det nyttige spørsmålet er ikke hvilket prinsipp som er universelt best, men hvilken foreslått måler som kan demonstrere passende ytelse på tvers av de faktiske minimums- og maksimumsforholdene til fakkelsystemet.

Definer strømningsgrunnlaget, gjennomgå total måleusikkerhet, sjekk installasjonsbegrensninger og etablere en verifikasjonsgrunnlinje før instrumentet blir en del av rutinemessig anleggsrapportering. Disse trinnene gjør mer for målingens pålitelighet enn å velge en teknologi fra et enkelt nøyaktighetstall eller normal-flyttilstand.