Mjerač protoka plinske turbine: kako radi, specifikacije i vodič za odabir

A mjerač protoka plinske turbine mjeri volumensku brzinu protoka plina otkrivanjem brzine vrtnje rotora turbine postavljenog u struju protoka. Dok plin prolazi kroz tijelo mjerača, on djeluje silom na nagnute lopatice rotora, uzrokujući njegovo okretanje brzinom izravno proporcionalnom brzini plina. Za čiste, suhe plinove u cjevovodima velike brzine gdje su točnost, široki omjer smanjenja i kompaktna instalacija prioriteti, mjerač protoka plinske turbine jedna je od najpouzdanijih i dobro dokazanih dostupnih mjernih tehnologija. To je instrument izbora za prijenos prirodnog plina, mjerenje industrijskog procesnog plina, mjerenje komprimiranog zraka i raspodjelu gorivog plina u postrojenjima za proizvodnju električne energije i petrokemijskim postrojenjima. Razumijevanje načina na koji radi, koje specifikacije upravljaju odabirom, gdje ima najbolju izvedbu i koja su mu ograničenja daje inženjerima i timovima za nabavu temelj za točnu specifikaciju ovog instrumenta i izdvajanje njegove pune mjerne sposobnosti.

Princip rada mjerača protoka plinske turbine

Princip rada plinskoturbinskog mjerača protoka temelji se na prijenosu kinetičke energije s pokretne struje plina na mehanički rotor. Rotor je postavljen na osovinu unutar tijela mjerača, a njegova je os poravnata sa smjerom protoka. Lopatice rotora postavljene su pod fiksnim kutom zavojnice, obično između 30 i 45 stupnjeva na os protoka, tako da plin koji udara o lopatice stvara okretni moment koji uzrokuje vrtnju rotora. Pri ravnomjernom protoku, rotor postiže kutnu brzinu pri kojoj pogonski moment iz plina uravnotežuje momente usporavanja od trenja ležaja, magnetskog otpora od senzora hvatanja i otpora tekućine na površinama lopatica. U ovoj ravnoteži, brzina rotora je vrlo skoro proporcionalna brzini plina u širokom rasponu protoka.

Faktor K i njegova uloga u mjerenju

Odnos između frekvencije rotacije rotora i volumetrijske brzine protoka izražava se kroz faktor metra, koji se obično naziva K faktor. K faktor se definira kao broj impulsa generiranih po jedinici volumena plina koji prolazi kroz mjerač, obično izražen kao impulsi po kubnom metru ili impulsi po litri. Za dobro proizveden plinski turbinski mjerač protoka, faktor K je stabilan i linearan u cijelom specificiranom rasponu protoka mjerača, što čini instrument prikladnim za aplikacije skrbničkog prijenosa visoke točnosti. K faktor se utvrđuje tijekom kalibracije na certificiranoj opremi za kalibraciju protoka i naveden je u potvrdi o kalibraciji mjerača. Tipični mjerač protoka plinske turbine održava linearnost faktora K unutar plus ili minus 0,5 do 1,0% u svom navedenom rasponu protoka , s nekim mjeračima visoke točnosti koji postižu plus ili minus 0,25% ili bolje u dijelu svog raspona.

Metode detekcije signala

Rotacija rotora turbine mora se pretvoriti u električni signal bez mehaničkog kontakta koji bi doveo do trenja i trošenja. U komercijalnim mjeračima protoka plinskih turbina koriste se tri metode detekcije:

• Magnetski prijemnik s promjenjivom otpornošću : Trajni magnet ugrađen u sklop zavojnice montiran u tijelo mjerača stvara impuls napona svaki put kada vrh lopatice rotora prođe ispod njega, dok vrh lopatice mijenja magnetsku otpornost kruga. Ova metoda ne zahtijeva vanjsko napajanje, generira signal s vlastitim napajanjem i vrlo je pouzdana. To je standardna metoda detekcije za većinu mjerača protoka plinskih turbina u industrijskim i komunalnim aplikacijama.
• Hallov senzor : magnetski aktivirani poluvodički uređaj detektira prolaz vrhova lopatica koristeći Hallov učinak. Signali s Hallovim efektom zahtijevaju malo napajanje, ali daju čišće rubove signala pri niskim brzinama rotora, proširujući sposobnost mjerenja niskog protoka mjerača izvan onoga što mogu postići senzori s promjenjivom reluktancijom. Koristi se u aplikacijama gdje je točnost niskog protoka kritična.
• RF (radio frekvencija) prijem kapacitivnosti : Visokofrekventni oscilator detektira promjenu u kapacitetu dok svaka lopatica rotora prolazi prednji dio senzora. Ova beskontaktna metoda omogućuje vrlo precizno brojanje oštrica pri niskim i velikim brzinama i koristi se u nekim preciznim i skrbničkim prijenosnim mjeračima gdje je potreban najširi mogući linearni raspon.

Ključne specifikacije i što one znače u praksi

Ispravno određivanje mjerača protoka plinske turbine zahtijeva razumijevanje stvarnog značenja svake specifikacije performansi i kako se to prevodi u kvalitetu mjerenja u specifičnoj primjeni. Proizvođači koriste dosljednu terminologiju, ali praktične implikacije ponekad su zamagljene marketinškim jezikom.

Raspon protoka i omjer smanjenja

Raspon protoka plinskoturbinskog mjerača protoka definiran je kao raspon između minimalnog protoka pri kojem se primjenjuje navedena točnost (Qmin) i maksimalnog kontinuiranog protoka (Qmax). Omjer ovih dviju vrijednosti je omjer skretanja. Većina komercijalnih mjerača protoka plinskih turbina postižu omjere smanjenja od 10:1 do 20:1 , s postizanjem nekih preciznih modela 30:1 ili više korištenje naprednog dizajna ležaja rotora i Hallovog efekta ili RF prijemnih sustava. Omjer smanjenja od 20:1 znači da će mjerač dimenzioniran za mjerenje maksimalnog protoka od 200 m³/h također točno mjeriti protoke do 10 m³/h unutar navedene specifikacije točnosti. Ova široka mogućnost raspona je jedna od primarnih konkurentskih prednosti turbinskog mjerača protoka u odnosu na uređaje diferencijalnog tlaka, koji obično isporučuju samo smanjenje od 3:1 do 5:1 prije nego što izgube prihvatljivu točnost pri niskim protokima.

Točnost i ponovljivost

Točnost mjerača protoka plinskih turbina obično se navodi kao postotak očitanja (postotak brzine), a ne kao postotak pune skale. Ova je razlika značajna: mjerač s plus ili minus 1,0% točnosti očitanja održava tu pogrešku u cijelom rasponu protoka, dok mjerač s plus ili minus 1,0% pune točnosti ljestvice ima mnogo veću relativnu pogrešku pri niskim protokima. Za zahtjeve za prijenos skrbništva, OIML R137 i AGA-7 (Izvješće Američke plinske udruge br. 7) određuju da turbinska brojila za skrbništvo moraju postići točnost unutar plus ili minus 1,0% očitanja u cijelom rasponu protoka, pri čemu mjerači s najboljim performansama postižu plus ili minus 0,5% ili bolje. Ponovljivost, koja opisuje sposobnost mjerača da proizvede isto očitanje za iste uvjete protoka pri ponovljenim mjerenjima, obično je bolja od točnosti, često na plus ili minus 0,1 do 0,2% za kvalitetna turbinska mjerača. Visoka ponovljivost ključna je za dokazivanje (provjera performansi mjerača na terenu korištenjem glavnog mjerača) i za primjene gdje je primarni zahtjev dosljednost protoka, a ne apsolutna točnost.

Oznake tlaka i temperature

Tijelo mjerača i unutarnji dijelovi moraju izdržati maksimalni radni tlak i temperaturu primjene bez strukturalnog kvara ili promjene dimenzija koje bi promijenile K faktor. Mjerači protoka plinske turbine za prirodni plin obično su dostupni u nazivnim tlakovima od PN16, PN25, PN40 i klasa 150/300/600 prema ASME B16.5, pokrivajući cjevovodne tlakove od atmosferskog do preko 100 bara u nekim konfiguracijama. Ocjene temperature za standardne industrijske modele kreću se od približno minus 20 do plus 60 Celzijevih stupnjeva za elektroniku i od minus 40 do plus 120 Celzijevih stupnjeva za mehaničko tijelo u visokotemperaturnim radnim varijantama. Kriogeni servisni mjerači za mjerenje pare ukapljenog prirodnog plina (LNG) protežu se do minus 196 stupnjeva Celzijevih pomoću tijela od nehrđajućeg čelika i posebno odabranih materijala za ležajeve i rotore.

Raspon veličina cijevi

Mjerači protoka plinskih turbina proizvode se u standardnim veličinama linija od približno 15 mm (0,5 inča) do 600 mm (24 inča) nominalnog provrta, s izvedbama pločastog tijela za manje veličine i tijela s prirubnicom punog provrta za veće nazivne promjere. Odabir veličine mjerača nije nužno isti kao i nazivni promjer cjevovoda: turbinski mjerači trebaju biti dimenzionirani tako da normalni radni protok pada u gornju polovicu navedenog raspona protoka mjerača, gdje je linearnost najbolja, a ne na ili blizu maksimalnog protoka koji predstavlja opasnost od prekoračenja nazivnog kontinuiranog rada i ubrzanog trošenja ležajeva.

Primjene gdje mjerači protoka plinske turbine Excel

Mjerači protoka za plinske turbine u komercijalnoj su proizvodnji od 1950-ih godina i akumulirali su dugo iskustvo u različitim industrijama. Njihova kombinacija točnosti, raspona i relativno kompaktnog otiska instalacije čini ih preferiranim izborom u sljedećim kategorijama primjene.

Skrbnički prijenos prirodnog plina i fiskalno mjerenje

Najznačajnija primjena mjerača protoka plinskih turbina u svijetu je skrbnički prijenos prirodnog plina između proizvođača, kompanija za prijenos, distribucije i velikih industrijskih potrošača. Na mjernim stanicama za skrbnički prijenos, izlaz mjerača koristi se izravno za izračun novčane vrijednosti prenesenog plina, čime su točnost i sljedivost prema nacionalnim mjernim standardima obavezni. AGA-7 je industrijski standard koji regulira projektiranje turbinskog mjerača protoka, performanse i instalaciju za prijenos prirodnog plina u Sjevernoj Americi. ISO 9951 pokriva istu primjenu na međunarodnoj razini. Ovi standardi određuju sljedivost kalibracije, proračune nesigurnosti, zahtjeve za instalaciju i postupke dokazivanja koji čine ugovornu osnovu za točnu naplatu između partnera za trgovinu plinom.

Tipična instalacija prijenosa skrbništva koristi dva ili tri turbinska mjerača paralelno s automatskim prebacivanjem toka i namjenskim mjeračem za provjeru kalibracije tijekom rada. Uređaj za provjeru omogućuje provjeru faktora K u odnosu na certificirani standard volumena bez uklanjanja mjerača iz upotrebe, osiguravajući da se svako odstupanje u performansama mjerača otkrije i ispravi prije nego što rezultira značajnom greškom mjerenja koja bi zahtijevala financijsku nagodbu između strana.

Mjerenje industrijskog procesnog plina

U kemijskoj, petrokemijskoj i farmaceutskoj proizvodnji, mjerači protoka plinskih turbina mjere dušik, kisik, vodik, argon, ugljični dioksid i miješane procesne plinove u sustavima cjevovoda koji opslužuju reaktore, izmjenjivače topline, sustave za pročišćavanje i sustave za pokrivanje. Njihova sposobnost rukovanja čistim plinovima visokog tlaka i njihove kompaktne dimenzije tijela čine ih praktičnim tamo gdje je prostor ograničen postojećim rasporedom cijevi. U sustavima upravljanja plamenikom za industrijske peći i kotlove, turbinski mjerači daju signal protoka koji se koristi za izračunavanje omjera zraka i goriva koji su optimizirani za učinkovitost izgaranja i usklađenost s emisijama.

Sustavi komprimiranog zraka i instrumentalnog plina

Komprimirani zrak jedno je od energetski najintenzivnijih sredstava u proizvodnji, a mjerači protoka plinskih turbina ugrađeni u razvodnike za distribuciju komprimiranog zraka omogućuju energetskim menadžerima da kvantificiraju potrošnju po proizvodnom području, identificiraju curenje i mjere poboljšanja energetske učinkovitosti. Mjerač mjeri stvarni volumen pri tlaku i temperaturi u cjevovodu, a u kombinaciji s transmiterom tlaka i temperature i računalom protoka, osigurava ispravljeni volumetrijski protok u standardnim kubičnim metrima po satu ili standardnim kubičnim stopama po minuti koji predstavlja pravu količinu potrošenog zraka bez obzira na varijacije tlaka u sustavu tijekom razdoblja najveće potražnje.

Mjerenje gorivog plina za proizvodnju električne energije

Plinske elektrane koriste turbinske mjerače protoka za mjerenje opskrbe gorivim plinom svakoj plinskoj turbini i kotlu. Točno mjerenje goriva potrebno je za izračun brzine topline, praćenje učinkovitosti i izvješćivanje o emisijama prema uvjetima okolišne dozvole. Mjerenje protoka iz turbinskog mjerača, u kombinaciji s analizom plina iz kromatografa, omogućuje izračun energetskog sadržaja plina potrošenog po satu, što izravno određuje toplinsku učinkovitost postrojenja i cijenu goriva po megavat-satu proizvodnje. Pogreška od jedan posto u mjerenju gorivog plina u postrojenju s kombiniranim ciklusom od 400 MW koje troši približno 70 000 m³/h prirodnog plina predstavlja pogrešku u obračunu ekvivalentnu stotinama tisuća dolara godišnje po tipičnim cijenama plina, što objašnjava ulaganje u visokokvalitetna skrbničko-prijenosna turbinska brojila u objektima za proizvodnju električne energije.

Ograničenja i primjene gdje turbinski mjerači nisu najbolji izbor

Ovisnost mjerača protoka plinske turbine o mehaničkoj rotaciji znači da ima inherentna ograničenja u određenim uvjetima rada koja se moraju pošteno procijeniti kada se uspoređuju s alternativnim tehnologijama za određenu primjenu.

Prljavi, mokri ili korozivni plinovi

Mjerači protoka plinske turbine zahtijevaju čisti, suhi plin za pouzdan rad. Zagađenje česticama kamenca iz cijevi, građevinskog otpada ili prijenosa procesa oštećuje lopatice rotora i površine ležaja, uzrokujući progresivno pomicanje faktora K i eventualni mehanički kvar. Uvučene tekućine uzrokuju sličnu štetu i mogu stvoriti nagle promjene faktora K dok tekućine prolaze kroz mjerač. Komponente korozivnog plina, uključujući sumporovodik, klor i kisele spojeve, napadaju materijale ležaja i mogu uzrokovati blokiranje rotora ako materijali koji su namočeni nisu posebno odabrani za otpornost na koroziju. Prije specificiranja turbinskog mjerača u bilo kojoj plinskoj službi, mora se potvrditi da je sastav plina, uključujući potencijalne zagađivače, kompatibilan s materijalom rotora mjerača, materijalom osovine i vrstom ležaja. Plin za koji se ne može jamčiti čist i suh na ulazu u mjerač trebao bi se mjeriti tehnologijom bez pokretnih dijelova kao što je ultrazvučni mjerač ili vrtložni mjerač.

Pulsirajući tok

Klipni kompresori i pumpe s pozitivnim pomakom stvaraju pulsacije tlaka u nizvodnom cjevovodu koje uzrokuju periodično ubrzanje i usporavanje struje plina. Rotor turbine, zbog svoje tromosti i geometrije kuta lopatica, reagira na pulsirajući protok pretjeranim registriranjem: ubrzava kada se brzina plina povećava i sporije usporava kada se brzina smanjuje, stvarajući sustavnu pozitivnu pogrešku mjerenja. U uvjetima jakog pulsiranja ova pogreška može doseći 5 do 10% ili više , što je potpuno neprihvatljivo za potrebe prijenosa skrbništva ili kontrole procesa. Prigušivači pulsiranja instalirani uzvodno od mjerača ili odabir ultrazvučnog mjerača koji nema pokretni rotor osjetljiv na inercijske učinke, mogućnosti su sanacije za okruženja pulsirajućeg protoka.

Vrlo niske brzine protoka i niski Reynoldsovi brojevi

Ispod specifikacije Qmin turbinskog mjerača, sile trenja i otpora ležaja postaju značajne u odnosu na pogonsku silu iz struje plina, uzrokujući usporavanje rotora ispod brzine proporcionalne brzini protoka. Faktor K odstupa od svoje kalibrirane vrijednosti i pogreška mjerenja brzo raste. Prijave u kojima protok redovito pada ispod 10% od Qmax tijekom duljeg razdoblja loše su opslužene turbinskim mjeračima. Mjerači toplinskog masenog protoka ili Coriolisovi mjerači prikladniji su za mjerenje plina niskog protoka gdje minimalni prag protoka turbinskog mjerača nije dosljedno dostižan.

Instalacijski zahtjevi za točna mjerenja

Mjerači protoka plinskih turbina osjetljivi su na profil brzine plina na ulazu. Potpuno razvijen, simetričan profil brzine bez vrtloženja koji ulazi u mjerač osigurava da rotor ravnomjerno reagira na sve segmente lopatica i da faktor K odgovara kalibriranoj vrijednosti. Poremećeni profili uzrokovani priključcima uzvodnog cjevovoda stvaraju asimetrični ili vrtložni tok koji pomiče efektivni K faktor i uvodi sustavnu pogrešku mjerenja koju nikakvo elektroničko podešavanje ne može u potpunosti ispraviti.

Zahtjevi za ravno provođenje cijevi

Minimalne ravne cijevi potrebne uzvodno i nizvodno od mjerača protoka plinske turbine ovise o vrsti i težini uzvodnog poremećaja. AGA-7 daje posebne smjernice za uobičajene konfiguracije cjevovoda:

Tamo gdje se zahtijevana duljina ravne cijevi ne može postići zbog ograničenja prostora cjevovoda, uređaj za podešavanje protoka instaliran uzvodno od mjerača može značajno smanjiti potrebni ravni tok razbijanjem vrtloga i redistribucijom iskrivljenja profila brzine. Kondicioneri protoka koji su u skladu s ISO 17089 ili preporukama dodatka AGA-7 smanjuju zahtjeve uzvodno na približno 10D nakon regeneratora u većini konfiguracija cjevovoda, po cijenu malog trajnog pada tlaka na elementu za kondicioniranje.

Orijentacija i položaj ugradnje

Mjerači protoka plinske turbine mogu se ugraditi u bilo kojoj orijentaciji cijevi uključujući vodoravni, okomiti prema gore i okomiti donji protok, pod uvjetom da je mjerač dizajniran za tu orijentaciju. Horizontalna instalacija je najčešća i općenito poželjna jer izbjegava mogućnost nakupljanja tekućine na ulazu u mjerač do kojeg može doći okomitim strujanjem prema dolje u plinovodima koji nose tragove kondenzata. Ako je potrebna okomita instalacija, bolji je protok prema gore u odnosu na protok prema dolje kako bi se osiguralo da sva prisutna tekućina otječe dalje od rotora umjesto da se nakuplja na vrhovima lopatica. Mjerač mora biti instaliran na mjestu dostupnom za održavanje i pregled bez potrebe za skelama ili privremenom izolacijom cijevi koja bi ometala uslugu.

Korekcija volumena i kompenzacija temperature i tlaka

Mjerač protoka plinske turbine mjeri stvarni volumen plina koji prolazi kroz mjerač pri uvjetima tlaka i temperature u cjevovodu. U većini komercijalnih i industrijskih primjena, količina od interesa nije stvarni volumen u uvjetima linije, već standardni volumen ili masa ispravljena na referentni uvjet, obično 0 stupnjeva Celzija i 101,325 kPa (standardni kubični metri) ili 15 stupnjeva Celzija i 101,325 kPa, ovisno o primjenjivom ugovoru ili regulatornom standardu.

Uloga računala protoka

Računalo protoka prima pulsni signal od turbinskog mjerača zajedno sa signalima tlaka i temperature od odašiljača instaliranih na ili u blizini mjerača, i primjenjuje jednadžbu stanja stvarnog plina za izračunavanje ispravljenog volumena ili masenog protoka u stvarnom vremenu. Faktor kompresivnosti Z plina, koji objašnjava odstupanje stvarnog ponašanja plina od idealnog ponašanja plina pri povišenim tlakovima, mora se izračunati iz jednadžbe sastava plina kao što je AGA-8 (za prirodni plin) kako bi se postigla točnost potrebna za fiskalno mjerenje. Pri tlaku u cjevovodu od 70 bara, faktor stlačivosti prirodnog plina može biti približno 0,85, što znači da je stvarni volumen u uvjetima cjevovoda samo 85% volumena koji bi predvidjeli izračuni idealnog plina , a zanemarivanje kompresibilnosti dovelo bi do sustavne pogreške od 15% u svaki izračun mjerenja pri tom tlaku. Točna implementacija računala protoka AGA-8 ili ekvivalentne jednadžbe stanja stoga je jednako važna za cjelokupnu točnost sustava kao i kvaliteta kalibracije samog turbinskog mjerača.

Integracija mjerenja energije

Za primjene prirodnog plina gdje se komercijalna transakcija temelji na sadržaju energije, a ne na volumenu, računalo protoka proširuje svoj izračun na protok energije množenjem standardne volumetrijske brzine protoka s kalorijskom vrijednošću plina. Kalorična vrijednost se izvodi iz analize sastava plinskim kromatografom bilo na samoj mjernoj stanici ili iz reprezentativne vrijednosti dogovorene između strana. Lanac mjerenja energije od impulsa turbinskog brojila preko korekcije volumena do proračuna energije je ključna funkcija sustava fiskalnog mjerenja i revidira se u skladu s nacionalnim mjernim standardima tijekom puštanja u rad i u kasnijim intervalima provjere.

Održavanje i vijek trajanja ležaja

Primarni zahtjev za održavanje mjerača protoka plinske turbine je sustav ležaja rotora. Rotor se neprestano okreće velikom brzinom tijekom rada, a ležajevi koji podupiru osovinu rotora podložni su trošenju koje na kraju zahtijeva zamjenu. Stopa trošenja ležaja određuje interval održavanja mjerača i stabilnost faktora K tijekom vremena, čineći kvalitetu ležaja jednim od najvažnijih konstrukcijskih parametara u visokopouzdanom mjeraču protoka plinske turbine.

Vrste ležajeva i njihov vijek trajanja

Tri vrste ležajeva koriste se u komercijalnim mjeračima protoka plinskih turbina, svaki s različitim karakteristikama performansi i dugovječnosti:

• Klizni (klizni) ležajevi : Hidrodinamički ležajevi u kojima tanki film plina ili maziva podupire osovinu rotora. U servisu čistog suhog plina, sam procesni plin osigurava podmazivanje, eliminirajući potrebu za vanjskim dovodom maziva i sprječavajući kontaminaciju struje plina. Klizni ležajevi u radu s čistim prirodnim plinom mogu imati vijek trajanja od pet do deset godina ili više prije nego što je potrebna zamjena.
• Kuglični ležajevi : Kotrljajući ležajevi osiguravaju nisko trenje pri pokretanju i niske stope protoka, proširujući korisni raspon mjerača prema nižim brzinama protoka od onih koje mogu podnijeti klizni ležajevi. Međutim, kuglični ležajevi zahtijevaju podmazivanje koje se mora dovoditi ili iz zasebnog spremnika maziva unutar tijela mjerača ili iz maglice maziva u procesnom plinu, a osjetljiviji su na oštećenja od onečišćenja od kliznih ležajeva u primjenama prljavog plina.
• Keramički ležajevi : Keramički ležajevi od cirkonijevog oksida ili silicij-karbida nude izvrsnu otpornost na habanje, kemijsku inertnost i mogućnost rada bez podmazivanja u korozivnim ili suhim plinskim okruženjima gdje bi konvencionalni metalni ležajevi bili izloženi brzom trošenju ili napadu korozije. Keramički ležajevi se sve više specificiraju za kiseli plin (koji sadrži sumporovodik) i korozivni plin.

Praćenje stanja i prediktivno održavanje

Suvremeni dizajni mjerača protoka plinske turbine uključuju konfiguraciju s dva rotora ili dvostrukim sakupljačem koja omogućuje otkrivanje degradacije ležaja ili oštećenja rotora tijekom rada bez uklanjanja mjerača radi pregleda. Kod brojila s dva rotora, dva su rotora postavljena u seriju unutar tijela mjerača. U normalnim uvjetima, oba se rotora vrte brzinom određenom protokom plina, a omjer njihovih brzina određen je kutovima njihovih lopatica. Kada istrošenost ležaja ili oštećenje rotora počnu utjecati na jedan rotor različito od drugog, omjer njihovih brzina rotacije se mijenja, dajući dijagnostički signal koji ukazuje na razvoj mehaničkih problema prije nego što se točnost mjerenja značajno smanji. Ova mogućnost prediktivnog održavanja omogućuje operaterima da planiraju zamjenu ležaja tijekom zakazanih prekida održavanja umjesto da reaktivno reagiraju na događaje kvara mjerača , što u službi prijenosa na skrbništvo može pokrenuti skupe postupke zamjene brojila i potencijalne sporove oko naplate.

Kalibracija, dokazivanje i sljedivost

Točnost mjerača protoka plinske turbine koji se koristi u skrbničkom prijenosu ili fiskalnom mjerenju dobra je onoliko koliko je dobra kalibracija koja je uspostavila njegovu krivulju K faktora i program za dokazivanje koji provjerava da K faktor ostaje stabilan tijekom svog radnog razdoblja. Umjeravanje i dokazivanje su različite, ali komplementarne aktivnosti koje zajedno osiguravaju mjeriteljsku sljedivost potrebnu za zakonski provedive komercijalne transakcije.

Tvornička kalibracija

Tvornička kalibracija se izvodi u postrojenju za kalibraciju protoka koristeći referentni medij, obično zrak ili prirodni plin, sa sljedivim glavnim mjeračem ili standardom volumena kao referencom. Kalibracijom se utvrđuje faktor K pri višestrukim brzinama protoka u rasponu mjerača, stvarajući kalibracijsku tablicu ili krivulju korekcije polinoma koja se pohranjuje u elektroničkom odašiljaču mjerača ili pridruženom računalu protoka. Potvrde o umjeravanju moraju navesti upotrijebljeni referentni etalon, njegovu sljedivost do nacionalnih ili međunarodnih mjernih etalona, ​​nesigurnost referentnog etalona i proširenu nesigurnost kalibriranog K faktora mjerača pri svakoj ispitanoj brzini protoka. Za mjerače namijenjene prijenosu na skrbništvo, kalibracija se mora izvesti na plinu u uvjetima reprezentativnim za radni tlak kako bi se izbjegli učinci gustoće na faktor K koji nisu obuhvaćeni kalibracijom zraka pri atmosferskom tlaku.

Dokazivanje tijekom rada

Provjera mjerača provjerava faktor K mjerača instaliranog u uporabi u odnosu na kalibrirani uređaj za provjeru ili glavno mjerilo poznate kalibracije, bez uklanjanja mjerača iz cjevovoda. Cijevni uređaji za ispitivanje, uređaji za ispitivanje malog volumena i uređaji za ispitivanje glavnog mjerača tri su glavne metode ispitivanja koje se koriste za mjerače protoka plinskih turbina u službi nadzornog prijenosa. Učestalost dokazivanja potrebna prema važećim propisima i komercijalnim ugovorima varira, ali obično se kreće od mjesečno do godišnje ovisno o veličini mjerene transakcije i povijesti stabilnosti mjerača. Rezultati dokazivanja uspoređuju se s utvrđenim faktorom K, a ako odstupanje premašuje dogovorenu toleranciju (obično plus ili minus 0,25 do 0,5% ovisno o ugovoru), faktor brojila se prilagođava i odstupanje može pokrenuti ispravak obračuna za razdoblje mjerenja od posljednjeg važećeg dokazivanja.

Kontrolni popis za odabir mjerača protoka plinske turbine

Odabir mjerača protoka plinske turbine za određenu primjenu zahtijeva sustavnu procjenu uvjeta procesa, zahtjeva za performansama i ograničenja instalacije. Sljedeći popis za provjeru pokriva kritične parametre koji se moraju definirati prije nego što se specifikacija može dovršiti:

1. Definirajte sastav plina i potvrdite čistoću : Identificirajte sve komponente uključujući kontaminante u tragovima, potencijal kondenzacije i korozivne vrste. Potvrdite da plin može biti zajamčeno čist i suh na ulazu u mjerač tijekom svih radnih uvjeta.
2. Odredite raspon protoka uključujući minimalne, normalne i maksimalne brzine : Potvrdite da je zahtijevani raspon protoka unutar mogućeg smanjenja veličine jednog mjerača ili planirajte više mjerača paralelno s automatskim prebacivanjem protoka ako zahtijevani raspon premašuje ono što jedan mjerač može pokriti.
3. Navedite zahtjeve točnosti i opsega : Odredite zahtijeva li aplikacija fiskalnu razinu plus ili minus 0,5% točnosti ili je prihvatljiva specifikacija procesne ocjene plus ili minus 1,0% ili plus ili minus 2,0%, budući da to izravno utječe na cijenu mjerača.
4. Potvrdite maksimalni radni tlak i temperaturu : Provjerite da vrijednosti tlaka i temperature mjerača prelaze maksimalne uvjete poremećaja, a ne samo normalne radne uvjete.
5. Procijenite dostupne ravne cijevi : Pregledajte mjesto postavljanja kako biste potvrdili mogu li se postići potrebni ravni uzvodni i nizvodni tokovi ili isplanirajte ugradnju regulatora protoka ako to nije moguće.
6. Odredite zahtjeve izlaznog signala i integracije : Potvrdite hoće li se impulsni izlaz spojiti izravno na računalo protoka, DCS ulaznu karticu ili SCADA sustav i odredite potrebni izlazni format (frekvencija, HART, Modbus ili brojanje impulsa).
7. Navedite metodu i interval dokazivanja : Za mjerače koji se prenose na skrbništvo, metoda provjere mora biti dogovorena sa trgovcima prije nego što se specificiraju mjerač i mjerač, budući da neke metode provjere postavljaju posebne zahtjeve na dizajn tijela brojila.

Mjerač protoka plinske turbine ostaje jedna od najpreciznijih, najpouzdanijih i najisplativijih tehnologija za mjerenje čistog plina velike brzine u cijelom rasponu od malih industrijskih instalacija do mjernih stanica za prijenos prirodnog plina velikog promjera. Njegova mehanička jednostavnost, dobro shvaćeni izvori pogrešaka, široka mogućnost raspona i zrela infrastruktura za umjeravanje i dokazivanje održali su svoju ulogu dominantne tehnologije u fiskalnom mjerenju prirodnog plina više od šest desetljeća, a ništa na trenutnom tržištu ne nudi dovoljno uvjerljivu kombinaciju konkurentskih prednosti da je istisne s ove pozicije u doglednoj budućnosti za aplikacije u kojima se istinski ističe.