Merenje protoka mernim blendama, mlaznicama, Venturijevim cevima

Мерење протока флуида

мерним блендама, млазницама,

Вентуријевим цевима и др.

Бранко Радовановић 15300

Принцип мерења протока на бази

пада притиска

� Ако се неки пригушни елемент угради у цевовод, онће на том месту проузроковати локално убрзањеструје, односно снижење притиска због контракцијепопречног пресека.

� Принцип мерења ове промене изведен је изБернулијеве енергетске једначине.

� Константа К која фигурише у једначини за протоксадржи корекцију: а) облика пригушења; б) местамерења притиска; и в)профила брзине.

� Компресибилни флуиди захтевају увођење додатнекорекције, која може бити базирана на емпиријскимподацима (бленде), или се може извести изтермодинамичких разматрања (Вентуријеве цеви имлазнице).

Пад притиска на мерној бленди

Мерна бленда

Мерна бленда са правоуглом улазном ивицом и

прикључцима за мерење притиска у прирубницама

Конструкција

Део бленде унутар цевовода мора бити кружногоблика и концентричан са осом цевовода. Површинеморају бити равне и паралелне. Узводна ивицаотвора бленде мора бити оштра, тј. њен радијус несме бити већи од 0,0004 d.

Примена

Овај тип бленде се препоручује за општу употребуза чисте флуиде, тј. за гасове, паре и течности. Двосмерни токови се такође могу мерити овим типомбленде. Израда је једноставна и економична.

Уколико је мерна бленда намењена за мерењедвосмерних токова, онда:

- ивица отвора се не сме закошавати;- обе површине морају бити обрађене према

захтевима за узводну површину;- обе ивице отвора морају бити обрађене

према захтевима за узводну ивицу

- дебљина плоче N мора бити једнака дебљиниотвора e;

Границе употребе

Унутрашњи пречник цевовода: 50 ≤ D ≤ 760 mmПречник бленде: 12,5 ≤ d ≤ 570 mmОднос пречника: β = d / D 0,2 ≤ β ≤ 0,75Рејнолдсов број: 1260 ≤ ReD ≤ 108

- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥ 0,75- Горња граница релативне храпавости k / D (на

дужини од 10 D узводно од мерне бленде) мораодговарати вредностима у следећој табели:

- Ако је k / D < 10 · 10-4 нема ограничења за β

101010101010101012,918,125104 k/d

0,750,700,600,500,450,400,380,360,340,32≤0,3β

Бленда са правоуглом улазном ивицом за ANSI

прирубнице

Положај прикључака за мерење притиска на

прирубницама

Мерна бленда са правоугаоном улазном ивицом и

прикључцима за мерење притиска у углу


- Бленда је у свим детаљима иста као што јеприказано на слици ,, Бленда са правоуглом улазномивицом за ANSI прирубнице’’, изузев спољњегпречника који треба да је у складу са прирубницамаизмеђу којих се уграђује.

- Прикључци за мерење притиска могу битипојединачни мерни прикључци или прстенастипрорези.

Положај прикључака за мерење притиска у углу

Примена

Овај тип бленде се нарочито препоручује за мернестазе малог пречника (D < 50 mm), да би сезадовољио захтев у погледу храпавости цеви. Двосмерни токови се такође могу мерити овим типомбленде (при истим захтевима као и за претходнумерну бленду).


Унутрашњи пречник цевовода: 50 ≤ D ≤ 1000 mmПречник бленде: 12,5 ≤ d ≤ 800 mmОднос пречника: β = d / D 0,23 ≤ β ≤ 0,80Рејнолдсов број:

5000 ≤ ReD ≤ 108 за 0,23 ≤ β ≤ 0,4510000 ≤ ReD ≤ 108 за 0,45 < β ≤ 0,7720000 ≤ ReD ≤ 108 за 0,77 < β ≤ 0,80

- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥ 0,75- Горња граница релативне храпавости k / D (надужини од 10 D узводно од мерне бленде) мораодговарати вредностима у следећој табели:

- Ако је k / D < 3,8 · 10-4 нема ограничења за β

- Ако се захтев у погледу храпавости не можепоштовати, може се увести корекциони фактор захрапавост, мада у том случају инсталација није ускладу са стандардом.

3,94,04,24,95,67,18,31012,918,125104 k/d

0,750,700,600,500,450,400,380,360,340,32≤0,3β


прикључцима за мерење притисака на D и D/2



- Одстојање узводног мерног прикључка је једнакопречнику D мерено од узводне површине мернебленде, а низводни прикључак је на 0,5 D такођемерено од узводне површине.

Положај прикључка на D и D/2

Примена

Овај тип бленде се не препоручује за општуупотребу. Треба га употребити само у случају када јепотребно бленду поставити између постојећихприрубница на којима не постоје прикључци замерење ∆p. Двосмерни токови се такође могу меритиовим типом бленде (при истим захтевима као и запретходне две мерне бленде).


Унутрашњи пречник цевовода:- клизне прирубнице (DN 200)min ≤ D ≤ 760 mm- прирубнице са грлом (DN 400)min ≤ D ≤ 760 mm

Пречник бленде: 12,5 ≤ d ≤ 570 mmОднос пречника: β = d / D 0,2 ≤ β ≤ 0,75Рејнолдсов број: 1260 β2D ≤ ReD ≤ 108

- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥ 0,75- Горња граница релативне храпавости k / D (на дужини

од 10 D узводно од мерне бленде) мора одговаративредностима у следећој табели:

- Ако је k / D < 10 · 10-4 нема ограничења за β

101010101010101012,918,125104 k/d

0,750,700,600,500,450,400,380,360,340,32≤0,3β


прикључцима за мерење притисака на 2,5 D и 8 D



- Одстојање узводног мерног прикључка је на 2,5 D од узводне површине мерне бленде, а низводниприкључак је на 8 D мерено од низводне површине.

Положај прикључка на 2,5 D и 8 D

Примена

Овај тип бленде се не препоручује за општуупотребу. Може се употребити тамо где се захтевапостављање бленде између постојећих прирубница, али и у том случају треба пре употребити ,,D и D/2’’бленду, нарочито ако због типа флуида требаубезбедити веће отворе прикључака за мерење ∆p(до 25 mm, ако је потребно). Како је узводниприкључак постављен на месту где је утицај укупногпритиска занемарљив, а низводни прикључак наместу где је повећање статичког притиска уследширења млаза завршено, то измерени пад притискана бленди представља трајни губитак притиска.


Унутрашњи пречник цевовода: 50 ≤ D ≤ 300 mmОднос пречника: β = d / D 0,20 ≤ β ≤ 0,70

- Горња граница за Рејнолдсов број вероватно непостоји, али ASME препоручује ReD max = 107.

- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥0,75

5002002001005050500,70

2001001001004025200,60

1007575503021140,50

847056422821140,40

847056422821140,30

847056422821140,20

3002502001501007550β

Доња граница за Рејнолдсов број ReD = (вредност у табели x 1000)Номинални пречник цевовода

Мерне бленде за струјања са малим

Рејнолдсовим бројем

Мерна бленда са улазном ивицом четврт круга


Део бленде унутар цевовода мора бити кружногоблика и концентричан са осом цевовода. Површинеморају бити равне и паралелне. Узводна ивицаотвора бленде има облик четвртине круга, чијирадијус r би требало да буде 0,101d ≤ r ≤ 0,208d, алине мањи од 3,175 mm. Дебљина бленде не битребало да буде мања од 2,54 mm и не већа од 0,1D.

Примена

Овај тип бленде се препоручује за струјања самалим Рејнолдсовим бројем.

Бленда са улазном ивицом четврт круга за ANSI

прирубнице


Унутрашњи пречник цевовода: 25 ≤ D ≤ 750 mmПречник бленде: 15 ≤ dОднос пречника: β = d / D 0,245 ≤ β ≤ 0,60Рејнолдсов број: ReDmin ≤ ReD ≤ 105 β

ReDmin = 1000β + 9,4 · 106 (β – 0,24)8

- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥ 0,75- Горња граница релативне храпавости није

посебно специфицирана, али је одрерђен минималнипречник цевовода у зависности од квалитета цеви.

- Зависност односа радијуса и пречника бленде одβ изражена је следећом формулом:

r/d = (0,0757141 β – 0,06253143) / (β – 0,6828572)

Мерна бленда са конусним улазом


Отвор бленде на узводној страни је конусан сауглом од 45º ± 1º према оси бленде.

Примена

Овај тип бленде се препоручује за струјања саврло малим Рејнолдсовим бројем.


Унутрашњи пречник цевовода: 25 mm ≤ D ≤ DmaxDmax – вероватно неограничен

Пречник бленде: 6 mm ≤ dОднос пречника: β = d / D 0,1 ≤ β ≤ 0,316Рејнолдсов број: 250β ≤ ReD ≤ 2·105 β

- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥ 0,75

Мерне бленде за флуиде који садрже чврсте

честице, капљице кондензата или гасне

мехурове

Сегментна мерна бленда


Мерна бленда има облик сегмента круга чији јепречник приближно једнак унутрашњем пречникуцевовода.

Примена

Овај тип бленде омогућава пролазак и чврстихчестица које се налазе у флуиду и на тај начин сеспречава њихово гомилање испред бленде. Обликбленде омпгућава израду бленде са променљивимотвором (сличан принцип као код вентила-засуна).

Сегментна мерна бленда са прикључцима на

прирубницама


- β: 0,3 ≤ β ≤ 0,80где је β = √m m = (површина отвора бленде/површина пресека

цевовода)

- Рејнолдсов број: 80D < ReD за 125 ≤ D ≤ 350 mm10000 < ReD за 100 ≤ D ≤ 125 mm

- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥ 0,75

Ексцентрична мерна бленда


Отвор бленде је ексцентрично избушен, а уграђујесе тако да додирује унутрашњи зид цевовода.

Примена

Ако је доња ивица отвора бленде поравната садоњом ивицом цеви за струјање гасова, односногорња ивица бленде са горњом ивицом цеви заструјање течности, спречиће се појава нагомилавањакондензата или скупљања гасова испред мернебленде.

Мерна бленда са ексцентричним отвором са прикључцима

на прирубницама


Унутрашњи пречник цевовода: 100 ≤ D ≤ 350Однос пречника: β = d / D 0,30 ≤ β ≤ 0,80Рејнолдсов број: 80D ≤ ReD ≤ 106

ReDmin = 10000

- За компресибилне флуиде треба да је ∆p / p1 ≤ 0,30

Вентуријева цев

Класична Вентуријева цев


Класична Вентуријева цев састоји се од улазног цилиндраповезаног са конвергентним конусним делом, цилиндричноггрла и дивергентног конусног дела. Унутрашња површинауређаја је ротациона површина и концентрична је са осомВентуријеве цеви. Конвергентни део и цилиндрично грломорају бити коаксијални, што се проверава визуелно. Скраћена класична Вентуријева цев је цев код које јеизлазни пречник дивергентног дела мањи од пречника D.Дивергентни део се може скратити за око 35% дужине, безвеће промене губитка притиска на уређају.

Примена

Примењује се кад се захтева мали трајни губитак притискаи кад у флуиду има чврстих честица.

Вентуријева цев


- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥ 0,75- Релативна храпавост треба да буде k/D ≤ 10-3 на

дужини од 2D узводно од Вентуријеве цеви.- Границе употребе класичне Вентуријеве цеви

одређује начин њене израде:

- Ограничења за ширу употребу Вентуријевих цевису скупа израда и уградња, као и велика дужина.

Рејнолдсов бројβПречник

цевовода

Начин израде конвергентног

дела

2·105≤ ReD ≤ 2·1060,30 ≤ β ≤ 0,70200 ≤ D ≤ 1200Заварена лимена конструкција

2·105≤ ReD ≤ 2·1060,40 ≤ β ≤ 0,7550 ≤ D ≤ 250Машински обрађен

2·105≤ ReD ≤ 2·1060,30 ≤ β ≤ 0,75100 ≤ D ≤ 800Ливењем

Вентуријева млазница


Вентуријева млазница састоји се од конвергентногдела са заобљеном контуром, цилиндричног дела идивергентног дела.

Примена

Мали трајни пад притиска и мала дужина главнесу јој одлике. Профил Вентуријеве млазнице нијетако осетљив на абразивне флуиде.


Унутрашњи пречник цевовода: 65 ≤ D ≤ 500 mmПречник грла: 50 ≤ dОднос пречника: β = d / D 0,316 ≤ β ≤ 0,775Рејнолдсов број: 1,5·105 ≤ ReD ≤ 2·106

- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥ 0,75- Горња граница релативне храпавости k/D (на дужини од10D узводно од мерне бленде) мора одговаративредностима у следећој табели:

- Ограничење за ширу употребу Вентуријеве млазнице јескупа израда.

3,94,04,55,66,16,77,58,710,613,518,625104 k/d

0,7750,700,600,500,480,460,440,420,400,380,36≤0,35β

Вентуријева млазница

Правоугаона Вентуријева цев


Уопштено говорећи, конструкција правоугаонеВентуријеве цеви може се описати на исти начин каои класична Вентуријева цев, изузев што попречнипресек ове цеви има облик правоугаоника. У праксисе препоручује употреба правоугаоне Вентуријевецеви приказане на првој слици.

Примена

Користи се за средње тачна мерења у правоуглимцевоводима, где је уградња других мерача немогућаили непрактична.

Правоугаона Вентуријева цев


Еквивалентни пречник улаза: D ≤ 1200 mmОднос дужина граница на улазу:

препорука: 0,67 ≤ W/H ≤ 1,5граница: 0,50 ≤ W/H ≤ 2,0идеално: W/H = 1,0

Однос дужина страница грла:препорука: 0,67 ≤ w/h ≤ 1,5граница: 0,50 ≤ w/h ≤ 2,0идеално: w/h = 1,0

Еквивалентно β: 0,44 ≤ β ≤ 0,775

Диференцијални притисак: ∆p ≤ 0,25 bar

За компресибилне флуиде: p2 / p1 ≥ 0,75Рејнолдсов број на улазу: 2·105 ≤ ReD ≤ 2·107

Релативна храпавост: k / D ≤ 5·10-3

Ако се Вентуријева цев сужава у обе равни онда је:w/h=W/H

Еквивалентан пречник на улазу: D=1,13(WH)0,5

Еквивалентан однос пречника: β=(wh/WH)0,5

Млазнице

Млазница ISA 1932


Део млазнице унутар цевовода је кружног облика. Млазница се састоји од конвергентног делазаобљеног профила и цилиндричног грла.

Примена

Користи се тамо где је Вентуријева цев предугачкаи где ерозија или кавитација онемогућавају употребубленде.

Млазница ISA 1932


Унутрашњи пречник цевовода: 50 ≤ D ≤ 500 mmОднос пречника: β = d / D 0,30 ≤ β ≤ 0,80Рејнолдсов број:

70000 ≤ ReD ≤ 107 за 0,30 ≤ β ≤ 0,4420000 ≤ ReD ≤ 107 за 0,44 ≤ β ≤ 0,80

- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥ 0,75- Горња граница релативне храпавости k/D (на дужини од10D узводно од мерне бленде) мора одговаративредностима у следећој табели:

- Ако је k / D ≤ 3,8·10-4 нема ограничења за β.

3,93,94,04,55,66,16,77,58,710,613,518,625104 k/d

0,800,770,700,600,500,480,460,440,420,400,380,36≤0,35β

Млазница са елиптичним профилом


Постоје два типа млазница са елиптичним профиломкоје се називају:- Млазница са великим односом пречника (0,25 ≤ β ≤0,80)- Млазница са малим односом пречника (0,20 ≤ β ≤ 0,50)

Оба типа млазница састоје се од конвергентногулазног дела, чији је облик четвртина елипсе, ицилиндричног грла. Део млазнице који се налази уцевоводу мора бити кружног облика.

Примена

Користи се тамо где је Вентуријева цев предугачка игде ерозија или кавитација онемогућавају употребубленде.

Млазница са елиптичним профилом


Унутрашњи пречник цевовода: 50 ≤ D ≤ 630 mmОднос пречника: β = d / D

за мали однос пречника: 0,20 ≤ β ≤ 0,50за велики однос пречника: 0,25 ≤ β ≤ 0,80

Рејнолдсов број: 104≤ ReD ≤ 107

- За компресибилне флуиде треба да је p2 / p1 ≥ 0,75- Горња граница релативне храпавости k/D (на дужини од10D узводно од млазнице) мора одговарати вредностима уследећој табели:

- Ако је k / D ≤ 10·10-4 нема ограничења за β.

3,93,94,04,55,66,16,77,58,710,613,518,625104 k/d

0,800,770,700,600,500,480,460,440,420,400,380,36≤0,35β

Мерачи брзине флуида

Мерно колено


Мерње се заснива на центрифугалној сили којанастаје када флуид улазећи у колено нења смерпротицања и тиме ствара разлику притиска насупротним странама колена.

Примена

Мерно колено је једноставан и јефтин уређај, и уисто време није никаква сметња протоку, јер сеприкључци за мерење притиска постављају напостојеће колено процесног цевовода.


- Унутрашњи пречник цевовода: 1,25 ≤ R/D, где јеR радијус колена.

- Рејнолдсов број: 10000 ≤ ReD

Мерно колено

Питоова цев


Питоова цев је напред отворена и положенапаралелно са струјницом за коју се одређује укупнипритисак. Разлика притиска у Питоовој цеви истатичког притиска у линији користи се заодређивање протока флуида.

Примена

Користи се за велике пречнике цевовода због својеједноставности и лаке уградње. Постојекомерцијална решења Питоове цеви које је могућеуградити док је цевовод под притиском.


- Унутрашњи пречник цевовода: 100 ≤ D- Прљави флуиди често зачепљавају отворе

Питоове цеви

- Код неких Питоових цеви могућа је појававибрација

- Мала разлика притисака захтева веома прецизнепретвараче ∆p.

Питоове цеви

Мерне решетке: а) правоугаона; б) кружна

Посебне врсте бленди

Мерне стазе


Мерна стаза је посебно припремљен и машинскиобрађен део цевовода за монтажу мерне бленде којиобично на својим крајевима има прирубнице зауградњу. Препоручују се две верзије:

- Мерна стаза за номиналне пречнике цевовода DN 15до DN 40,

- Мерна стаза за номиналне пречнике цевовода DN 50до DN 300.

Примена

(а) Мерна стаза за DN 15 до DN 40Користи се за мерење малих протока где

температура флуида онемогућава употребу,,интегралних мерних бленди’’, или тамо где јетачност интегралних бленди недовољна. Претходнаизрада такође обезбеђује коректно димензионисањеправог дела цевовода испред и иза бленде као ииспуњавање захтева у погледу храпавостиунутрашње површине цевовода.

(б) Мерна стаза за DN 50 до DN 300Користи се ради испуњења захтева у погледу

кружности и унутрашње храпавости цевовода, као иза минимизирање утицаја заваривања.


- При употреби мерних стаза на цевоводимамањим од 25 mm, може се очекивати већа грешкамерења, па се зато не препоручује. Ако се ипак моракористити мањи пречник од 25 mm, препоручује секалибрација мерне стазе.

- Ограничења за β и ReD зависе од типа мернебленде.

Интегралне мерне бленде


Мерна бленда је саставни део мерног претварача.Примена

За мерење врло малих протока у линијама малихпречника (D < 15 mm).


- Пречник бленде: d > 1mm- Рејнолдсов број: ReD ≥ 600d- Калибрација комплетног уређаја је веома битна, чак и

после демонтаже уређаја ради чишћења.- Због малог отвора бленде врло је битно да флуид

буде чист.- Максимални радни статички притисак и температура

зависе од конструкције мерног претварача (трансмитера).

Пригушне бленде

Иако пригушне бленде нису уређаји за мерењепротока, укључене су у овај преглед због сличностипрорачуна.


Препоручује се употреба бленде са правоугломулазном ивицом. Димензије пригушне бленде треба даодговарају прирубницама између којих се она уграђује.

Примена

Пригушне бленда је једноставан уређај за прављењепада притиска или ограничавање протока.


- Минимални пречник цевовода је 15 mm, докмаксимални није ограничен. За компресибилне флуидетреба да је p2 / p1 ≥ 0,75.

- Препоручена доња граница за β је 0,1.

Мерење протока природног гаса

- У остала мерила су сврстана ултразвучна мерила, вртложна мерила, мерила на принципу кориолисовогубрзања, и др.

4 %Остала мерила

2 %Мерила са меховима

6 %Мерила са ротационимклиповима

28 %Турбинска мерила

60 %Мерна бленда

Процентуална заступљеностВрста мерила

Пад притиска на мерној бленди

Предности мерне бленде:- робустан и једноставан примарни уређај без

покретних делова,- једноставна уградња,- широко распрострањено мерило које ужива

опште поверење,- може се користити за мерење протока код

гасова, течности, прегрејане паре.

Недостаци мерне бленде:- уобичајени мерни опсег 3:1,- оштећене улазне површине знатно утичу на

поузданост мерења,- осетљивост на узводне поремећаје струјања,

посебно за велике вредности β,- велики пад притиска.

Избор примарног уређаја

1) Врста флуида чији се проток мери?а) Да ли је флуид гас, пара или течност?б) Да ли је флуид чист, прљав или густ?в) Да ли је флуид агресиван?

2) Који су процесни услови? Границе температуре ипритиска?

3) Који су услови за монтажу?а) Који је пречник цевовода?б) Који је радни Рејнолдсов број?в) Да ли је дужина правог цевовода испред и иза

мерача довољна?г) Да ли се може користити ламинатор?д) Да ли има великих вибрација?ђ) Да ли је проток стабилан или пулсирајући?е) Какви су амбијентни услови у погледу

температуре и влаге?ж) Каква је средина у погледу експлозивности?

4) Какве се перформансе захтевају?а) Која се тачност тражи, и у односу на које

подручје?б) Да ли се мерење користи само за регулацију и

која се брзина одзива захтева?в) У ком подручју ће најчешће бити мерење?

5) Каква је економска оправданост?а) Цена примарног уређаја, претварача и осталих

помоћних уређаја;б) Цена уградње;в) Цена енергије потребне за рад мерача, цена

губитака енергије на мерачу;г) Поузданост и цена одржавања;д) Доступност резервних делова и сервисних

уређаја;ђ) Могућност примене у будућим мерењима;е) Ризик пробе новог типа мерача.

Поједини критеријуми за избор типа

примарног уређаја

Пречник цеви, однос пречникаЗа сваки примарни уређај постоје граничне

вредности унутрашњег пречника цеви, односапречника β, и Рејнолдсовог броја.

Рејнолдсов број

Ако су изабране вредности диференцијалногпритиска и протока такве да вредност β за мернубленду прелази дозвољену границу, може сеупотребити млазница јер је код ње вредност β мањаза исте услове.

Губитак притиска

За исту разлику притиска, губици притисака су 4 до 6 пута нижи за класичне Вентуријеве цеви иВентуријеве млазнице него за мерне бленде имлазнице.

Услови за дужине правог дела цеви узводно и

низводно

Класичне Вентуријеве цеви захтевају краће праведелове цеви него мерне бленде, млазнице иВентуријеве млазнице.

Укупне мере

Потребно растојање између прирубница запостављање примарног уређаја у цевовод је значајноза класичне Вентуријеве цеви и Вентуријевемлазнице.

Врста флуида

Код абразивних или корозивних флуида, факторимерних бленди могу се континуално мењати у токуексплоатације због заобљавања оштрих ивица. Површинске наслаге на млазницама и Вентуријевимцевима утичу непосредно на факторе протока, али јепромена фактора током времена мање изражена.

Поузданост

Непоузданости фактора протока дефинишу се засваки примарни уређај.

Цена израде

Мерне бленде су јефтиније и једноставније заизраду од било ког другог примарног уређаја.

Хвала на пажњи!

Merenje protoka mernim blendama, mlaznicama, Venturijevim cevima

Documents

Transcript of Merenje protoka mernim blendama, mlaznicama, Venturijevim cevima