Расходомер сжатого воздуха

Что такое расходомер сжатого воздуха?

Расходомер сжатого воздуха, простыми словами, — это прибор, который напрямую измеряет «количество килограммов воздуха, проходящего через трубопровод», в единицах измерения расхода, таких как кг/ч, т/ч. Он отличается от традиционных вихревых расходомеров или диафрагменных расходомеров, которые измеряют «объемный расход» (м³/ч). В системах сжатого воздуха это значение сильно варьируется, поскольку объем сжатого воздуха резко меняется с давлением и температурой, а масса остается постоянной. Например, «кубические метры (м³)», потребляемые одним и тем же устройством при различном давлении, могут отличаться в несколько раз, но «килограммы (кг)», то есть массовый расход, в основном остаются стабильными. Таким образом, в условиях, когда колебания давления в системах сжатого воздуха являются обычным явлением, измерение массового расхода действительно отражает фактическое потребление и использование энергии.

Почему мои измерения расхода сжатого воздуха всегда неточны?

Наиболее распространенные причины неточных измерений в системах сжатого воздуха следующие. Во-первых, это колебания давления и температуры. На многих объектах манометр устанавливается только на выходе расходомера, игнорируя изменения плотности, вызванные изменениями давления на входе, особенно в системах, где несколько воздушных компрессоров подключены параллельно или часто нагружаются и разгружаются. Влияние температуры также имеет решающее значение, поскольку показания внутренних и наружных трубопроводов могут отличаться более чем на 10% в летний и зимний периоды.

Далее следует турбулентность в трубопроводе. Наиболее распространенная проблема на объекте — установка расходомеров сжатого воздуха сразу после отводов, клапанов или переходников. После прохождения через эти компоненты воздух образует сильные вихри, требующие достаточно длинного прямого участка трубы (обычно в 10 раз большего диаметра, чем труба перед компрессором, и в 5 раз большего диаметра, чем труба после него) для восстановления плавного потока. Многие заводы устанавливают датчики расхода воздуха в нескольких метрах от выхода воздушного компрессора, чтобы сэкономить время, но показания резко возрастают.
Кроме того, образуется конденсат и масляный туман. Сжатый воздух неизбежно содержит масло и воду, и если эти примеси оседают на датчике, особенно на зонде терморасходомера, они серьезно влияют на характеристики теплоотвода, приводя к дрейфу показаний или даже повреждению. На многих объектах фильтры устанавливаются только в основном трубопроводе, пренебрегая вторичной фильтрацией перед ответвлениями или приборами.

Как выбрать подходящий расходомер сжатого воздуха?

Диапазон расхода сжатого воздуха и диаметр трубопровода, рабочая температура и давление.

Выбор датчика расхода воздуха в первую очередь требует указания диаметра трубы и диапазона расхода. Диапазон расхода должен включать три значения: минимальное, среднее и максимальное, особенно минимальное значение — у многих датчиков расхода сжатого воздуха наблюдается резкое снижение точности при низких расходах. Во-вторых, рабочее давление и температура должны учитываться не только на основе общепринятых значений, но и с учетом экстремальных условий эксплуатации.

Качество воздуха часто игнорируется.

Для уточнения точки росы и содержания масла в системе большинство расходомеров могут работать с воздухом ниже класса 2 стандарта ISO 8573-1 (точка росы -40 °C, содержание масла ≤ 0,1 мг/м³); если воздух более влажный или содержит больше масла, необходимо выбрать датчик расхода воздуха с защитой от загрязнения.

Цифровой компрессор с аналоговыми выходами или цифровой связью.

Выходной сигнал определяется в зависимости от системы управления: наиболее универсальным является аналоговый выход 4-20 мА, Modbus RTU подходит для сбора данных, а HART удобен для отладки на месте. Точность не обязательно должна быть слепой целью — для мониторинга энергопотребления повторяемость ± 1,5% часто более практична, чем точность ± 1%.

Терморасходомер для измерения массового расхода сжатого воздуха

Термомассовый расходомер для сжатого воздуха

Принцип

Термомассовые расходомеры особенно подходят для сжатого воздуха, поскольку они напрямую измеряют массовый расход. Принцип прост: на зонде расположены два датчика температуры, один из которых нагревается, а другой измеряет температуру воздушного потока. Когда воздух проходит через него, он отводит тепло, и чем больше расход, тем быстрее рассеивается тепло. Массовый расход можно рассчитать, изменяя мощность нагрева.

Преимущества

Главное преимущество этого датчика заключается в том, что он не требует компенсации давления и температуры (в сценариях с относительно стабильным давлением) и чрезвычайно чувствителен к низким расходам, коэффициент регулирования может достигать 100:1, улавливая даже слабый ветер со скоростью 0,1 метра в секунду, что очень полезно для обнаружения утечек. Однако он действительно чувствителен — боится воды, масла и пыли. При плохом качестве воздуха датчик склонен к загрязнению и требует регулярной очистки или даже замены. Кроме того, он предъявляет высокие требования к установке и может давать значительные погрешности при недостаточном диаметре прямого участка трубы.

Какой тип воздуха подходит для термомассового расходомера?

Таким образом, термомассовый расходомер подходит для сухих, чистых и стабильных по давлению систем сжатого воздуха, например, для источников чистого воздуха на электронных и фармацевтических заводах. Однако он не подходит для влажных и масляных сред с сильными колебаниями давления, таких как старые компрессорные станции или системы масляной смазки.

Вихревой расходомер с температурной и барической компенсацией представляет собой практичный подход к измерению массы сжатого воздуха.

Вихревой расходомер с температурной и барометрической компенсацией

Принцип

Принцип его работы основан на «числовом вихре» — когда поток воздуха обтекает зонд, генерируется вихревой столб, частота которого пропорциональна скорости потока. Но измеряется объемный расход в рабочих условиях, тогда как объем сжатого воздуха резко меняется в зависимости от давления и температуры. Поэтому суть заключается в компенсации: вихревой датчик расхода должен в реальном времени собирать сигналы давления и температуры, преобразовывать рабочий расход в стандартный расход (Нм³/ч) или массовый расход (кг/ч), чтобы данные имели смысл.

Преимущества

Преимущества очевидны: по сравнению с термомассовыми расходомерами, он более устойчив к загрязнениям и менее чувствителен к обычному масляному туману и конденсату в сжатом воздухе; отсутствие движущихся частей, стабильная и долговечная работа; а также превосходная экономичность при средних и высоких расходах.

Недостатки

Недостатки также очевидны: опасаюсь низких скоростей потока, точность обычно снижается или даже становится невозможной при скорости потока ниже 2-3 м/с, что затрудняет обнаружение мелких утечек; также опасаюсь вибрации трубопровода. Если частота вибрации близка к частоте вихря, это вызовет помехи.

Таким образом, он подходит для установки в магистральных трубопроводах со стабильным давлением и умеренными или высокими расходами, например, на выходе из компрессорных станций и магистральных трубопроводов цехов, для надежного учета общего энергопотребления. Он обеспечивает компенсированные, стабильные и сопоставимые данные, что делает его экономически выгодным выбором для системных измерений.

Встраиваемый или проточный расходомер?

Встраиваемый или проточный расходомер сжатого воздуха?

Основное внимание уделяется контролю размеров трубопровода и бюджету. Стоимость установки встраиваемого расходомера воздуха низкая, и нет необходимости останавливать производство и резать трубы. Его может установить одна бригада за два часа, что очень подходит для ремонта трубопроводов большого диаметра (DN80 и более). Однако точность встраиваемого вихревого расходомера обычно составляет около ± 2%, и на нее сильно влияет распределение скорости потока. Хорошая новость заключается в том, что точность встраиваемого и проточного термомассовых расходомеров одинакова.

Встраиваемый расходомер обладает более высокой точностью (до ± 1%) и хорошей стабильностью, но он дорог, сложен в установке и требует разрезания трубопровода. Он подходит для новых проектов или случаев с высокими требованиями к точности измерений при установке вихревого расходомера (например, для расчетов по сделкам). Простой принцип: для диаметров DN200 и меньше предпочтительнее использовать расходомеры секционного типа, а для диаметров DN300 и больше — расходомеры вставного типа, которые более экономичны.

Что делать, если для измерения массового расхода сжатого воздуха недостаточно прямых участков трубы?

Если на объекте недостаточно прямых участков трубы (например, из-за ограниченного пространства в компьютерном зале), существует несколько альтернативных решений: во-первых, установить выпрямитель трубопровода для рассеивания вихря и уменьшения потребности в прямых участках трубы с 10D до 5D; во-вторых, переместить расходомер дальше по потоку, даже если потребуется несколько десятков метров трубопровода, показания будут гораздо более стабильными.

Устройства для измерения расхода сжатого воздуха

Наиболее распространенная единица измерения — это пересчет. Нм³/ч — это стандартный расход (0 °C, 1 атмосфера), м³/ч — рабочий расход (при фактической температуре и давлении), а SCFM — это американский стандартный кубический фут в минуту (21 °C, 1 атмосфера). Договоры на поставку сжатого воздуха часто заключаются в Нм³/ч, но расходомер выдает кг/ч или фактический м³/ч, которые необходимо пересчитывать в зависимости от давления и температуры в реальном времени. Надежный подход заключается в том, чтобы расходомер напрямую выдавал Нм³/ч с компенсацией, чтобы избежать ошибок при последующих расчетах.

В конечном итоге, измерение массового расхода сжатого воздуха — это задача, которую нельзя решить просто купив высокоточный прибор. Это системный проект, от выбора и установки до обслуживания, и каждое звено может вносить ошибки. Понимание принципов, учет условий эксплуатации и стандартизация установки важнее, чем просто стремление к точности прибора. На месте правильно установленный прибор средней точности часто оказывается гораздо надежнее, чем случайно установленный высокоточный расходомер воздуха.
Для выбора подходящего и недорогого расходомера сжатого воздуха свяжитесь с нами по адресу sales@silveinstruments.com.