Vannføringsmåling. Driftsoperatørsamling Driftsassistansen for VA i Møre og Romsdal 2010 Rica Seilet Hotel, Molde.

Transkript

1 KROHNE Instrumentation Vannføringsmåling. Driftsoperatørsamling Driftsassistansen for VA i Møre og Romsdal 2010 Rica Seilet Hotel, Molde. Av: Johnny Østvang.

2 Hvem er vi Ditt kompetansesenter for rasjonelle løsninger til måling og instrumentering i prosesser. 2

3 Leverandør til det norske markedet siden 1980 Hovedkontoret i Moss Avdelingskontoret i Stavanger Avd. Stavanger 3

4 4

5 KROHNE på verdenskartet 13 Produserende enheter 31 KROHNE kontorer 59 KROHNE representanter 5

6 Vår forretningsidè Vårt mål er å være en ledende leverandør av produkter og systemer for instrumentering og måling i prosesser. Teknologi og innovasjon i kombinasjon med produktkunnskap og applikasjonskompetanse, utdannelse og service skal prioriteres for å bli den beste partner for våre kunder. Teknisk support Valg av løsning Support senter Kvalitetsprodukter Riktig løsning Leveranser Utdannelse Kurs Opplæring Serviceverksted Service hos kunden idriftsettelse Vårt konsept 6

7 De vanligste måleprinsippene. VA-meter Elektromagnetisk mengdemåler Ultralyd Mengdemålere Pitotrør Trykkdiff. Mekaniske målere 7

8 Generelt om mengdemåling Strømninger i rør Måleenheter Teknologi og måleprinsipper 4. Trykkdifferanse måling VA meter Elektromagnetisk mengdemåler Ultralyd mengdemåler Mekaniske målere 9. Valg av måler 8

9 Alle innen industri og kommunal sektor har behov for å kunne måle og regulere strømmende medier. For å møte dette behov er det blitt konstruert en mengde ulike givere som arbeider etter ulike metoder. Ved strømningsmåling forekommer så vel direkte som indirekte målemetoder. Med strømning menes mengden av et gjennomstrømmende medium pr. tidsenhet. Man må herved skille mellom hva som er volumstrømning og hva som er massestrømning. Ifølge SI uttrykkes volumstrømning i m3/s, m3/h eller l/s og betegnes qv. Massestrømningen ifølge SI skal måles i Kg/s, samt betegnes qm. 9

10 Gjennomstrømning er en viktig parameter, som det er nødvendig å kunne kontrollere og regulere i forbindelse med mange ulike prosesser. Derfor må vi ha tilgang til en hensiktmessig og pålitelig måler for strømnings-bestemmelse. Mengdemåleren representerer ofte det svake ledd i et måle- eller reguleringssystem. Ofte skyldes imidlertid dette uhensiktsmessige målere, feil installasjon eller feilaktig tolking av giverens egenskaper. Det finnes ingen universalmåler for strømning. Men den raske utviklingen har resultert i stadig bedre målere av flere ulike typer. 10

11 Mengdemålere klassifiseres etter den fysikalske målemetode,som ligger til grunn for strømnings-bestemmelsen. Innenfor rammen av hver målemetode finnes ofte en mengde ulike varianter, som imidlertid pleier å inneholde en hel del felles likheter med hensyn til anvendelsesområdene. En oppdeling etter metode vil derfor også til en viss grad angi anvendelsesområder. You cannot m an ag e w hat you cannot measure Lo rd Ke lv in 11

12 Generelt om betingelser For at mengdemålere skal virke innenfor den nøyaktigheten som er spesifisert, må en rekke forutsetninger være tilstede. Disse forutsetningene kalles krav til bruksbetingelser. En mengdemåler`s kvalitet vil påvirkes av i hvor stor grad kravene til bruksbetingelsene er oppfylt. Bruksbetingelser i denne sammenheng omfatter følgende forhold: - mediets egenskaper. - måten mediet strømmer på. - innstallasjonsbetingelser. - omgivelsesforhold. 12

13 ALL FLOWMETERS NEED TO BE INSTALLED CORRECTLY...THIS IS ESPECIALLY TRUE WITH STEAM METERS. 13

14 Feil valg av måler kan gi et resultat i en måler som ikke fungerer, påvirkninger av målenøyaktighet, skade av måler, ustabilitet osv. 14

15 Mediets egenskaper Homogenitet: Med dette menes en fase medier, eventuelt blandinger av medier i samme aggregattilstand som er fri for innblandinger av stoff i en annen fase. (Væskeblandinger er fri fra gassbobler. Gass er fri fra væskedråper). 15

16 Mediets egenskaper Mediets fysikalske egenskaper. Det er meget viktig å ha kjennskap til de fysikalske egenskaper til mediet som skal måles under de trykk og temperaturer som eksisterer i måleren. For eksempel for differansetrykk og VA målere er det absolutt nødvendig å kunne tallfeste mediets densitet for å kunne beregne elementets karakteristikk. Feil oppgitt densitet gir direkte feil i målingen. I andre tilfeller er det viktig å vite mediets ledningsevne for å sikre om bruk av elektromagnetiske mengdemålere er et riktig valg. 16

17 Mediets egenskaper Densitet: Densiteten bestemmes av mediets kjemiske sammensetning, trykk og temperatur. Den kan enten beregnes ved bruk av beregningsformeler eller finnes ved hjelp av tabellverdier. Densiteten kan også måles direkte med instrumenter. Densiteten er avgjørende for Vortexmålere og turbinmålere når det gjelder å definere måleområdet.(spesielt for gass). Det er nødvendig å kjenne densiteten både for å bestemme volumstrøm og massestrøm med måleblende. 17

18 Mediets egenskaper Viskositet. Eksempel på viskositetens betydning for måleresultatet er at kalibreringskurven til volummålere og turbinmålere til dels sterkt avhenger av mediets viskositet. Akustiske egenskaper. Mediets akustiske egenskaper må man ha kjennskap til før valg av ultralyd mengdemålere. Elektrisk ledningsevne: Må kjennes før man vurderer bruk av elektromagnetiske mengdemålere. Smøreegenskaper: Har en betydning for alle målere med bevegelige deler. 18

19 Generelt om mengdemåling Strømninger i rør Måleenheter Teknologi og måleprinsipper 4. Trykkdifferanse måling VA meter Elektromagnetisk mengdemåler Ultralyd mengdemåler Mekaniske målere 9. Valg av måler 19

20 Strømning. I tillegg til å vite noe om mediets fysikalske egenskaper, bør man også vite noe om hvordan og hvor raskt mediet vil strømme der det skal måles. Strømningshastighet: Mediets hastighet må være tilpasset den aktuelle måleren. Man må være oppmerksom på at for enkelte måleres vedkommende vil det gunstigste hastighetsområde være avhengig av densitet og/eller viskositet. For å tilpasse hastigheten til en målers kapasitet, kan det i enkelte tilfeller være nødvendig å endre rørdiameteren. 20

21 Dimensjonering 21

22 Strømning. Hastighetsprofil: Med hastighetsprofil menes måten mediet strømmer i røret. Hvordan den aksielle hastigheten fordeler seg over rørtverrsnittet og hvordan mediet beveger seg i forhold til den aksielle retning i hvert punkt i rørtverrsnittet. 22

23 Strømning. Fullt utviklet hastighetsprofil: Med dette menes i praksis den hastighetsprofilen som oppnåes etter strømning i et rett og innvendig glatt rør som har en lengde på 100 ganger innvendig rørdiameter(100xd). Hvordan denne fullt utviklede hastighetsprofilen ser ut bestemmes av Reynoldtallet. Reynolds tall er en strømningsteknisk størrelse som kombinerer: hastigheten v, densitet q,dynamisk viskositet og rørdiameter D. Re= (q x v x D) / 23

24 Velocity profile and Reynolds number = Density Re = D = Flow velocity D = Diameter = Viscosity Laminar flow Turbulent flow Theory: 0 < Re < 2300 Theory: 2300 < Re < infinite Praxis: 0< Re < Parabolic shape (Hagen - Poiseuille) Praxis: < Re < infinite Flattened shape (e.g. Nikuradse)

25 Strømning. Fullt utviklet hastighetsprofil kjennetegnes av at det er symmetrisk omkring røraksen, at den høyeste hastigheten er i midten av røret og at hastigheten gradvis avtar utover mot rørveggen. På den annen side kan det utvikles en symmetrisk hastighetsprofil lenge før et fullt utviklet hastighetsprofil er dannet. Noen målere krever en fullt utviklet profil for å kunne måle med spesifisert målenøyaktighet, mens andre kun krever en rotasjonsfri og symmetrisk profil. 25

26 Strømning. Usymmetrisk hastighetsprofil og roterende strømning oppstår umiddelbart etter ethvert avvik fra rett rør med konstant diameter. Hvor raskt den roterende bevegelsen dør ut og hvor langt mediet må strømme for å utvikle en symmetrisk profil, avhenger av hvor sterkt hastighetsprofilen er forstyrret, hva slags element som har forstyrret strømningen, reynoldstallet og ruheten på rørveggen. Generelt vil større ruhet og lavere reynoldstall føre til en raskere utvikling av symmetrisk profil. En måte å rette opp en forstyrret hastighetsprofil raskere enn det som vil være den naturlige opprettingen er å installere strømningsrettere. 26

27 Strømning. Pulserende strømning: Selv om hastigheten og profilen skulle være gunstig for målertypen kan det ha betydning for måleresultatet hvor raskt hastigheten endrer seg. Dette skyldes i stor grad at målere har en begrenset tidsrespons og at enkelte målere krever strømning uten pulsering. En måte å rette opp pulsering kan være å øke volumet i rørføringen mellom pumpe og måleutstyr. 27

28 Generelt om mengdemåling Strømninger i rør Måleenheter Teknologi og måleprinsipper 4. Trykkdifferanse måling VA meter Elektromagnetisk mengdemåler Ultralyd mengdemåler Mekaniske målere 9. Valg av måler 28

29 Måleenheter. Måleenhet Qv eller Qm. Valget av passende gjennomstrømningsmålere henger sammen med målingen. I første rekke gjelder det da å avgjøre hvilken strømningsenhet som er mest relevant. V= Strømningshastighet (m/s) Qv= Volumgjennomstrømning (m3 eller dm3) pr. tidsenhet. Qm=Massegjennomstrømning (kg pr. tidsenhet). 29

30 V - Strømningshastighet. Med strømningshastighet menes hastigheten til et medie i et vist punkt. Qv- Volumgjennomstrømning eller det totale gjennomstrømmende volum er den måleenhet som man oftest ønsker å bestemme. De fleste målere gir derfor et utgangssignal som relateres til volumstrømmen, enten ved at måleren kjenner det direkte volumet, middelhastigheten eller en hvilken som helst annen enhet som indirekte avhenger av volumgjennomstrømningen. Kalibreringen i m3/h eller l/min beror derfor ofte på mediets densitet,viskositet,temperaturer m.m. Qm-massegjennomstrømning representerer den vektmengde som passerer pr.tidsenhet. 30

31 UTGANGSSIGNAL. Analoge utgangssignaler, som oftest i dag basert på 4-20 ma. I noen tilfeller er også spenningsutganger brukt, som for eksempel 0-10 V. Puls utgang, benyttes ofte der det er krav til god oppløsning på måleresultatet. Benyttes ofte i direkte oppkobling opp i mot telleverk som for eksempel der man ønsker å få angitt en puls pr. liter osv. Profibus og andre bus tilkoblinger er nå det siste når det gjelder kommunikasjon mellom måleutstyr og styre systemer. I stede for variasjoner på den analoge utgangen snakker dette utstyret sammen med styresystemet ved hjelp av digitale transmisjoner som føres over en hvis transportstrøm. 31

32 Måleområde og måleomfang. Måleområde er det område innenfor de spesifikasjoner på målenøyaktighet som gjelder for måleren. Måleområdets øvre grense bestemmes av den største gjennomstrømningen man kan måle. Utover denne maksimumsstrømningen kan måleren som regel overbelastes uten å få varige defekter. Måleområdets nedre grense- det anvendelige visningsområdet for en gjennomstrømningsmåler går sjelden fra null - setter grensen for målerens dynamikk, dvs. forholdet mellom øvre og nedre grense for et og samme måleområde. Måleomfang (rangeability) blir vanligvis angitt som mål på dynamikken, men inkluderer ofte den variasjon av følsomheten som visse målere har mulighet til. 32

33 UNØYAKTIGHET. Graden av den informasjon som målingen gir, avhenger av målingens pålitelighet og derfor er målenøyaktigheten alltid en vesentlig faktor å ta hensyn til. En målers unøyaktighet kan spesifiseres på ulike måter, for eksempel: -(a) i % av aktuell måleverdi. -(b) i % av måleområdets øvre grense. Den relative unøyaktighet visese best med en feilkurve, som funksjon av måleverdien. 33

34 1,2 1, v [ft/s] % of actual value 1 0,8 0,6 0,4 0,2 DN (3/8" - 40") DN < 10mm (< 3/8") Option IFS 4000, DN (1 1/4" - 40") Option IFS 5000, DN ( 3/8" - 4") Reihe3 0 0, v [m/s]