Inngangur
Í iðnaðarlandslagi samtímans er nákvæm mæling á vökva, hvort sem það eru lofttegundir, vökvar eða flóknar slurry, grundvallarforsenda þess að árangur náist í rekstri. Frá risastórum jarðolíuhreinsunarstöðvum og skólphreinsistöðvum sveitarfélaga til viðkvæmra lyfjarannsóknastofa og sjálfvirkra matvælavinnslustöðva, hæfileikinn til að mæla flutning vökva nákvæmlega hefur bein áhrif á vörugæði, vinnsluöryggi, fylgni við reglur og arðsemi.- Hins vegar er sjaldan einfalt verkefni að ná þessu nákvæmni. Vökvar sýna ótrúlega fjölbreytt litróf líkamlegrar hegðunar, fara í gegnum lagnakerfi undir mjög mismunandi þrýstingi, hitastigi og hraða. Vegna þess að engin ein mælitækni ræður almennt við hverja líkamlega atburðarás er val á rétta flæðimælinum ein flóknasta áskorunin sem nútíma vinnsluverkfræðingar og verksmiðjustjórar standa frammi fyrir.
Rennslismælir er ekki einfalt,-frá-hillutæki sem hægt er að setja óspart upp í lagnakerfi. Frekar er þetta mjög sérhæft stykki af iðnaðartækjabúnaði sem þarf að passa vandlega við sérstakan gangverki rekstrarumhverfisins. Að velja ósamhæft tæki leiðir óhjákvæmilega til ónákvæmrar gagnarakningar, ótímabærrar vélbúnaðarbilunar, tíðrar viðhaldsstöðvunar og alvarlegs efnahagstjóns. Til að sigla um víðfeðma markaðstorg samkeppnistækni, sem felur í sér úthljóðs-, rafsegul-, coriolis-, hvirfilbúnað og mismunaþrýstibúnað, verður innkaupateymi að nota skipulagt, þverfaglegt matsfylki. Með því að greina kerfisbundið kjarnaeiginleika vökvans, sértækar rekstrarfæribreytur ferlisins, líkamlegar takmarkanir uppsetningarsvæðisins og heildar-langtíma eignarhaldskostnað geta stofnanir fundið tilvalið tækjabúnaðarlausn til að hámarka innviði þeirra næstu áratugi.
Greining vökvaeiginleika og eiginleika
Grunnskrefið í hvaða ferli sem er fyrir val á flæðimæli felur í sér að gera tæmandi úttekt á eðlis- og efnafræðilegum eiginleikum vökvans sem verið er að mæla. Vökvahegðun ræður því hvaða mælingarreglur eru vísindalega hagkvæmar og hverjar eru líkamlega ómögulegar. Grundvallasti greinarmunurinn sem verður að gera er fasi efnisins. Mæling á hreinum vökva með lítilli-seigju eins og hreinsað vatn krefst allt annarrar tæknilegrar nálgun en að mæla mjög þjappanlegt gas, mettaða gufulínu eða slípiefni sem er pakkað með sviflausnum steinefnum eða pappírstrefjum.
Seigja, sem táknar innra viðnám vökva gegn flæði, er mikilvæg breyta sem breytir aflfræði skynjara. Mjög seigfljótandi vökvar, eins og þung hráolía, fljótandi fjölliður eða melass, flæða hægt og skapa mikla skurðspennu meðfram innri veggjum pípunnar. Sum mælitækni, eins og ákveðin hverfla- eða hvirfilhönnun, virkar illa eða mistakast algjörlega þegar þau verða fyrir þykkum, þungum vökva vegna þess að seigfljótandi viðnámið dregur úr innri skynjunarhlutum. Aftur á móti skara jákvæðir tilfærslumælar eða coriolismælar fram úr í notkun með mikilli-seigju vegna þess að eðlisfræðilegar rekstrarreglur þeirra eru í eðli sínu minna næmar fyrir vökvaþykkt.
Fyrir utan seigju ákvarðar efnasamsetning vökvans efnisvísindakröfur mælisins. Ætandi efni, sterkar sýrur, ætandi hreinsilausnir og mjög saltlausnir vökvar munu fljótt brjóta niður staðlað kolefnisstál eða ryðfrítt stál íhluti. Þegar rafsegulflæðismælir er valinn fyrir efnavinnslustöð verða verkfræðingar að tryggja að innri fóðrið sé samsett úr ó-hvarfandi efnum eins og pólýtetraflúoretýleni og að skynjarskautin séu framleidd úr framandi málmblöndur eins og hastelloy, títan eða platínu. Ef ekki samræmist efnasamhæfi veldur hraðri tæringu skynjara, sem eyðileggur mælingarnákvæmni og getur leitt til hættulegra iðnaðarleka.
Ennfremur verður að sjá vandlega fyrir varmafræðilegum breytingum. Vökvar þenjast út og dragast saman til að bregðast við breyttu hitastigi og þrýstingi. Þessi hegðun er sérstaklega áberandi í gas- og gufunotkun, þar sem lítilsháttar lækkun á þrýstingi veldur gríðarlegri breytingu á raunverulegu rúmmáli. Ef ferli starfar við mjög háan hita, svo sem ofhitaðar gufulykkjur í raforkuverum, verður valinn mælir að vera líkamlega metinn til að standast varmaþenslu án þess að verða fyrir röskun á byggingu eða niðurbroti rafeindaíhluta.
Mat á flæðissniði og rekstrarfæribreytum
Þegar vökvaeiginleikar eru skýrt skilgreindir verður matið að breytast í átt að sérstökum rekstrarþáttum iðnaðarferlisins. Ein mikilvægasta ákvörðun sem verkfræðingar verða að taka á þessum áfanga er hvort umsóknin krefst rúmmáls- eða massaflæðismælis. Rúmmálstæki mæla líkamlegt rými sem vökvi tekur þegar hann fer framhjá ákveðnum punkti. Þó að rúmmálsupplýsingar séu fullkomlega fullnægjandi fyrir óþjappanlega vökva við stöðugar aðstæður, eru þau í grundvallaratriðum gölluð þegar um er að ræða lofttegundir eða gufu sem verða fyrir sveiflukenndum þrýstingi. Massaflæðismælar, eins og coriolis eða hitauppstreymi tæki, mæla raunþyngd sameindanna sem fara í gegnum kerfið, algjörlega óháð hitastigi eða þrýstingsbreytingum. Í háum-umsóknum um vörsluflutning, þar sem efnavörur eru keyptar og seldar á grundvelli þyngdar, er massaflæðismæling iðnaðarstaðallinn vegna þess að hún útilokar fjárhagslega áhættu sem tengist magnsveiflum.
Önnur lykilbreyta er rekstrarflæðissviðið, sem almennt er rætt í greininni sem niðurfellingarhlutfall. Slökkvihlutfallið táknar sambandið milli hámarks mælanlegs rennslishraða og lágmarksflæðishraða þar sem mælirinn getur haldið auglýstri nákvæmni sinni. Til dæmis, ef ferli verður fyrir miklum árstíðabundnum breytingum í eftirspurn, sem lækkar úr hámarksflæði upp á eitt þúsund lítra á mínútu niður í lágmarksflæði upp á tíu lítra á mínútu, krefst forritið tæki sem er að minnsta kosti hundrað til einn. Tækni eins og mismunadrifsmælar hafa oft takmarkað niðurfallshlutfall, sem getur valdið því að þeir verða algjörlega blindir fyrir lághraðaflæði, en nútímalegir stafrænir úthljóðs- eða coriolismælar bjóða upp á gríðarlega niðursveiflu sem fangar eftirspurnar miklar sveiflur með algjörri nákvæmni.
Verkfræðingar verða einnig að reikna út væntanlega Reynolds númer forritsins til að skilja flæðiskerfi vökvans. Reynolds talan er víddarlaust stærðfræðilegt gildi sem ákvarðar hvort vökvi hreyfist á sléttan, samhliða hátt þekktur sem lagskipt flæði, eða á óskipulegan, blöndunar hátt sem kallast ókyrrð flæði. Ákveðnir flæðimælar, eins og búnaður til að losa sig við hringiðu, treysta beinlínis á stöðugt, ókyrrt flæðissnið til að mynda smásæju vökvahringjur sem innri skynjarar skynja. Ef hraðinn lækkar of lágt og vökvinn fer aftur í lagskiptingu, mun hringhraðamælir hætta að virka algjörlega, sem gerir aðra tækni nauðsynlega.
Mat á líkamlegri uppsetningu og umhverfisþvingunum
Mikill bilunarpunktur í iðnaðarverkefnum á sér stað þegar tæknilega betri rennslismælir er keyptur, aðeins til að standa sig illa vegna þess að hann var kreistur inn í líkamlegt lagnaskipulag sem brýtur í bága við uppsetningarkröfur hans. Flestir flæðimælar þurfa stöðugt, samhverft hraðasnið til að ná nákvæmni. Þegar vökvi fer í gegnum leiðsluíhluti eins og níutíu-gráða olnboga, T-mót, stjórnventla eða miðflóttadælur, verður vökvasúlan verulega brengluð, myndar þyrlur, ósamhverfar hraðatoppar og staðbundin ókyrrð.
Til að vinna gegn þessari röskun, krefjast flest flæðimælatækni tiltekinnar lengdar af beinni, hindrunarlausri pípu strax fyrir og neðan við uppsetningarstað skynjarans. Þessi krafa er venjulega gefin upp í margfeldi af nafnþvermál pípunnar. Til dæmis getur venjulegur hvirfil- eða mismunaþrýstingsmælir krafist beina hlaups með tuttugu pípuþvermál uppstreymis og fimm þvermál niðurstreymis til að leyfa flæðissniðinu að ná eðlilegu jafnvægi áður en það fer inn á mælisvæðið. Ef aðstaða er með þröngar staðbundnar takmarkanir með þröngum leiðslum, er ekki hægt að veita þessa lengd af beinni pípu. Í slíkum tilfellum verða verkfræðingar að horfa til tækni eins og coriolis-mæla, sem eru í grundvallaratriðum ónæm fyrir röskun á flæðisniði og þurfa engar beinar umbúðir, eða þeir verða að fjárfesta í líkamlegum flæðisnæringum sem vélrænt útrýma hvirfli áður en það nær skynjaranum.
Stefna pípunnar, hvort sem hún liggur lóðrétt eða lárétt, takmarkar einnig val á búnaði. Ef vökvi inniheldur sviflausn, ætti helst að leiða hann í gegnum lóðrétta línu sem flæðir upp til að tryggja að þyngdarafl valdi ekki að agnirnar setjist neðst á mælihlutanum, sem myndi skekkja álestur eða skemma íhluti. Að auki er ekki hægt að líta framhjá umhverfinu sem umlykur ytra byrði pípunnar. Ef setja á mæli á olíupallur undan ströndum, afsöltunaraðstöðu við strandlengju eða neðanjarðargryfju sem er viðkvæm fyrir árstíðabundnum flóðum, verður ytra húsið að hafa háþróaða innstreymisvörn og salt-tæringarþol. Ennfremur, ef vökvinn er sprengifimur eða eldfimur, eins og vetnisgas eða jarðgas, verður allt rafmagns girðing mælisins að vera með ströng hættusvæðisvottorð til að tryggja að innri rafmagnsbilun geti ekki valdið skelfilegri iðnaðarsprengingu.
Fjárhagsgreining og heildarkostnaður við eignarhald
Endanlegt val á flæðimæli er ekki aðeins knúið áfram af vísindalegri samhæfni heldur einnig af ströngum efnahagslegum veruleika. Þegar fjárhagsleg áhrif uppfærslu tækjabúnaðar eru metin verða innkaupateymi að horfa framhjá stofnfjárútgjöldum og reikna út heildarkostnað við eignarhald yfir allan líftíma eignarinnar, sem nær oft yfir tíu til tuttugu ár. Lág-kostnaðarmælir sem krefst stöðugs viðhalds og kvörðunar getur auðveldlega orðið mun dýrari með tímanum en hágæða,-nákvæmni tæki með háum upphafsverðmiða.
Stofnfjárkostnaðurinn felur í sér hrákaupsverðið á mælinum, rafeindabúnaði sendisins og nauðsynlegum uppsetningarflansum eða samskiptaeiningum. Hins vegar getur uppsetningarkostnaður stundum verið jafn eða meiri en kostnaður við vélbúnaðinn sjálfan. Ef hönnun mælis krefst þess að skera í núverandi þunga-málsrör, soða burðarvirki eða keyra miklar lengdir af hlífðar rafrásum í gegnum aðstöðu, hækkar vinnu- og efniskostnaður hratt. Að auki verður að taka inn í jöfnuna efnahagslegan kostnað við niður í niður í vinnslu meðan á uppsetningarglugganum stendur. Fyrir aðstöðu sem starfar stöðugt getur það verið mjög hagkvæmt fjárhagslega að nota ekki-uppáþrengjandi klemmu-á hljóðhljóðmælum vegna þess að þessi tæki festast beint á ytra byrði pípunnar án þess að þurfa einn einasta skurð, og útilokar uppsetningar-tengdar stöðvunarferli algjörlega.
Langtíma-rekstrarkostnaður er undir miklum áhrifum af tilvist eða fjarveru hreyfanlegra hluta innan mælisins. Vélrænir mælar, eins og hönnun túrbínu eða jákvæðrar tilfærslu, þjást af óumflýjanlegu líkamlegu sliti þegar þeir hafa samskipti við vökvasúluna. Með tímanum rýrar núning innri legur, sem veldur því að mælirinn fer úr kvörðun og þarfnast líkamlegrar fjarlægðar, endurbóta og endurkvörðunar á rannsóknarstofu. Þessu áframhaldandi viðhaldskostnaði er útrýmt með því að skipta yfir í fast-stafræna mæla, eins og rafsegul- eða úthljóðstæki, sem innihalda enga hreyfanlega hluta og geta starfað í áratugi með lágmarks viðhaldi.
Að lokum verða verkfræðingar að meta orkukostnaðinn sem tengist varanlegum þrýstingsfalli. Þegar rennslismælir setur takmörkun inn í vökvaleiðina, svo sem opplötu eða venturi rör, skapar það varanlega lækkun á vökvaþrýstingi. Til að vinna bug á þessari takmörkun og viðhalda æskilegum vinnsluhraða verða dælur eða þjöppur stöðvarinnar að vinna meira og eyða umtalsvert meira rafmagni á einu ári. Að velja fulla-, ó{4}}takmarkandi mælihönnun eins og rafsegul- eða úthljóðstæki lágmarkar varanlegt þrýstingsfall og skilar miklum orkusparnaði yfir líftíma uppsetningar.
Niðurstaða
Að velja réttan flæðimæli fyrir iðnaðarnotkun er mjög blæbrigðarík verkfræðiáskorun sem krefst djúprar viðurkenningar á vökvavirkni, efnafræði, efnisvísindum og fjárhagsbókhaldi. Það er engin einstök töfratækni sem getur náð góðum árangri í hverju vökvamælingarverkefni; tæki sem virkar af gallalausri nákvæmni í hreinni lyfjavatnslykkju mun bila skelfilega ef það er sett upp á slípiefnisnámu eða háþrýsti jarðgasleiðslu. Árangur í vökvastjórnun næst aðeins þegar sérstakar, einstöku kröfur umsóknarinnar eru vandlega kortlagðar á móti kjarna rekstrarstyrk tiltekinnar mælitækni.
Með því að vinna kerfisbundið í gegnum öflugan- ákvarðanatökuramma geta verkefnateymi eytt getgátum úr innkaupaferlinu. Greining vökvaeiginleika tryggir að mælirinn geti líkamlega lifað af og haft rétt samskipti við miðilinn. Mat á rekstrarflæðishraða og Reynolds-tölum tryggir að tækið haldist mjög nákvæmt í öllu verksmiðjunni. Mat á rýmisskipulagi og rúmfræði lagna kemur í veg fyrir kostnaðarsamar uppsetningarvillur og gagnabrenglun á sviði. Að lokum, að framkvæma ítarlegan útreikning á heildarkostnaði vegna eignarhalds verndar aðstöðuna fyrir falnum-langtíma viðhalds- og orkukostnaði. Að lokum, að fjárfesta tíma og vitsmunalega fyrirhöfn sem þarf til að velja hinn fullkomna flæðimæli breytir vökvamælingum úr einfaldri tæknilegri nauðsyn í stefnumótandi eign sem eykur iðnaðaröryggi, tryggir vörusamkvæmni og hámarkar arðsemi fyrirtækja um ókomin ár.