Разоблачение массовых расходомеров Кориолиса "Dirty Little Secret"
Кориолиса технологии, как представляется, "совершенный" технологии. Однако, при ближайшем рассмотрении ключевых недостатков является выявленных невозможно точно и последовательно меры двухфазных потоков и газированных жидкостей.
Кориолиса массовый расходомер ТЕХНОЛОГИИ Многие считают, что "идеальных" расхода технологии, и для многих компаний, таких как Procter
В Procter
Тем не менее, расходомеров Кориолиса есть некоторые ограничения, одним из которых является размер. Расходомеры выше номинальной 3 или 4 дюйма стать очень большим и соразмерном дорого. Для производителей специальных химических веществ, это не беспокойство, поскольку технологические трубопроводы более 4 дюймов довольно редко.
Кориолиса технология некоторых изначальных проблем, многие из которых были эффективно решены производители за последние годы. Чувствительность к созданию и вибрации трубопроводов (как механические и гидравлические), изначально созданный серьезных проблем для данной технологии. Развитие двухтрубный и других достижений техники эффективно решить эту проблему. Цена всегда была проблема, это была передовые технологии с более высокой цене. С появлением таких продуктов, как Micro Motion R-Meter и Endress Хаузер Promass 8OE, расходомеров Кориолиса, теперь можно приобрести по доступным ценам.
Выявление "маленький грязный секрет"
Таким образом, представляется, что у нас есть идеальное расходомера. Ну, не совсем! Существует, что маленький грязный секрет, что никто не хочет говорить о - двухфазный поток, или, более конкретно, газированных жидкостей.
Знающие пользователи знают, что Кориолиса технологии не могут справиться с двухфазной пули потока (состояние, при котором пуля жидкости следует пули газа, как правило, в быстрой последовательности). электроника Кориолиса передатчик содержат настройки для "пули потока", но это в основном отключает счетчик выход (или, другими словами, причины метр бесполезно), когда пули потока столкнулись.
Те немногие открыто говорить о том, что технологии Кориолиса не может справиться с газированных жидкостей. Эта проблема не ограничивается только для жидкостей с большим количеством вовлеченного воздуха. Конечные пользователи испытали тех случаях, когда относительно небольшое количество вовлеченного воздуха или других газов в вакуум фракций (определяется как объем воздуха или другого газа, деленная на общее объема жидкости), а всего 2% или менее, привели к существенным ошибкам в метре Расходы, приведенные.
Коварная вещь об этом является то, что до тех пор, как трубки тока не остановится или пули потока параметр не активирован, значительные ошибки могут возникать без предупреждения. Ошибки, как большой, как 20% или более были замечены в метр, которые часто считаются с точностью ± 0,2%. Николсон сообщил, что ни один из метров проверку на 8 производителей выполняется удовлетворительно 2-4% вовлеченного воздуха в жидкости (3). Два из 8 метров перестали работать сразу же после введения воздуха. Результаты Один метр имело распространение 3%, но плотность показания колебались на 10%. Остальные метров были найдены ошибки в размере до 58%. Биркер предоставляет участок отражает эффект воздуха в жидкости, которая предполагает, что выше примерно 0,5% газосодержаниях, ошибка увеличивается до примерно 4% газосодержаниях, ошибка достигла 10% (4). Grumski и Bajura отметить, что при очень низких Расходы, приведенные, где воздух более равномерно распределяется между двумя трубками потока, испытанных метров выполняется с ошибками, на 20-40% (5). Они также показывают, что, хотя точность испытания метр была более чувствительной в нижней жидкости Расходы, приведенные, метр более неспособность подверженных (счетчик пошел в режим пули потоком, и сигнал метр вывод является недействительным) при более высоких жидких Расходы, приведенные чем при более низких жидких Расходы, приведенные (рис. 3) ..
В Procter
Большие метров могут возникнуть проблемы с газированных жидкостей в большей степени, чем меньше метра, поскольку собственные требования к безопасности наложить ограничения диск энергетической системы. Крупногабаритные метров, где скорости потоков с низким и счетчик работает в нижней части ее точность конверт, эта проблема в большей степени, чем соответствующего размера метров. Grumski и Bajura теоретизировать, что в несколько метров, при малых скоростях потока и высокой газосодержаниях, жидкой и газообразной фазы полностью отделены между двумя трубами, что позволяет работать метров точно, так как каждая трубка видит однофазной жидкости (5).
Кориолиса метров underpredict фактический расход при низких фракций недействительным, то overpredict в крупных фракций недействительным, то счетчик останавливается выполнение вообще, как ограничения мощности возбуждения привод катушки превышения (рис. 4). Внезапное появление больших погрешностей или выхода из строя в критический газосодержания почти наверняка связано с изменением режима стока от "газированных потока" до "пули поток". Рисунок 5 иллюстрирует способ режима течения в U-трубка может быть изменен газосодержаниях увеличивается.
Практически метр загублен вовлеченного воздуха может быть описана следующим образом. Два одинаковых консольные балки каждого есть контейнер установлен на их свободный конец. Один контейнер частично заполнены жидкостью, а затем опечатаны. Других контейнеров полностью заполнены жидкостью, а затем опечатаны. Оба луча затем отклоняются одновременно и позволило вибрировать. Пучка в первый контейнер однако, остановить вибрационные гораздо быстрее, чем луча в один вторых, из-за негативное воздействие на воздух-жидкость комбинации.
Эта концепция может быть распространена на массового двухтрубных Кориолиса расходомера, которая по сути является пучком U-трубки кантилевера зафиксировано на обоих концах с U-разделе свободно вибрировать. Если два одинаковых U-трубки, заполненной 1 газо-жидкостной смеси и другие полностью заполнена жидкостью, заставляют вибрировать, частично заполненной трубки потребуется гораздо больше энергии для поддержания движения, чем будет полная труба. Как увеличение газосодержаниях газа впрыскивается в поток жидкости потока энергии, необходимой для диска U-трубки при ее природных резонансная частота увеличивается за счет поглощения энергии или угнетающее действие на газо-жидкостной смеси. Как энергия, необходимая для диска трубки увеличивается, электронный усилитель увеличивает напряжение на привод катушки до усилителя достигает максимального напряжения. Тот факт, что метр точки, в которой U-трубка останавливается вибрационные, а усилитель поставляет свою максимального выходного напряжения на жесткий диск катушки (5).
Применительно к метр Кориолиса, модель предсказывает, что очевидной массовый расход будет меньше, чем истинное массового расхода на коэффициент R, равно как и, как следствие, наблюдается концентрация (8).
По сравнению с Grumski и Bajura в экспериментальных данных, теории, предложенной конопли и Султан переоценивает ошибку - возможно, из-за взаимодействия между пузырьками (рис. 4) (9).
Что такое отношение вязкости жидкости Кориолиса метр производительность газированных жидкостей? Grumski и Bajura показывают, что метр производительность значительно уменьшается с использованием 16-сП этиленгликоля против 1-сП воды (рис. 6) (5). Эти данные соответствуют Procter
может усугубляться тем, что Procter
Скея и зал испытания прямой и U-трубки Кориолиса метров, винтовом турбинные расходомеры Вентури метров, а положительные расходомеры перемещения использованием жидкости 10-ест вязкости на газовых фракций от 3% до 15% (10). Они обнаружили, что 3-в. с прямой трубой Кориолиса метра не может получить стабильные измерения даже на 3% долю газа, и с другими метров Кориолиса, можно было получить счетчика беден, как ± 40%.
Попытки решения проблемы аэрации
К сожалению, проблемы устранения неполадок Кориолиса расходомера аэрации оказался очень сложным и трудоемким. Определение причин этих проблем, как правило, выходит за пределы возможностей области поставщика сервисных инженеров, нуждающихся в поддержке из дома сотрудников офиса компании-продавца. Он часто занимает недели до причиной проблемы могут быть выявлены и решены проблемы.
Все расходомеры имеют свои недостатки и ограничения. Магнитные приборы не могут быть использованы с жидкостями крайне низкой проводимостью, концентрические отверстия квадратной краю пластины меньше подходит для использования с вязкой жидкости, вихревые метров ограничения числа Рейнольдса и турбинные расходомеры часто имеют проблемы с вязкой жидкости и абразивных жидкостей. Тем не менее, большинство этих проблем хорошо известны и открыто обсуждают, как в литературе и поставщиками. Чем отличается кориолисовых и вовлеченного воздуха в том, что производители в целом не спросить о аэрации в ходе их применения обсуждения с конечными пользователями, и конечные пользователи часто не понимают, что их технологической жидкости или будет газированная. В самом деле, конечные пользователи зачастую не имеют возможности измерения не зная, если их продукция газированные.
Насколько важно это проблема для конечных пользователей? Старший инженер развития в одной из крупных компаний Кориолиса расходомера отметил, что около 90-95% не-аппаратные проблемы Кориолиса метр за счет захваченных вопросов воздуха. Другие не согласны с этой точки зрения, но большинство согласны, что аэрации является одним из "тройку" по вопросам применения Кориолиса. В моем положении в Procter
Почему это проблема, которая была известна на протяжении многих лет, не более открыто обсуждали? Я могу только предполагать, но одна из причин, может быть, что выявление проблемы, как это не продают расходомеров. Другие причины могут включать в себя, что решения не было известно, решение было рассматривать как невозможно, или что оно было реализовано или предполагается, что решение выходит за рамки финансовых возможностей различных организаций, участвующих.
Почему бы нам не в качестве конечных пользователей просто удалить аэрации от наших жидкостей? Я написал внутренних Procter
В последнее время производители и научные круги проявили повышенный интерес к этой теме (11, 1'2). К сожалению, большинство исследований до сих пор было сделано с использованием воды в качестве жидкости. Почему вода? Так как поток лаборатории строятся с использованием центробежных насосов, типичные лаборатории поток только имеет возможность закачивать и обрабатывать воду, как жидкостей с низкой вязкостью. знаний продавцов их метров на реальных вязких жидкостей на основе анекдотических данных полевых отчетов конечных пользователей.
Другие вопросы
В дополнение к аэрации проблемы Кориолиса представлены другие проблемы до конечного потребителя, в частности, динамических характеристик и размеров метров для неньютоновских жидкостей.
Динамический отклик. Считается, что расходомеров Кориолиса масса очень быстро, конечно, достаточно для общих требований непрерывного производственного контроля потока. Если учесть, что типичный цифровой контроллер процесс может иметь контроль времени обновления 0,5-1 с, что резонансная частота трубки потока Кориолиса может быть 50 Гц до 100 Гц несколько, казалось бы, что динамические характеристики реакции Кориолиса массовые расходомеры спорный. Как и во многих ситуациях, что кажется очевидным, не всегда правильно.
Динамических характеристик расходомеров Кориолиса масса стала предметом научно-исследовательской деятельности в Бруней университете в Англии. Cheesewright и Кларк отметить, что по выбору пользователя постоянные времени в диапазоне 0-0,1 с, 0,01 Это то, общий выбор, могли бы дать потенциальным пользователем метр ложное впечатление о возможностях кориолисовых (13). Они пришли к выводу, что "частотную характеристику 2 кориолисовых тестирование, с точки зрения их способности измерять истинную амплитуду пульсации потока, составляет менее 2 Гц, и это значительно ниже эффективность предложенных выбираемых пользователем время констант "представляет интерес.
Cheesewright и Кларк отметить, что Существуют по крайней мере два возможных причин ограниченного числа ответов - обработки сигналов и основные физические метр. Исходя из своего первоначального исследования, отмечают они, "Таким образом, вероятность того, что ограниченная реакция метр в основном из-за физических характеристик метра, а не обработка сигнала. Сравнительно жесткой, высокая природы массы кориолисовых представляет собой" высокой Q система и ограниченные ответ характерен для таких систем ". С учетом этих заявлений, это интересно, что производители, как представляется, подходит к проблеме с электроникой / передатчик стороны. Micro Motion утверждает, что цифровая обработка сигнала в новом МВД результаты электроники метров быстрее, чем с его старшим электроника аналоговых, и что МВД Соло еще быстрее. Фоксборо имеет несколько патентов на свои новые CFT50 цифровой передатчик, который по его утверждению решает проблему двухфазных потоков, в то время существенно улучшить время отклика метра (8, 14, 15).
Важность расходомера Кориолиса динамических характеристик может оказаться менее важным, чем было бы в противном случае представляются для дозирования систем. Пайк, Лим и Ли (16) Отметим, что задержка реакции расходомера Кориолиса не является незначительным ", однако, в ответ на клапан открытия и закрытия, а симметричным образом. В этом случае, даже при довольно вялой ответ систематическое воздействие на расходомер данных можно пренебречь, так как число импульсов не рассчитывали в начале могут быть компенсированы в конце испытаний "(рис. 7). Они идут на государство, "В ответ кривых метров, кроме расходомеров Кориолиса, Есть признаки гидравлического удара и других асимметричный ответ поведение во время быстрого открытия и закрытия клапана. Это неидеальный реакция расходомеров может привести к более систематической - или недопредставленности числа импульсов расходомера, в зависимости от ситуации ".
Калибровка метров для неньютоновских жидкостей. В качестве основы, расходомеров Кориолиса массовой показали, чтобы быть точным как с ньютоновской и неньютоновской жидкости, а также будут затронуты профиля скорости потока (17). Тем не менее, Эй древесины и работы Мехта на расходомеров Кориолиса в различных типах шламов, показывает, что неточности в размере до 10% могут быть получены при расходомеры оперировали ниже 40% от полного диапазона. Поведения потока навозной жижи не очень хорошо понимал, и не являются последствия для измерения расхода (18).
Калибровка кориолисовых, как правило, проделанной расчета перепад давления на метр при максимальной дозированных расхода. Номинальная 10-пси падения давления часто используется в качестве максимально допустимое падение давления через счетчик, но на самом деле, конечный пользователь может выбирать любые разумные падение давления в рамках ограничений максимального допустимого давления рейтинг счетчика.
Конечного потребителя, очевидно, хочет минимизировать метр завышение. Крупногабаритные метров стоят дороже, покупать и привести к снижению производительности, так как они работают в нижнем и менее точные часть их работы конверт. Кроме того, негабаритных метров выполнить хуже газированных жидкостей, как отмечалось ранее.
Продавцы обеспечить калибровки методов их кориолисовых. К сожалению, современные методы калибровки не позволяют точной калибровки, когда процесс жидкости неньютоновской.
Правда ньютоновской жидкости включают однофазных низким молекулярным весом жидкости и всех газов. В Procter
Примеры неньютоновских жидкостей включать расплавленных полимеров, коллоидов, гелей, эмульсий, суспензий концентрированной и растворах макромолекул. Простейшая модель для описания неньютоновской поведение модели степенному закону, что более правильно называть Оствальда-deWaele Наттинг-модели.
В этой модели
касательное напряжение = т (скорости сдвига) ^ SUP п ^ (2)
где т = номинальная вязкость при скорости сдвига от 1 / с и п = степень отклонения от ньютоновской поведения (19). Реорганизация уравнения. 2, получаем:
касательное напряжение т = | скорости сдвига | ^ SUP п-1 ^ (скорости сдвига) (3)
Можно показать, что кажущаяся вязкость, [т.], определяется по формуле:
[Др.] = м | скорости сдвига | ^ SUP п-1 ^ (4)
При п = 1, то ньютоновской, линейная связь между напряжением сдвига и скорости сдвига и наклона, или вязкость, постоянна и равна т (рис. 9). При п 1, жидкость сдвига утолщение (дилатантных). С помощью двух параметров т и п, можно оценить неньютоновской характеристики большинства жидкостей с достаточной точностью для целей калибровки расходомеров Кориолиса массовой информации.
Подавляющее большинство неньютоновских жидкостей, как в Procter
* Аммония альгинат
* Эмульсий
* Этилцеллюлоза
* Полимерных растворов и расплавов
* Расплавленной серы
* Мелассы
* Некоторые краски
* Мыла
* Омывает ткани
* Жидкие абразивы
* Гели для душа
* Косметика
* Бумажной массы
* Разбавленных суспензий.
Поскольку изменения скорости сдвига со скоростью линии жидкости, кажущаяся вязкость (вязкость, которая создает перепад давления на метр) является функцией объемного расхода. Зубная паста является классическим примером такого сдвига для разжижения жидкости. Его кажущаяся вязкость почти бесконечного покоя (он появляется в качестве твердого тела, а не поток). После достаточного напряжения применяется для зубной пасты, его очевидной уменьшается вязкость и начинает течь. Как она течет быстрее, он подлежит большей скорости сдвига, что привело к снижению кажущейся вязкости. Таким образом, в два раза расход пасты приведет к гораздо меньше, чем в два раза больше давления. (Более сдвига для разжижения жидкости, тем слабее зависимость перепада давления на расход.)
Реология лаборатории можно охарактеризовать неньютоновской поведение с помощью типового закона, власти, с помощью двух параметров т и п, которые определяют форму кривой напряжения сдвига против скорости сдвига, а не единый номер для вязкости ньютоновских жидкостей. Когда мы в Procter
Что происходит, когда мы размера расходомера Кориолиса массы? Калибровки методов, предоставляемых поставщиками метр дело только с ньютоновской жидкости. Наш опыт показывает, что использование таких методов, калибровке для наших сдвига для разжижения жидкости приводит к негабаритных метров, как правило, негабаритных по 1 размер метр, а в некоторых случаях размеры 2 метра. В одном случае, 3-в. метров были рассчитаны перепаде давления в 500 фунтов на квадратный дюйм, а после установки, его фактическое падение давления оказалась ниже 20 бар.
Как отмечалось выше, негабаритных метров более восприимчивы к проблемам из-за увлечения воздуха, чем соответствующего размера метров. Эти проблемы диапазоне от высокой неточной выходных сигналов на общей остановки метра. производители Кориолиса метр должны разработать методы калибровки, что позволяет точно рассчитать метров перепада давления для неньютоновских жидкостей.
ЛИТЕРАТУРА
1. "Инженерно-технический Замечание о Кориолиса для измерения расхода природных измерения газа," Американский газовая ассоциация (декабрь 2001).
2. Султан, Г. и Дж. конопли, "Моделирование Кориолиса Meter массового расхода," Журнал звуку и вибрации, 132 (3), с. 473-489 (1989).
3. Николсон, S., "Кориолиса Измерение массы потока", FLOMEKO '94 Conf. на Измерение расхода, Шотландия (1994).
4. Биркер, B., "Теория, проектирование и выполнение прямой трубы, массовый расходомер," измерение массового расхода прямом, и в прямых, МКБ Publications, London (1989).
5. Grumski, JA, Р. Bajura, "Выполнение Корио-Лис-типа массовый расходомер в двух измерения фазы (воздух-жидкость), смеси", массового расхода Измерения ASME Зимний-онный заседание, Нью-Орлеан, Луизиана (1984 ).
6. Джордж, KK, "Две фазы потока в 180 изгибов Степень Return - высокопрочная пленка Cine Скорость", Research Group мемо-дум ", Великобритания атомной энергии органом (1971).
7. Конопля, J. и Г. Султана, "О теории и производительности Кориолиса Расходомеры Масса," Измерение массового расхода прямые и косвенные, Тр. Межд. Conf. Измерение массового расхода, МКБ Publications, London (1989).
8. Генри, М. П. и др., "Self-Проверка цифровой массового расходомера Кориолиса: Обзор," Практика Control Engineering, 8. с. 487-506 (2000).
9. Бейкер, RC, "Измерение расхода Справочник промышленного De-признаки, принципы, эффективность, и приложения", Cambridge University Press, Кембридж, Великобритания (2000).
10. Skea, А. R и ARW зале "Последствия утечки газа в потоке на нефть Однофазная Расходомеры," Измерение расхода и In-strumentation, 10 (3), с. 145-150 (1991).
11. Генри и др., "Корректировка двухфазного потока в цифровой расходомер", США Патент № 6505519 B2 (14 января 2003).
12. "Фоксборо представляет цифровой расходомер Кориолиса, что исключает перебои с измерения двухфазных потоков", Control Engineering Европы, 3 (6), с. 26-27 (ноябрь 2002).
13. Cheesewright, Р. и С. Кларк, "Динамическая реакция Кориолиса MASSFLOW метров", доступные на странице <A HREF = "http://www.callisto.si.usherb.ca/ ~ fluo2000/PDF/Fl_137.pdf" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> ~ www.callisto.si.usherb.ca/ fluo2000/PDF/Fl_137.pdf </> (12 марта 2003).
14. Генри, и др.. "Цифровые расходомер", США Патент № 6311136 Bl (30 октября 2001).
15. Генри, Этал "Цифровые расходомер", США Патент № 6507791 B2 (14 января 2003).
16. Пэк, JS, и др.. ", Калибровки массовых расходомеров Кориолиса с использованием динамического взвешивания," Flow Meas, lnstrum, 1, с. 171-175 (апрель 1990).
17. Кафедра инженерной, Университет Ливерпуля ", Неньютоновская расхода," Измерение расхода Руководящая записка № 36, Национальная лаборатория Техника (декабрь 2002).
18. Хейвуд Н.И., KB Мета, "Оценка коммерческой Семь-Доступные Кориолиса Расходомеры Применительно к промышленному суспензии," Proc. Гидротранспорте 13, Йоханнесбурге (сентябрь 3-5, 1996).
19. Вол, MH, "Реология неньютоновских материалам" Chem. Eng., 75 (4), с. 130-136 (12 февраля 1968).
20. Кафедра инженерной, Университет Ливерпуля "Требования, предъявляемые Измерение неньютоновских жидкостях" Измерение расхода Руководящая записка № 16, Национальная лаборатория Техника (ноябрь 1998).
Джеймс Р. REIZNER
ПРОКТЕР
Джеймс Р. REIZNER является начальником отдела по корпоративному инженерия с Procter
