1. Pontos-chave da seleção do DPF:
1.1 Desempenho do instrumento
1.1.1 Exatidão, repetibilidade, linearidade, gama de caudais, rangeabilidade
O dispositivo de estrangulamento normalizado tem uma gama de aplicação rigorosa, incluindo o diâmetro do tubo, o diâmetro do furo do elemento de estrangulamento, o rácio do diâmetro, a gama do número de Reynolds, a rugosidade da parede do tubo, etc. O coeficiente de escoamento e o coeficiente de expansibilidade indicados no documento normalizado podem ser aplicados a estas gamas de utilização. Note-se que a gama de utilização de elementos de estrangulamento não normalizados e as respectivas fórmulas de cálculo servem apenas de referência. Em geral, é preferível efetuar uma calibração do caudal real para os utilizar de forma fiável. A incerteza do coeficiente de caudal do bocal normalizado é muito maior do que a da placa de orifício normalizada, uma vez que é mais difícil reproduzir com exatidão as peças do acelerador de perfil. A precisão do DPF depende em grande medida das condições do local. Se a qualidade de fabrico do elemento de estrangulamento cumprir os requisitos, há dois factores principais que afectam a precisão da DPF: a determinação dos parâmetros físicos do fluido e se as características do fluxo do fluido cumprem os requisitos da norma.
A precisão de todo o medidor de vazão também depende da precisão do transmissor de pressão diferencial e do instrumento de exibição de vazão. Atualmente, existe uma tendência para utilizar, tanto quanto possível, um transmissor de pressão diferencial de alta precisão. Pode ser visto na fórmula de cálculo da medição de fluxo que, quando a precisão de outros parâmetros não é alta, o uso do transmissor de pressão diferencial de alta precisão não pode desempenhar muito papel. A função do instrumento de visualização do caudal é principalmente monitorizar a estabilidade dos parâmetros de funcionamento, e a precisão da conversão de dados não é geralmente problemática. Por conseguinte, se se quiser melhorar a precisão da medição, deve ser feita uma estimativa exaustiva para se poder escolher a opção tecnicamente mais económica.
O DPF é um tipo de instrumento com requisitos rigorosos desde a conceção, fabrico, instalação e utilização. Um erro em qualquer ligação causará um grande erro. Se seguir rigorosamente a norma, a medição exacta pode ser garantida. A repetibilidade do DPF é inferior à de outros medidores de caudal (electromagnéticos, de deslocamento positivo, de turbina, de vórtice, etc.). A razão é que o sinal de saída é um valor analógico, fácil de ser interferido, especialmente na ligação do tubo de tomada de pressão, o sinal é facilmente interferido para produzir flutuação, o que resulta em baixa repetibilidade, pelo que a melhoria da precisão é afetada.
O sinal de saída do DPF está em relação quadrada com o caudal, é um instrumento não linear, razão pela qual a relação de gama é estreita. De facto, o coeficiente de escoamento do elemento de estrangulamento é estável numa vasta gama de números de Reynolds, pelo que, atualmente, a utilização de duas (ou mais) gamas de transmissores de pressão diferencial pode alargar a sua relação de gama (superior a 10:1). O elemento de estrangulamento de carga elástica de área variável e cabeça variável que tem sido utilizado nos últimos anos aplica outros princípios de funcionamento para aumentar o seu rácio de gama (até 100:1).
1.1.2 Perda de pressão
A grande perda de pressão é um dos pontos fracos do DPF, mas existem algumas opções disponíveis após uma análise cuidadosa. A placa de orifício e o bocal são os elementos de estrangulamento de maior perda de pressão nos elementos de estrangulamento do DPF, mas também existem diferenças. Com o mesmo caudal e valor β, a perda de pressão do bocal é apenas 30%-50% da perda de pressão da placa de orifício, ou seja, o bocal tem uma perda de pressão inferior. Vários tubos de fluxo (venturi, Doyle, Rolos, Venturi universal, etc.) são elementos de estrangulamento de baixa perda de pressão, a sua perda de pressão é apenas 20% da perda de pressão da placa de orifício, e mesmo tão baixa como 5%-10%. O desenvolvimento e a aplicação destes elementos de estrangulamento são uma direção de esforços futuros. Naturalmente, outro tipo de cabeça de pressão dinâmica DPF (medidor de caudal de tubo pitot de média velocidade) é conhecido pela sua baixa perda de pressão.
2. Características dos fluidos
2.1 Determinação dos parâmetros físicos do fluido
Os parâmetros físicos do fluido incluem a densidade, a viscosidade, o índice isentrópico e a humidade, etc. Alguns destes parâmetros entram diretamente na equação do caudal e outros afectam o coeficiente de escoamento e o coeficiente de expansibilidade.
Entre estes parâmetros, a densidade é o mais importante. O requisito de exatidão da densidade é o mesmo que o da pressão diferencial. Mas é difícil determinar com precisão a densidade, que é um fator importante que afecta a melhoria da precisão do DPF. A razão para a fraca exatidão da densidade é que a densidade é normalmente determinada pela relação funcional que inclui a composição, a pressão e a temperatura, mas a exatidão da relação funcional é frequentemente incerta, especialmente no caso das misturas, que geralmente carecem de funções precisas.
Neste caso, é melhor usar o densímetro para medir, mas infelizmente, a especificação atual do densímetro não pode satisfazer as necessidades reais, e o preço é caro, a fiabilidade não é elevada também impede a sua utilização generalizada.
A viscosidade pode ser menos exacta, porque é utilizada para calcular o número de Reynolds, o número de Reynolds não é sensível ao efeito do coeficiente de escoamento. Outra função da viscosidade é determinar se o meio medido é o fluido newtoniano, atualmente o meio medido deve ser solicitado como fluido newtoniano pelas normas de medição do fluxo. Devido ao desenvolvimento da indústria petroquímica, é necessário medir cada vez mais fluidos não newtonianos, pelo que a viscosidade do fluido irá suscitar mais atenção no futuro.
Para além dos fluidos mistos, a determinação dos parâmetros físicos dos fluidos tem encontrado dificuldades em condições de alta pressão, alta temperatura, baixa temperatura, etc. Muitos parâmetros físicos carecem de dados em condições de alta pressão, alta temperatura, baixa temperatura, etc.
2.2 Corrosão do fluido, abrasão, depósito, sujidade, etc.
Estas características representam uma grande ameaça para a fiabilidade da utilização do medidor de caudal. O DPF é utilizado para determinar a relação entre o caudal e o sinal de saída por dimensão geométrica, e manter a dimensão geométrica constante torna-se o fator-chave para garantir a precisão da medição numa utilização a longo prazo.
Durante a utilização, as alterações geométricas não são fáceis de detetar, ou seja, as características do fluxo mudaram e não são conhecidas, o que é muito perigoso. A forma de lidar com este problema difícil ainda está a ser explorada, por exemplo, a utilização da placa de orifício substituível é uma medida que é tomada para facilitar a inspeção, além disso, a utilização de condutas de medição paralelas pode ser feita regularmente para verificação e limpeza, etc. As características do fluido acima referidas devem ser compreendidas de modo a tomar medidas preventivas, aconselhar a realização de alguns testes se a situação for ambígua.
3. Instalação
Em condições de instalação, o comprimento necessário do tubo reto antes e depois das peças de estrangulamento embaraça frequentemente os utilizadores, e o tubo reto exigido pelo DPF de raciocínio é relativamente longo. Além disso, os dispositivos de resistência ao fluxo no local são muito mais do que os documentos padrão incluem, especialmente as chamadas peças de resistência ao fluxo combinadas (a distância entre dois tipos de peças de resistência ao fluxo é muito curta) é mais difícil de resolver, de acordo com GB/T 2624-93 ou ISO 5167-1, encontrou esta situação, pode instalar o regulador de fluxo para resolver, no entanto, a instalação do regulador de fluxo exige que o comprimento do tubo reto seja muito longo (cerca de 42D). Neste caso, são seleccionáveis as seguintes soluções: utilizar o dispositivo de estrangulamento que requer um comprimento de tubo reto mais curto, como o tubo venturi clássico ou outro tubo de fluxo; o coeficiente de escoamento em condições de campo é determinado pelo método de verificação do fluxo real, que pode ser em linha ou fora de linha.
A tubagem de tomada de pressão é o elo mais fraco do DPF de estrangulamento. Nos últimos anos, o aparecimento do DPF de estrangulamento integrado resolveu melhor este problema. Por exemplo, a preservação do calor e o anti-congelamento do tubo de tomada de pressão são muito problemáticos para a medição do fluxo de vapor no inverno no norte da China, o DPF integrado resolveu completamente essa dificuldade. A maioria dos medidores de vazão tem tipo integrado e tipo separado, eles têm suas próprias características, a seleção do tipo deve estar de acordo com a situação real do local, o DPF de estrangulamento não é exceção. O transmissor de pressão diferencial do DPF integrado deve ser adaptado às condições ambientais adversas no terreno. Em alguns casos, como uma forte vibração da conduta ou uma forte interferência electromagnética, é preferível utilizar o tipo separado.
4. Condições ambientais
O transmissor de pressão diferencial e o indicador de fluxo do DPF têm microprocessador e componentes electrónicos, os seus requisitos para as condições ambientais são os mesmos que os dos instrumentos electrónicos gerais.
5. Aspeto económico
Os factores económicos incluem o custo de aquisição, o custo de instalação, o custo de funcionamento, o custo de calibração, o custo de manutenção e o custo das peças sobressalentes.
5.1 Despesas de aquisição
A parte de ensaio do DPF é relativamente barata, mas integrada com o transmissor de pressão diferencial e o instrumento de visualização do caudal, o DPF completo não é necessariamente barato. Além disso, pode ser necessário adquirir alguns equipamentos auxiliares, como o recipiente de condensação, o coletor, o decantador e o isolador, que devem ser considerados de acordo com as condições do processo no local.
5.2 Custos de instalação
A instalação do DPF separado é mais problemática, principalmente a instalação da tubagem de sinal de pressão diferencial e do equipamento auxiliar. Para os meios corrosivos e sujos, é necessário adotar o sistema de isolamento, o custo é mais elevado.
5.3 Custos de funcionamento
Para a medição de condutas de grande diâmetro, o custo de funcionamento do consumo de energia pode ser um número elevado, naturalmente, selecionar o dispositivo de estrangulamento de perda de baixa pressão (como o tubo venturi clássico, etc.) é uma forma de reduzir o custo, mas o custo de aquisição do dispositivo de estrangulamento é elevado, pelo que o custo deve ser cuidadosamente calculado.
5.4 Custo de calibração
Uma das vantagens da DPF é que pode poupar o custo de calibração da parte de ensaio, e não só o fabricante mas também o utilizador podem evitar o problema da calibração em fluxo real, o que é de grande importância. Naturalmente, o custo de calibração das outras duas partes do DPF também deve ser considerado. São relativamente cómodos e baratos.
5.5 Custos de manutenção
A parte de ensaio do DPF tem um custo de manutenção menor e as outras duas partes têm um certo custo de manutenção.
5.6 Peças de substituição
O transmissor de pressão diferencial e o instrumento de visualização têm fortes pontos em comum. Para empresas grandes e médias que precisam de utilizar um grande número de medidores de caudal, alguns modelos e especificações podem ser seleccionados centralmente para poupar o número de peças sobressalentes. Nos últimos anos, a promoção de peças de estrangulamento de valor fixo faz com que o dispositivo de estrangulamento possa livrar-se da situação de correspondência do número da etiqueta, e a compra de peças de deteção é muito conveniente, o que pode reduzir o número de peças sobressalentes.
O cálculo exaustivo dos custos acima referidos permite determinar com precisão o custo económico.
6. Princípio de seleção do dispositivo de estrangulamento normalizado
6.1 A primeira escolha para a peça de ensaio do DPF é, obviamente, o dispositivo de estrangulamento normalizado. Para selecionar o dispositivo de estrangulamento normalizado mais adequado, devem ser considerados os seguintes aspectos
1) Condições limite do diâmetro do tubo, rácio do diâmetro e intervalo do número de Reynolds; 2) Precisão da medição,
3) Perda de pressão admissível,
4) O comprimento mínimo do tubo reto necessário para a instalação,
5) Sensibilidade à erosão, ao desgaste e à sujidade do meio medido,
6) Complexidade da estrutura e do preço,
7) Facilidade de instalação,
8) Estabilidade a longo prazo da utilização
6.2 De acordo com os aspectos acima referidos, o princípio de seleção do dispositivo de estrangulamento normalizado pode ser resumido da seguinte forma.
1) O diâmetro do tubo, o rácio do diâmetro e a gama do número de Reynolds dos vários tipos de peças de estrangulamento utilizadas em dispositivos de estrangulamento normalizados têm um determinado limite, que é especificado na norma nacional GB/T 2624-93 ou na norma internacional ISO 5167-1. Por exemplo, as placas de orifício podem ser utilizadas numa gama de diâmetros de tubagem maior em comparação com os bocais e os bocais venturi, a gama de diâmetros de aplicação de vários tipos de venturi clássico varia muito.
2) A precisão dos vários tipos de peças do acelerador no dispositivo de estrangulamento padrão está relacionada com a incerteza do coeficiente de escoamento e do coeficiente de expansibilidade sob a mesma precisão de medição da pressão diferencial e da densidade. A incerteza do coeficiente de escoamento de várias peças do acelerador varia muito. Em comparação, a incerteza do coeficiente de débito da placa de orifício é a mais pequena. E a incerteza do coeficiente de escoamento das peças do acelerador em arco (bocal, tubo de venturi) é maior, porque a qualidade da base de dados de encaixe em que se baseia a fórmula do coeficiente de escoamento apresentada na norma é fraca. No entanto, é possível obter uma precisão elevada através da calibração individual do dispositivo de estrangulamento em arco.
3) Sob a mesma pressão diferencial, a perda de pressão do tubo venturi clássico e do bocal venturi é cerca de 1/4 a 1/6 da perda de pressão da placa de orifício e do bocal. Com o mesmo caudal e o mesmo valor beta, a perda de pressão do bocal é 30%-50% da placa de orifício.
4) Com o mesmo dispositivo de estrangulamento e a mesma relação de diâmetro, o comprimento necessário do tubo de venturi clássico é muito menor do que o da placa de orifício e do bocal.
5) As borboletas em arco são muito melhores do que as placas de orifício para medir o meio que é propenso a contaminar, desgastar as borboletas e fazer com que as borboletas se deformem.
6) No processamento, fabrico e instalação, a placa de orifício é a mais simples, seguida do bocal, o bocal venturi e o tubo venturi clássico é o mais complexo, e o custo está a aumentar, por sua vez, com base na complexidade. Quanto maior for o diâmetro da tubagem, mais significativa é a diferença.
7) A placa de orifício é fácil de retirar e verificar a qualidade (adotar o dispositivo de aceleração da placa de orifício substituível). O bocal e o tubo venturi precisam de cortar o fluido e desmontar a tubagem para verificar, o que é bastante problemático.
8) Para os dispositivos de estrangulamento de diâmetros pequenos e médios (DN50-DN100), o tamanho e a posição da tomada de pressão têm uma influência significativa, pelo que a tomada de pressão com câmara anelar tem certas vantagens.