Flare Gas Flow Mätning: Teknik, urval, noggrannhet och verifiering

Detta driftsområde är huvudskälet till att en flaregasflödesmätare bör väljas från processdata snarare än från en föredragen mätteknik. Ett instrument som fungerar bra vid normalt flöde kan förlora användbar upplösning i den nedre delen, överskrida sitt validerade intervall under en störning eller bli känsligt för förändringar i gasegenskaper.

Den här guiden jämför ultraljuds-, termisk massa- och differentialtrycksmätning- och förklarar sedan processförhållandena, osäkerhetskällor, installationskontroller och verifieringssteg som är viktiga innan en mätare specificeras.

Vad behöver mätning av flare gasflöde för att åstadkomma?

Ett fakkelsystem ger en kontrollerad väg för gaser som släpps ut under normal avluftning, start, avstängning, underhåll, processstörningar och avlastningshändelser. Att mäta gasen som kommer in i det systemet kan stödja processövervakning, förlustidentifiering, bedömning av fakkelprestanda, utsläppsberäkningar och regulatorisk rapportering.

Mätmålet bör definieras innan mätaren väljs. En anläggning som endast behöver en driftsindikation på onormal avluftning har inte nödvändigtvis samma krav som ett raffinaderi som använder fakkelflöde i en reglerad beräkning.

Till exempel nuvarande amerikanska krav i40 CFR 63.670inkludera kontinuerliga flare vent-krav för övervakning av gasflödet för berörda applikationer och kräver att vissa flödessystem tar hänsyn till temperatur och tryck när flödet rapporteras vid standardförhållanden. Reglerna varierar beroende på anläggning och jurisdiktion, så tillämpligt tillstånd och regelverk bör kontrolleras separat från val av mätare.

Varför Flare Gas är svårt att mäta

En enda rubrik kan se mycket olika flödesförhållanden

Det användbara mätområdet måste täcka mer än den normala arbetspunkten. En flare kan tillbringa långa perioder nära minimalt flöde och sedan uppleva en snabb ökning under en lättnadshändelse. SICK beskriver fakkelmätning som en särskilt krävande tillämpning eftersom både hastighet och gassammansättning kan ändras snabbt, med mycket låga normala flöden och mycket högre avstängningsflöden möjliga i samma installation.

För specifikationsändamål, samla in minimalt, normalt och maximalt flöde. Om möjligt, beräkna även motsvarande gashastigheter. En flödeshastighet som låter stor kan fortfarande producera blygsam hastighet i ett stort samlingsrör, medan en mindre linje snabbt kan nå en meters övre hastighetsgräns.

Gassammansättningen kanske inte förblir konstant

En gemensam flare header kan ta emot strömmar från flera enheter. Väte-rik gas, kolväten, koldioxid, kväve, ånga eller andra komponenter kan komma in i olika proportioner när driftsförhållandena ändras.

Sammansättningen har betydelse eftersom varje mätprincip reagerar på gasens egenskaper olika. Det kan påverka densitetsberäkningar, termiska egenskaper, molekylvikt, akustisk hastighet och omvandlingen mellan massa och standardvolymflöde.

Lågt tryck kan skapa en mätbegränsning

Låg-flamgas förtjänar särskild uppmärksamhet när ultraljudstekniken utvärderas. I ett klämsystem- måste den akustiska signalen passera genom rörväggen och in i gasen. Den stora akustiska-impedansskillnaden mellan stål och gas med låg-densitet kan göra signalöverföringen svår. Siemens diskuterar denna begränsning specifikt förlåg-faxgas i stålrör.

Detta betyder inte att ultraljudsmätning är olämplig för lågtrycksljud. Det innebär att mätarkonstruktion, sensorarrangemang, rörmaterial, tryck och signalmarginal måste utvärderas tillsammans. En generiskultraljudsflödesmätarespecifikationen ska aldrig antas representera varje flarekonfiguration.

Våt gas och avlagringar kan påverka sensorerna

Fackelgas är inte alltid torr. Kondensat, droppar, fasta ämnen eller avlagringar kan nå mätplatsen. Deras effekt beror på instrumentet: avlagringar kan förändra en termisk sensors värmeöverföring, tryckportar kan pluggas och föroreningar eller vätska kan påverka ultraljudssignalens kvalitet.

Processgranskningen bör därför inkludera knockout-trumprestanda, förväntad kondensering, vätskeöverföring och eventuell historik av avlagringar på den föreslagna mätarplatsen.

Tre huvudsakliga flare gasflödesmätningstekniker

Ultraljudsflödesmätning

Transittid-ultraljudsmätare bestämmer gashastighet från skillnaden mellan ultraljudstransittider med och mot flödesriktningen. För en mer detaljerad förklaring av mätfysiken, se dettaultraljudsflödesmätare arbetsprincip guide.

Ultraljudsteknik är allmänt övervägd för flare headers eftersom den kan mäta utan att skapa en betydande permanent tryckförlust och kan konstrueras för ett brett driftsområde. För ändamålet-inbyggda flare-instrument kan också ge snabb--ljud- och signaldiagnostik som hjälper till att skilja en processförändring från ett instrumentproblem.

Den viktiga begränsningen är att "ultraljud" beskriver en mätprincip, inte en garanterad driftomslutning. Sensordesign, antal akustiska vägar, gastryck, rörgeometri, buller, sammansättning och maximal hastighet påverkar alla prestandan. SICKs flare-specifika dokumentation behandlar till exempel snabba hastighets- och sammansättningsförändringar som designvillkor snarare än att anta att ett standard ultraljudsarrangemang kommer att hantera dem automatiskt.

Termisk massflödesmätning

A termisk massflödesmätarebestämmer gasmassflödet från värme-överföringssvaret runt en uppvärmd sensor. En användbar introduktion finns i denna förklaring avhur termisk-spridningsmätning fungerar.

Termisk mätning kan vara attraktiv när låg-flödeskänslighet och direkt mass-flödesutgång är användbara. Det undviker också behovet av att härleda massflöde enbart från en volymetrisk avläsning plus separat densitetsberäkning.

Den huvudsakliga tekniska frågan för flareservice är gassammansättningen. Olika gaser överför värme på olika sätt, så en mätare som är kalibrerad eller konfigurerad för en blandning kan reagera annorlunda när den blandningen ändras avsevärt. Det är därför som leverantörer av termiska-mätare begär sammansättningsdata och varför vissa moderna system inkluderar sätt att uppdatera gas-blandningsegenskaper. Den underliggande frågan förklaras ytterligare i den här artikeln omtermisk massmätning av gasblandningar.

Termisk teknik bör därför inte förkastas enbart för att flammens sammansättning kan variera. Bestäm istället hur mycket den varierar, hur ofta den ändras och om den föreslagna mätaren har en dokumenterad metod för att hantera den variationen.

Differenstryck och Pitot-baserade system

Differential-tryckmätning härleder flödet från tryckskillnaden som produceras av den rörliga gasen över eller runt ett primärt element eller en sond. Själva sändaren kan vara en konventionelltryck- eller differentialtrycks-instrument, medan hela systemet inkluderar den primära enheten, tryckanslutningar, gas-egenskapsingångar och flödesberäkning.

DP-tekniken är bekant och kan vara praktisk i lämpliga applikationer, men mycket lågt flareflöde är utmanande eftersom det tillgängliga differenstrycket faller när hastigheten minskar. I den motsatta änden måste sondens och sändarens räckvidd klara det maximala trovärdiga tillståndet. För en djupare diskussion av själva mättermen, se denna översikt avdifferentiell-tryckgas-noggrannhet.

DP-system kräver också uppmärksamhet på impulsledningar, tryckportar, kondensat, igensättning och densitetskompensation. En enkel sändarnoggrannhetssiffra är därför inte detsamma som totalflödes-mätosäkerhet.

Hur teknologierna jämförs

Denna tabell är ett screeningverktyg. Det slutliga valet bör använda tillverkarens validerade driftsenvelopp för de faktiska gas-, tryck-, temperatur-, rör- och hastighetsförhållandena.

Faktisk volym, standardvolym eller massflöde?

Ett specifikationsfel är att be om "flöde" utan att definiera dess grund.

Faktiskt volymetriskt flödebeskriver volymen som passerar genom röret vid arbetstryck och temperatur.Standard volymflödeuttrycker den gasvolymen vid definierade referensförhållanden.Massflöderepresenterar den massa som passerar genom systemet per tidsenhet.

Dessa värden är relaterade, men de är inte utbytbara. Gasvolymen ändras med tryck och temperatur, vilket är anledningen till att en mätare kan rapportera en korrekt faktisk hastighet medan en standard-flödesberäkning är felaktig eftersom tryck, temperatur, molekylvikt eller referensförhållanden har konfigurerats felaktigt.

Denna distinktion behandlas mer i detalj i webbplatsens guide tillmassflöde kontra volymflöde. När tryckdata är en del av konverteringen, se också till att ingenjörsteamet kommer överens om absolut kontra manometertryck; skillnaden mellanPSI, PSIA och PSIGär inte en formateringsdetalj.

För berörda amerikanska raffinaderitillämpningar specificerar 40 CFR 63.670 standardvillkor för vissa övervakade volymetriska flödesberäkningar och tillåter massflöde att omvandlas med hjälp av molekylvikt som bestäms utifrån sammansättning. Det regulatoriska exemplet illustrerar varför den begärda rapporteringsgrunden bör fastställas innan instrumenteringen konfigureras.

Noggrannhet är inte detsamma som total mätosäkerhet

Ett mätardatablad kan ange ett noggrannhetsvärde, men flare-flödesosäkerhet påverkas av hela mätsystemet.

Potentiella bidragsgivare inkluderar:

• mätare kalibrering och repeterbarhet;
• drift nära den låga eller höga delen av det validerade området;
• pipe inside-diameter error;
• förvrängda eller virvlande hastighetsprofiler;
• osäkerhet i gasens-sammansättning;
• tryck- och temperaturmätning;
• standard-flödesomvandling;
• sensorkontamination eller signalförsämring;
• installationsparametrar felaktigt inmatade i sändaren.

För ultraljudssystem är skillnaden mellan instrumentnoggrannhet och applikationsnoggrannhet särskilt viktig. Ett laboratorieprestandanummer kan inte i sig förklara en olämplig akustisk väg, felaktiga rördata eller stört flöde. Sajtens diskussion omultraljudsflödesmätarens noggrannhetger användbar bakgrund, men flareapplikationen bör fortfarande granskas mot den specifika mätardokumentationen.

Om mätningen stöder rapportering eller ett kontraktskrav, definiera den nödvändiga osäkerheten och verifieringsmetoden före köp. Annars kan projektet upptäcka efter installationen att det valda instrumentet är tekniskt funktionellt men inte uppfyller mätmålet.

Hur man väljer en flare gasflödesmätare

1. Upprätta hela driftkuvertet

Registrera minimum, normalt och maximalt flöde, tryck och temperatur. Inkludera start, avstängning, rensning, avlastning och andra trovärdiga onormala förhållanden snarare än att förlita sig på en enda designpunkt.

2. Beskriv gassammansättning och variabilitet

Tillhandahåll representativa sammansättningar för de viktiga operationsfallen. Om flera processenheter matar en samlingsrör kan en enda "typisk gas"-analys dölja det tillstånd som är svårast för mätaren.

3. Bekräfta den nödvändiga flödesbasen

Ange om den erforderliga effekten är verklig volym, standardvolym, massflöde, hastighet eller mer än en av dessa. Definiera standardreferensvillkor explicit.

4. Dokumentera röret och föreslagen mätarplats

Registrera rörets ytterdiameter, väggtjocklek eller schema, material, foder om det finns, orientering och tillgänglig åtkomst. Identifiera närliggande armbågar, T-stycken, ventiler, reducerare, samlingsrör och andra störningar. Relationen mellanflödeshastighet och tryckkan också vara användbar bakgrund när man granskar processförhållanden, även om den fullständiga flareberäkningen kan kräva ytterligare information om gas-egenskap.

5. Identifiera installationsbegränsningar tidigt

Kan linjen stängas av? Går det att klippa? Är varmgängning tillåten? Är insättningsinstallation acceptabel? Kräver platsen ett godkännande för farligt-område? Dessa frågor kan eliminera annars attraktiva tekniker innan onödigt ingenjörsarbete görs. För termiska instrument, denna diskussion omtermiska massmätare i riskområdenger ytterligare sammanhang, men det faktiska godkännandet måste kontrolleras på det valda produktcertifikatet.

6. Be leverantören om applikationsspecifika-bevis

Stanna inte vid "denna teknik kan mäta flare gas." Fråga om den föreslagna konfigurationen har utvärderats för ditt lägsta tryck, maximala hastighet, gasmatris, rörstorlek, föroreningsrisk och erforderlig osäkerhet.

För utmanande ultraljudsservice, begär förväntad signalmarginal eller tillverkarens applikationsutvärdering. För termisk mätning, fråga hur kompositionsförändringar hanteras. För DP-system, verifiera tillgängligt differenstryck vid minimalt flöde och intervallet vid maximalt flöde.

Installation och verifiering: Vad bör kontrolleras?

Testning av fakkelgasflöde bör behandlas separat från kontinuerlig flödesmätning. Testning och verifiering avgör om det installerade systemet är konfigurerat och fungerar som avsett.

En praktisk idrifttagningskontroll bör innehålla:

• faktiska rördimensioner matchar transmitterkonfigurationen;
• sensorposition och orientering matchar installationsritningen;
• flödesriktningen är korrekt;
• tekniska enheter och standardreferensvillkor är dokumenterade;
• tryck- och temperaturingångar är rimliga och använder den korrekta absoluta eller mätbara basen;
• gassammansättning eller molekylviktskonfiguration-stämmer överens med det avsedda driftfallet;
• analoga, puls- och digitala utgångar är korrekt skalade;
• mätardiagnostik registreras som baslinje;
• noll eller förväntat lågt-flöde kontrolleras när processförhållandena tillåter;
• mätarens konfigurerade räckvidd täcker det specificerade driftsomslaget.

Kalibreringsdokumentation bör också granskas i stället för att behandlas som ett certifikat att arkivera. Denna översikt avkalibrering av flödesmätareger användbar bakgrund om kalibreringskonceptet.

För ultraljudsmätning, registrera diagnostiska värden vid idrifttagning. En framtida förändring av signalkvalitet eller ljudhastighet kan sedan jämföras med en känd baslinje. Enbart ett rimligt flödestal är inte tillräckligt för att visa att mätningen förblir sund.

Vanliga problem och vad du bör kontrollera först

Ultraljudssignalen blir svag

Kontrollera om tryck, sammansättning, temperatur eller rörförhållanden har ändrats innan du justerar transmitterparametrarna. Låg gasdensitet, akustiskt brus, avlagringar, sensorinriktning och drift utanför det avsedda hastighetsintervallet kan alla påverka signalkvaliteten.

Läsningen blir instabil

Jämför flödestrenden med processdata. Verkligt flareflöde kan vara instabilt. Om processen är stabil, undersök gassammansättning, vätskeöverföring, flödes-profilstörning, tryck- och temperaturinmatningar och mätardiagnostik.

Standardflödet ser fel ut men hastigheten ser rimlig ut

Kontrollera referenstemperatur och tryck, ingående absolut tryck, molekylvikt, gaskonfiguration och tekniska enheter. Detta mönster pekar ofta på omvandlingsskiktet snarare än själva hastighetsmätningen.

En termisk mätare ändras efter att gaskällan ändrats

Granska den nya sammansättningen mot gasen som används för kalibrering eller konfiguration. Termisk massamätning är naturligt kopplad till gasens värmeöverföringsegenskaper.- Sierras tekniska material påtermiska insättningsmätare och gassammansättningförklarar varför gasblandningar normalt är en del av mätarkonfigurationen.

Ett praktiskt urvalsexempel

Tänk på en hypotetisk stor raffinaderiflare-samling som normalt har ett litet reningsflöde men som kan ta emot gaser från flera enheter under en avstängning. Trycket är lågt, sammansättningen ändras avsevärt och maximal hastighet är långt över det normala drifttillståndet.

Det skulle vara för tidigt att välja en mätare från enbart normalt flöde. Den tekniska sekvensen bör vara:

• beräkna hastighet vid minimala, normala och maximala förhållanden;
• identifiera det lägsta-tryckfallet;
• definiera det förväntade området för gassammansättningar;
• kontrollera om vätskeöverföring är trovärdig;
• granska tillgänglig raksträcka och rörgeometri;
• screena varje mätares teknik mot dessa förhållanden;
• begär programspecifika-prestandabevis för de återstående alternativen.

Ultraljudsmätning kan framstå som en stark kandidat på grund av det breda intervallet och det låga tryckförlustkravet-, men en låg-tryckklämma-på konfigurationen kan misslyckas med den akustiska granskningen. En specialbyggd-ultraljudsdesign i linje eller insättning skulle kunna förbli genomförbar. En termisk mätare kan vara attraktiv vid lågt flöde men skulle behöva en försvarbar metod för att hantera förändringar i sammansättningen. En DP-lösning skulle behöva tillräckligt med differenstryck i den nedre delen utan att överskrida dess intervall under hög-flödesfallet.

Värdet av exemplet är inte att en teknik "vinner". Det visar varför val av flare-mätare är ett process-tillståndsproblem först och ett instrument-kategoriproblem sedan.

Information att förbereda innan du begär en offert

• mätmål och tillämpligt rapporteringskrav;
• minsta, normala och maximala flöde eller hastighet;
• minimalt, normalt och maximalt tryck;
• lägsta, normala och högsta temperatur;
• gassammansättning för relevanta driftfall;
• förväntade vätskor, fasta ämnen eller avlagringar;
• rörets OD, ID eller schema och material;
• rördragning och tillgänglig raksträcka;
• klassificering av farliga-områden;
• erforderlig flödesbas och referensförhållanden;
• nödvändiga utgångar och kommunikationsprotokoll;
• begränsningar för installation och avstängning;
• krav på noggrannhet, osäkerhet, kalibrering och verifiering.

Genom att tillhandahålla denna information kan en leverantör utvärdera en faktisk applikation snarare än att rekommendera en mätare från enbart rörstorlek och normalt flöde. Om du har dessa uppgifter redo kan de också skickas in viaansökningsformulärför teknisk granskning.

Vanliga frågor

Vilken är den bästa flödesmätaren för fakkelgas?

Det finns ingen universell bästa teknik. Speciella-ultraljudsmätare är ofta starka kandidater för huvudfackshuvuden med stora flödesvariationer, medan termisk massa och DP-system kan vara effektiva under lämpliga förhållanden. Beslutet bör baseras på driftområde, sammansättning, tryck, installation, föroreningsrisk och erforderlig osäkerhet.

Kan en ultraljudsflödesmätare mäta lågtrycksgas-?

Ja, i lämpliga konfigurationer, men låg-gas kan göra akustisk mätning svårare. Klämma-vid mätning genom stålrör kräver särskild granskning eftersom endast en del av ultraljudsenergin kan komma in i gasen med låg-densitet. Använd tillverkarens applikationsutvärdering snarare än ett generiskt tryckantagande.

Påverkar en ändrad gassammansättning mätningen av flamflöde?

Ja. Effekten beror på mätprincipen. Sammansättning kan ändra densitet, molekylvikt, termiska egenskaper och ljudhastighet. Termisk massamätning är särskilt känslig för de gasvärmeöverföringsegenskaper- som används vid kalibrering eller konfiguration.

Varför behövs tryck och temperatur för flödesmätning?

De krävs när det faktiska volymetriska flödet måste omvandlas till definierade standardförhållanden och kan även påverka densiteten och mätarens prestanda. De indata som krävs beror på mätprincipen och rapporteringsunderlaget.

Hur ofta ska en gasflödesmätare kalibreras?

Det finns inget universellt intervall som gäller för varje flare mätare. Kalibrerings- och verifieringsfrekvensen bör följa tillämplig förordning, projektspecifikation, tillverkarens vägledning, mätkritikitet och bevis från instrumentdiagnostik eller historisk prestanda.

Är mätarens noggrannhet detsamma som mätosäkerhet?

Nej. Mätarnoggrannhet beskriver endast en del av mätsystemet. Rördimensioner, installationseffekter, gasegenskaper, tryck- och temperaturinstrument, konverteringsberäkningar, kalibrering och driftområde kan alla bidra till osäkerheten i det slutliga rapporterade flödet.

Slutsats

Tillförlitlig mätning av flamgasflödet börjar med driftskalet, inte med en mätarkatalog. Ingenjörsteamet bör förstå hur långt flödet kan variera, hur sammansättningen ändras, vilka tryck- och temperaturförhållanden som uppstår, vad rörgeometrin tillåter och vad det slutliga rapporterade värdet måste representera.

Ultraljuds-, termisk massa- och differentialtryckstekniker-har alla legitima tillämpningar. Den användbara frågan är inte vilken princip som är universellt bäst, utan vilken föreslagen mätare som kan visa lämplig prestanda över de faktiska minimi- och maximiförhållandena för fakkelsystemet.

Definiera flödesbasen, granska den totala mätosäkerheten, kontrollera installationsbegränsningar och upprätta en verifieringsbaslinje innan instrumentet blir en del av rutinmässig anläggningsrapportering. Dessa steg gör mer för mätningens tillförlitlighet än att välja en teknik från ett enda noggrannhetstal eller normalt-flödesförhållande.