русский
Кориолисовый расходомер для жидкого CO2: руководство по выбору и примеры применения.
Для измерения концентрации CO2 в жидком состоянии наиболее надежным выбором является кориолисовый расходомер. криогенный (-78 °C), в условиях высокого давления и сверхкритических условиях. Он измеряет истинный массовый расход напрямую, не требует коррекции плотности или температуры и лучше, чем любая объемная технология, справляется с фазовой чувствительностью CO2. Рекомендуемый материал, контактирующий с жидкостью, — нержавеющая сталь SS316L; диаметры труб варьируются от DN6 до DN50 в зависимости от диапазона расхода.
Углекислый газ ведет себя иначе, чем большинство промышленных жидкостей. При атмосферном давлении он сублимирует непосредственно из твердого состояния в газообразное при -78,5 °C. Для поддержания его в жидком состоянии необходима либо криогенная температура (ниже -56,6 °C в тройной точке), либо повышенное давление выше 5,18 бар. Во многих промышленных областях используются оба подхода: жидкий CO2 под высоким давлением при комнатной температуре для карбонизации и пожаротушения, или криогенный жидкий CO2 под низким давлением для исследований и заморозки продуктов питания.
Такая двойственная природа создает проблемы для обычных расходомеров. Расходомер, рассчитанный на работу с CO2 при температуре окружающей среды и высоком давлении, не подойдет для криогенных условий. Термомассовый расходомер, разработанный для газ CO2 При контакте с жидкостью прибор немедленно выйдет из строя. Даже среди измерительных приборов, способных работать при такой температуре или давлении, большинство измеряют объем, а плотность жидкого CO2 значительно изменяется как при изменении температуры, так и давления. Без коррекции плотности в реальном времени показания объемного прибора могут содержать погрешности в 5% и более.
Турбинные расходомеры измеряют объем. Для определения массы им необходима компенсация плотности, а смазка подшипников быстро изнашивается при температуре ниже -20 °C. В криогенных условиях эксплуатации с жидким CO2 срок службы подшипников короткий, а интервалы технического обслуживания неудобно частые для производственных сред.
Объемные расходомеры с овальными шестернями хорошо работают с вязкими жидкостями, но вязкость жидкого CO2 составляет около 0,10–0,12 сП. Это слишком низкое значение для обеспечения герметичности соединения шестерни с корпусом. При низкой вязкости увеличивается внутренняя утечка через шестерни, и, соответственно, возрастает погрешность измерения. Риск мгновенного испарения на выходе из расходомера также реален, если не контролируется противодавление.
Для образования устойчивых вихрей вихревым расходомерам необходимо минимальное число Рейнольдса. При низких расходах в трубах малого диаметра это минимальное значение не всегда достигается, и точность вихревых расходомеров в условиях работы с жидким CO2 ненадежна. Они также измеряют объем.
Ультразвуковые расходомеры могут работать с жидким CO2 под высоким давлением в трубах большого диаметра (DN50 и выше), где требуется прямолинейная конструкция. Для криогенных применений с трубами малого диаметра использование ультразвуковых расходомеров с креплением на зажимах исключается из-за наличия изоляционного слоя, а для ультразвуковых расходомеров, устанавливаемых в трубопроводы при криогенных температурах, требуются специальные материалы для преобразователей, что значительно увеличивает стоимость.
Принцип Кориолиса измеряет массовый расход непосредственно за счет инерционной силы, действующей на вибрирующую трубу. Он не зависит от предположений о скорости, вязкости или плотности жидкости. Именно эта независимость делает его подходящим для жидкого CO2, где плотность и вязкость изменяются с температурой и давлением таким образом, что использование объемных расходомеров становится невозможным.
Кориолисовый расходомер для жидкого CO2 использует трубки из нержавеющей стали SS316L или Hastelloy C-22, рассчитанные на температуру до -200 °C и рабочее давление до 100 бар в зависимости от модели. Точность измерения массового расхода обычно составляет 0,2% от показания, а плотности — 0,5%. Повторяемость составляет 0,1%. Расходомер также выдает данные о плотности жидкости в реальном времени, что полезно для обнаружения фазовых переходов в точке измерения.
Стандартные выходные сигналы: 4-20 мА для аналогового измерения массового расхода и плотности, импульсный выход для суммирования партии, а также RS-485 Modbus RTU для интеграции с ПЛК или SCADA. Протокол HART доступен на большинстве моделей. Для работы с CO2 в пищевой промышленности и производстве напитков доступны технологические соединения с трехзажимным креплением и сертификация материалов.
Выберите правильный размер для жидкого CO2.
Кориолисовые метры Размеры расходомеров определяются массовым расходом, а не диаметром трубы. Размер соединения трубы зависит от требуемого диапазона расхода и допустимого перепада давления. Распространенная ошибка — это определение размера расходомера в соответствии с существующим диаметром трубы, а не с диапазоном расхода. Кориолисовый расходомер слишком большого размера теряет точность в нижнем диапазоне; расходомер меньшего размера создает чрезмерный перепад давления, который может вызвать мгновенное испарение.
Для криогенных применений выбирайте модель с опцией низкотемпературной электроники. Корпус передатчика должен быть рассчитан на диапазон температур окружающей среды, если он расположен вблизи холодного участка трубопровода.
В пищевой и напиточной карбонизации используется жидкий CO2 под высоким давлением при температуре, близкой к комнатной, обычно от 20 до 25 бар. Основные требования – точность и гигиеничность. В качестве стандартных расходомеров здесь используются кориолисовые расходомеры DN15–DN25 с трехзажимными соединениями.
Системы пожаротушения хранят CO2 под высоким давлением (около 55–60 бар при комнатной температуре) и быстро его выпускают. Расходомеры в этих системах должны справляться с быстрыми переходными процессами. Кориолисные расходомеры с высокочастотным откликом и пакетным суммированием используются для проверки заполнения баллонов.
Сверхкритический Экстракция CO2 (CO2 выше 31,1 °C и 73,8 бар) используется в процессах удаления кофеина, экстракции хмеля и фармацевтической промышленности. В этой области применяются кориолисовые расходомеры, рассчитанные на давление до 200 бар, с контактирующими с жидкостью деталями из сплава Hastelloy.
В криогенных исследованиях и лабораторных процессах используется жидкий CO2 при температуре -78 °C, получаемый непосредственно из сухого льда или криогенных резервуаров. Это наиболее жесткие условия для расходомера. Правильным выбором являются кориолисовые расходомеры малого диаметра (DN6–DN15) с трубками, рассчитанными на криогенные условия эксплуатации.
Недавно к нам обратилась исследовательская компания в области строительных технологий из Юго-Восточной Азии. Они проводят лабораторные эксперименты по твердению бетона с использованием дозирования жидкого CO2 и им необходимо точно знать, какое количество CO2 поступает в каждую тестовую партию. Их установка: труба диаметром 1/2 дюйма, рабочее давление ниже 100 psi (6,9 бар), диапазон расхода от 5 до 80 л/мин из небольшого криогенного резервуара в складском помещении с температурой 28 °C.
Углекислый газ выходит из резервуара при температуре приблизительно -78 °C. Это исключает использование турбинных, овальных и термометрических расходомеров по причинам, описанным выше. Диапазон регулирования 16:1 (от 5 до 80 л/мин) исключает образование вихрей в нижнем диапазоне. Кориолисовый расходомер DN15 SS316L охватывает весь диапазон с точностью 0,2% и выдает показания кг/ч непосредственно на регистратор данных через Modbus RTU. В программном обеспечении не требуется коррекция плотности.
Мы рекомендовали следить за тем, чтобы давление на входе оставалось выше давления насыщения CO2 на протяжении всего процесса измерения, чтобы предотвратить мгновенное испарение на входе в измерительный прибор. При температуре -78 °C жидкий CO2 уже близок к насыщению при атмосферном давлении, поэтому контроль противодавления на выходе из измерительного прибора важен для получения стабильных показаний.
SS316L является стандартом для большинства материалов. криогенная жидкость Применение CO2 до -196 °C. Для агрессивных сред или сред высокой чистоты сплав Hastelloy C-22 обеспечивает лучшую коррозионную стойкость. Требуются уплотнения из ПТФЭ; стандартные уплотнения из буна-N или EPDM выходят из строя при криогенных температурах.
Да. Показания датчика плотности в реальном времени резко упадут, если CO2 испарится, превратившись в газ внутри трубки. В некоторых конфигурациях ПЛК сигнал плотности используется для срабатывания сигнализации или приостановки суммирования, когда плотность падает ниже установленного порогового значения, что полезно для точного учета партий.
Стандартные модели DN15 рассчитаны на давление до 100 бар. Версии высокого давления для экстракции сверхкритического CO2 доступны до 200 и 400 бар. При запросе коммерческого предложения укажите максимально допустимое рабочее давление (MAWP).
Углекислый газ не воспламеняется, поэтому для счетчика, работающего только с CO2, не требуется сертификат ATEX. Если счетчик установлен в зоне, классифицированной для других легковоспламеняющихся сред, проверьте схему классификации зон. Стандартной защиты IP67 достаточно для большинства промышленных и лабораторных установок.
Стандартные параметры: 4-20 мА (массовый расход), 4-20 мА (плотность), импульсный выход (суммирование), RS-485 Modbus RTU. Опционально: протокол HART, PROFIBUS DP. Для сбора лабораторных данных Modbus RTU через RS-485 обычно проще всего реализовать с помощью адаптера USB-RS485 и стандартного программного обеспечения для регистрации данных.
Для получения рекомендации по модели в тот же день отправьте следующие параметры:
Свяжитесь с компанией Silver Automation Instruments по адресу: silverinstruments.com с указанными выше параметрами.
Мы свяжемся с вами в течение 24 часов..
