Med blænder, dyser, venturi og lignende

Multivariabel tryktransmitter yder dynamisk kompensation for forbedret dP-baseret flow.

Denne artikel beskriver en ny type tryktransmitter, som har indbygget dynamisk kompensation for mange fejl og unøjagtigheder, som kan forekomme i differenstryk baserede flowmålinger.

Denne multivariable tryktransmitter fra Yokogawa, type EJX910A, i kombination med et primært element (iht. ISO 5167) såsom en blænde, danner en flowmåler, som beregner standard volumetrisk eller masseflow udfra måling af differenstryk og varierende densitet, ved aktuel måling af tryk og temperatur. Dette i modsætning til standard dP transmittere, som anvender en konstant for tryk og temperatur og dermed varierende densitet.

Fig. 1 viser et DP baseret målesystem.

Fejlkilder med indflydelse på dP baserede flowmålinger

Formlen for basis masseflowmålinger ser således ud:

I dP baserede flowmålinger er den varierende densitet kun en ud af flere mulige fejlkilder. En fejlkilde er selve primærelementet. En blænde er det mest anvendte primærelement og dets nøjagtighed er typisk 1% af aktuel værdi, forudsat korrekt montering.

En anden fejlkilde er dP transmitteren. Nøjagtigheden er typisk udtrykt i % af upper range value (URV) og forøges af kvadratrodsforholdet mellem flow og differenstryk.

Traditionelle dP baserede flowmålere kan håndtere et turndown på 3:1, dette et udtryk for det range, hvor nøjagtighed opfattes som værende acceptabel: 33-100 % flow er 3:1 turn-down.

Hvis nøjagtigheden for dP transmitteren formodes at være 0,2% af URV, er nøjagtigheden ved 100% flow ±0,2 % plus fejlen fra blænden. Ved 70 % flow (49 % dP i henhold kvadratrodsforholdet) vil nøjagtigheden være ±0,4 %, ved 50 % flow (25 % dP) ±0,8 %, 25 % flow (6,25 % dP) vil den være ±1,6 %. Dertil skal lægges blændens nøjagtighed på
1 % over fuld range. Med en total acceptabel nøjagtighed på 2,5 % nås nøjagtigheden ved cirka 30 % flow – dermed 3:1 i turndown.

Ofte øges turndown til 9:1 ved at anvende 2 differenstryktransmittere med forskellige måleområder på den samme blænde, og via en switchfunktion beregnes flow.

I dag er dP transmittere, såsom Yokogawa EJX110A, selvfølgelig mere nøjagtige end ±0,2%, men nøjagtigheden er stadig angivet i % af URV, og kvadratrodsforholdet mellem flow og dP er stadig gældende. Ikke desto mindre vil nogen fastholde, at et turn-down på mere end 5:1 ikke normalt opnås.

Fejlen ifølge ændringer i tryk (±0,5%) og temperatur (±10°C) i gas- og dampflow kan nemt være i størrelsesorden (±2 %).

Flowfaktoren k i basis formlen ovenover er en konstant kompensering for forskelle mellem teori og praksis.

Den er beregnet som en del af beregningen på blænden og er kun gældende for netop disse driftbetingelser – dette er en anden potentiel fejlkilde. Den er afhængig af discharge koefficienten, gas ekspansions faktoren og indgangshastigheden kaldet velocity of approach faktoren.

Resultatet af beregningen på blænden er diameteren i forhold til rørets diameter; den såkaldte beta-faktor. Ved flow gennem et rør med en blænde, som er en brat reduktion i flow-arealet, dannes et smalt flowområde – Vena contracta – i området bag ved blænden.

Discharge koefficienten, som er baseret på forskningsresultater, kompenserer for forskellen mellem teori og praksis. Alligevel, discharge koefficienten er afhængig af flowprofilen, Reynolds tal og varierer med flowhastigheden, den indvendige rørdiameter, mediets densitet og mediets viskositet. Disse parametre påvirkes af medietemperaturen.

Fig. 2 viser flow effekt på en blænde.

Når et gas- eller dampflow passerer en blænde (Fig. 2) komprimeres det på forkanten af blænden pga. obstruktionen. På bagsiden af blænden ekspanderer det således igen.

Gasekspansionsfaktoren korrigerer for densitetsforskellen mellem de to trykudtag og er afhængig af beta-faktoren, isentropiske koefficient (som korrigerer for forskellen mellem den teoretiske og den virkelige udvidelse), differenstryk og statisk tryk. Igen har temperaturen og så en indflydelse.

Endelig, velocity of approach faktoren er afhængig af beta-faktoren (D/d), som igen er afhængig af temperaturen. Rør- og blændemateriale udvider eller trækker sig sammen i takt med temperaturændringer og velocity of approach faktoren korrigerer for ændringer i ?-faktoren i henhold til ændringer i temperaturen.

Dynamisk kompensation

Fejlen i flowfaktoren k stiger ved faldende flow, betydelig bidragende til den samlede nøjagtighed for flowmålingen. Et primær element til en D/P baseret flowmåler er beregnet udfra et specifikt sæt af driftbetingelser. Når driftbetingelser ændres under virkelige forhold – lavere tryk, højere temperatur, lavere flowområde o.s.v. – skal brugeren faktisk lave ny beregning for hvert nyt sæt driftsbetingelser.

Dette er præcis hvad den nye EJX910A multivariable transmitter (Fig. 3) er i stand til.

Den korrigerer for tryk- og temperaturvariationer og kan kompensere kontinuerligt for påvirkninger ved ændringer i driftsbetingelser for flowfaktoren.

Ved anvendelse af flowkonfigureringsværktøjet kan den multivariable transmitter EJX910A sættes op som en flowmåler.

Der findes to metoder: basis kompensering eller fuld kompensering. I basis kompensering, kompenserer den multivariable transmitter EJX910A for ændringer i tryk og temperatur med en konstant flowfaktor. I lighed med en almindelig dP transmitter med en separat flowcomputer, hvor der opnås et turndown på måske 5:1.

Imidlertid, ved fuld kompensering er den i stand til at kompensere dynamisk for varierende betingelser, og deres effekt på flowfaktor til grundlæggende at unøjagtighed ligger på primærelementet.

Som konsekvens er nøjagtighedsspecifikationen ±1% af aktuelt flow, ved ideelt primærelement, med et turndown på 10:1 på flow, hvilket betyder at turndown på dP er 100:1. Dette er gældende ved fuld kompensering.

Af det ovenstående, kan det ses at den nye multivariable transmitter EJX910A puster liv i eksisterende dP baserede flowmålinger og med et turndown på 10:1 ikke kun kan eliminere flowcomputeren, men også erstatte to dP transmittere på samme primærelement.

Dette samtidig med, at tilbyde unik performance over et bredt flowområde.

 

 Fig. 3. Yokogawa EJX910A multivariabel transmitter monteret på en blænde.