Medidores de vazão de orifício versus medidores de vazão de cunha: entendendo as diferenças

2024년 5월 17일 Roberto Magalhães

Os medidores de vazão de orifício e os medidores de vazão de cunha pertencem ao tipo de medidores de vazão de seção transversal constante e pressão diferencial. Em outras palavras, eles compartilham o mesmo conceito.

Um medidor de vazão de orifício envolve a inserção de uma placa circular com um orifício no meio em uma tubulação e, em seguida, a medição da diferença de pressão do vapor antes e depois da placa de orifício. A taxa de fluxo de vapor é então calculada com base nesses dados.

À medida que a vazão de vapor é contraída na placa de orifício, a pressão estática diminui e a vazão aumenta, resultando em uma diferença de pressão antes e depois da placa de orifício. De acordo com a equação de continuidade (lei da conservação da massa) e a equação de Bernoulli (lei da conservação da energia), a vazão é proporcional à diferença de pressão: M2∝ΔP, onde M é a vazão e ΔP é a diferença de pressão .

O sinal de diferença de pressão é transmitido a um transmissor de pressão diferencial através de linhas de impulso e depois enviado a um integrador de fluxo, que calcula a vazão com base no sinal de diferença de pressão. Além disso, a temperatura e a pressão do vapor são medidas por sensores de temperatura e pressão, e o integrador de fluxo calcula a vazão compensada com base na temperatura e pressão atuais.

Um medidor de vazão em cunha funciona restringindo o fluxo do fluido com uma cunha, criando uma diferença de pressão a montante e a jusante da cunha que é proporcional ao quadrado da vazão. Esta diferença de pressão é obtida de duas tomadas de pressão em cada lado da cunha e enviada a um transmissor de pressão diferencial para convertê-la em uma saída de sinal elétrico. Este sinal é então processado por um integrador de fluxo especializado para determinar a vazão.

Por que escolher um medidor de vazão de orifício

Vantagens:

A estrutura do dispositivo de estrangulamento é fácil de replicar, simples, robusta e possui desempenho estável e confiável, com longa vida útil.
É adequado para medir tubulações de diâmetro maior (atualmente os medidores de vazão de orifício são geralmente a única opção para tubulações com diâmetro superior a DN 600 mm).
Durável e duradouro.
Calibração abrangente.
Preço acessível.

Desvantagens:

Elevados requisitos para a instalação do dispositivo de estrangulamento, linhas de impulso e recipientes de condensado, tornando a instalação mais complexa.
É difícil calibrar todo o medidor de vazão de orifício como um todo. Atualmente, apenas o sensor de pressão diferencial, o sensor de pressão e o sensor de temperatura podem ser calibrados individualmente, dificultando a garantia da precisão geral.
A estrutura da placa de orifício causa uma redução significativa na pressão estática e um aumento significativo na vazão, levando à erosão severa da placa de orifício e a uma diminuição na precisão ao longo do tempo. No caso da medição da vazão de gás liquefeito, propileno e outros líquidos facilmente vaporizados, alterações nas propriedades físicas do fluido podem causar erosão ainda mais severa da placa de orifício.
A estrutura da placa de orifício resulta em uma perda significativa de pressão estática após a passagem do fluido, tornando o medidor de vazão de orifício um instrumento de alto consumo de energia. Isto aumenta a perda de energia mecânica para bombas e motores, o que não conduz à melhoria da eficiência energética do sistema e é uma desvantagem para requisitos de poupança de energia cada vez mais rigorosos.

Por que escolher um medidor de vazão em cunha

Vantagens:

Particularmente adequado para medir meios com alta viscosidade, baixo número de Reynolds, partículas suspensas ou bolhas.
A precisão da medição não é afetada pela constante dielétrica ou outras propriedades do fluido.
O design especial do componente em forma de cunha tem um efeito de deflexão para evitar entupimentos.
Função de compensação para alterações na viscosidade, temperatura, densidade do fluido, etc.
Resistente à vibração, resistente ao choque, resistente à sujeira e resistente à corrosão.
Possui função de medição de vazão bidirecional.
Economia de energia e redução de emissões: Os medidores de vazão em cunha possuem estrutura simples e robusta, alta confiabilidade, fácil instalação e baixos custos de operação e manutenção.
Sem peças móveis ou desgaste e sem necessidade de recalibração durante o uso a longo prazo.

Desvantagens:

Comparados aos medidores de vazão de orifício, os medidores de vazão em cunha têm as desvantagens de preço mais alto e exigem calibração individual para cada unidade. Em termos de projeto, fabricação, cálculo, instalação e uso, os medidores de vazão em cunha ainda carecem de dados e padrões correspondentes.

Resumo: Atualmente, medidores de vazão em cunha e medidores de vazão de orifício coexistem e utilizam seus respectivos pontos fortes. No entanto, no longo prazo, os medidores de vazão em cunha são a tendência de desenvolvimento da nova geração de medidores de vazão de pressão diferencial.

Precauções para instalação

10 precauções para instalar um medidor de vazão de orifício:

Antes de instalar o instrumento, a tubulação do processo deve ser limpa para evitar que substâncias ferromagnéticas adiram ao instrumento, o que poderia afetar o desempenho do instrumento ou até mesmo danificá-lo. Se for inevitável, um filtro magnético deverá ser instalado na entrada do instrumento. O próprio instrumento não deve ser soprado com ar antes de ser colocado em operação para evitar danos.
O instrumento deve ser verificado quanto a danos antes da instalação.
A instalação do instrumento pode ser vertical ou horizontal. Se instalado verticalmente, o ângulo entre a linha central do instrumento e a linha vertical deve ser inferior a 2°. Se instalado horizontalmente, o ângulo entre a linha central horizontal do instrumento e a linha horizontal deve ser inferior a 2°.
As tubulações a montante e a jusante do instrumento devem ter o mesmo diâmetro do instrumento. Os flanges ou roscas usados para conectar a tubulação devem corresponder aos flanges e roscas do instrumento. A seção do tubo reto a montante deve ser pelo menos cinco vezes o diâmetro nominal do instrumento, e a seção do tubo reto a jusante deve ser maior ou igual a 250 mm.
Como o sinal do instrumento é transmitido através de acoplamento magnético, não deve haver substâncias ferromagnéticas dentro de 250px ao redor da instalação para garantir o desempenho do instrumento.
Se o instrumento medir gás, ele será calibrado em uma pressão específica. Se o gás for descarregado diretamente na atmosfera pela saída do instrumento, causará uma queda de pressão na boia e distorcerá os dados. Se for este o caso, deverá ser instalada uma válvula na saída do instrumento.
O instrumento instalado na tubulação não deve ser submetido a tensões. A entrada e a saída do instrumento devem ter suportes de tubos adequados para manter o instrumento num estado de tensão mínima.
Ao instalar um instrumento com revestimento de PTFE, deve-se tomar cuidado especial. Sob pressão, o PTFE se deformará, portanto as porcas flangeadas não devem ser apertadas com muita força.
Instrumentos com telas LCD devem ser instalados para evitar que a luz solar direta atinja a tela e reduza a vida útil do LCD.
Ao medir meios de baixa temperatura, um tipo encamisado deve ser selecionado.

28 precauções para instalação do medidor de vazão com placa de orifício

O medidor de vazão com placa de orifício não deve ser instalado na tubulação formada.
Deve-se prestar atenção ao comprimento da seção reta do tubo antes e depois do medidor de vazão.
Para medidores eletromagnéticos e de fluxo de massa com requisitos de aterramento, o aterramento deve ser realizado de acordo com as instruções.
Durante o processo de soldagem da tubulação, o fio de aterramento deve evitar o corpo do instrumento para evitar que a corrente de aterramento flua através do corpo do instrumento e danifique o instrumento.
Durante o processo de soldagem, a corrente de aterramento não deve passar pelo tubo de pressão capilar do instrumento de flange simples ou duplo.
Para os tubos guia de pressão de média e alta pressão, pode-se usar soldagem a arco de argônio ou soldagem de soquete. Para velocidades de vento >2m/s, devem ser tomadas medidas à prova de vento. Se a velocidade do vento for >8m/s, a soldagem deverá ser interrompida.
Preste atenção à direção de instalação do dispositivo de tomada de pressão do medidor de vazão com placa de orifício.
Os tubos guia de pressão de aço inoxidável são estritamente proibidos de serem aquecidos ou achatados.
A posição de instalação do tubo guia de pressão do instrumento, do duto de ar e do tubo de passagem deve evitar dificultar a operação de produção do processo no futuro, evitar locais corrosivos e de alta temperatura e deve ser firmemente fixada. A extremidade mais baixa do tubo condutor, de cima para baixo, deve ser inferior à entrada de fiação do instrumento conectado. Juntas de vedação à prova de explosão em forma de Y ou cônica devem ser adicionadas perto da lateral do instrumento. O ponto mais baixo do duto de ar principal do instrumento deve possuir uma válvula de condensação (poluição).
As juntas de cobre usadas em instrumentos devem ser recozidas antes do uso e deve-se prestar atenção às condições permitidas de temperatura, meio e pressão das juntas de vários materiais.
Diferentes sistemas de aterramento não podem ser misturados na caixa de junção do instrumento. Os fios de blindagem de todos os instrumentos devem ser conectados separadamente às camadas de blindagem superior e inferior e não devem ser torcidos juntos.
Se o instrumento estiver em uma posição inconveniente de observação e manutenção, mude sua posição ou instale uma plataforma.
Não deve haver juntas nos fios do instrumento e devem ser feitos registros ocultos. Conexões soldadas ou de pressão devem ser usadas para compensar juntas de arame.
As soldas de aço inoxidável devem ser decapadas, passivadas e neutralizadas.
Para instrumentos e acessórios que necessitam de desengorduramento, o desengorduramento deve ser executado estritamente de acordo com as especificações. Após o desengorduramento, a vedação e armazenamento dos instrumentos e acessórios devem ser feitos com cuidado para evitar poluição secundária durante o armazenamento e instalação.
Tubulações de aço inoxidável são estritamente proibidas de entrar em contato direto com aço carbono.
As bandejas de cabos galvanizadas e de liga de alumínio são estritamente proibidas de soldagem elétrica, corte a gás e perfuração. Em vez disso, devem ser utilizadas ferramentas mecânicas de corte e puncionamento, como lâminas de serra e máquinas de puncionamento especiais.
Tubos de aço inoxidável são estritamente proibidos de soldagem elétrica, corte a gás e puncionamento. Em vez disso, deve-se usar corte e perfuração a plasma ou mecânico.
Para tubos de passagem de instrumentos em áreas propensas a explosões, a continuidade elétrica deve ser mantida. Pasta condutora deve ser usada para a rosca do tubo de passagem do instrumento aterrado. A rosca do tubo condutor menor ou igual a 36V deve ser pelo menos à prova de ferrugem. A rosca exposta não deve ser maior que uma rosca.
Para áreas à prova de explosão, os tubos de passagem dos instrumentos devem manter a continuidade elétrica.
A resistência de isolamento das linhas do instrumento abaixo de 100 V deve ser medida com um medidor de vibração de 250 V e deve ser ≥5 megaohms.
As eletrocalhas de liga de alumínio devem ser conectadas com fios de curto-circuito, enquanto as eletrocalhas galvanizadas devem ter pelo menos dois parafusos anti-frouxos apertados. Para eletrocalhas com comprimento inferior a 30 metros, ambas as extremidades devem ser aterradas de forma confiável e, para bandejas com comprimento superior a 30 metros, um ponto de aterramento deve ser adicionado a cada 30 metros.
Quando linhas de instrumentos de diferentes sistemas de aterramento ou linhas de instrumentos compartilham a mesma bandeja de cabos, uma divisória metálica deve ser usada para separá-las.
É estritamente proibido o uso de métodos de soldagem a gás durante a instalação e processamento de painéis de instrumentos, gabinetes, caixas e mesas. A soldagem não deve ser usada para instalação e fixação, e métodos de perfuração mecânica devem ser usados para abrir furos.
A extremidade cega do traceamento térmico e do retorno do instrumento não deve ser maior que 100 mm.
Uma tampa de tubo deve ser adicionada à porta de descarga da válvula de drenagem do transmissor para evitar vazamento da válvula, especialmente em áreas à prova de explosão.
Uma extremidade do instrumento e sua bandeja de cabos, tubo de impulso e tubo de pressão devem ser fixadas na área de expansão térmica (como torres e acessórios que se movem com a expansão térmica da torre), e a outra extremidade deve ser fixada na área não -área de expansão térmica (como salas de proteção trabalhista). Ao conectar o instrumento, tubos flexíveis, bandejas de cabos e tubos de impulso devem ser deixados com uma certa tolerância de expansão térmica de acordo com a situação real no local.
As eletrocalhas e eletrodutos fixados na torre deverão ser dotados de juntas de dilatação térmica ou conexões flexíveis de acordo com a situação real do local.

4 precauções para instalação e uso de medidores de vazão em cunha:

Instale de acordo com a direção indicada no medidor de vazão em cunha

Embora alguns artigos e materiais afirmem que não há exigência de direção para a instalação de medidores de vazão em cunha e que eles podem ser usados para medir fluxo reverso, o princípio de medição dos medidores de vazão em cunha mostra que se uma cunha padrão em forma de V for usada, o estrangulamento de o fluido é o mesmo para fluxo direto e reverso.

No entanto, os fabricantes rotulam a direção do fluxo do fluido no corpo do medidor de vazão em cunha. Olhando para os dois flanges finais do medidor de vazão em cunha, a posição de instalação da cunha não está no centro do medidor de vazão em cunha.

Portanto, é importante instalar o medidor de vazão em cunha na direção indicada no dispositivo para evitar aumento de erros de medição causados pela direção de instalação incorreta.

Direção da interface de tomada de pressão

De acordo com as diretrizes de tomada de pressão para instrumentos de medição, ao medir o fluxo de gás, a interface de tomada de pressão está localizada na parte central e superior do elemento de estrangulamento, ao medir o fluxo de líquido, a interface de tomada de pressão está localizada na parte média e inferior do o elemento de estrangulamento e, ao medir meios sujos e contaminados, a interface de tomada de pressão está localizada no meio do elemento de estrangulamento.

No entanto, o bloco em cunha do medidor de vazão em cunha não está distribuído uniformemente na câmara interna do dispositivo, e a posição da interface de tomada de pressão foi predefinida pelo fabricante, localizada acima e abaixo da soldagem do bloco em cunha no dispositivo.

Se a interface de tomada de pressão for instalada na parte central e inferior da tubulação ao medir o líquido, o bloco em cunha dentro do medidor de vazão em cunha também estará localizado na parte central e inferior da tubulação.

Isso significa que o fluido deve fluir da parte superior do medidor de vazão em cunha, o que pode fazer com que impurezas se acumulem na parte inferior do dispositivo, levando ao risco de bloquear a interface de tomada de pressão na frente do bloco em cunha e causando falha na medição. . Portanto, durante a instalação é necessário diferenciar de acordo com a situação real.

Instalação de tubulação vertical

A instalação vertical de medidores de vazão em cunha dificulta a calibração zero.

Recomenda-se instalar o medidor de vazão em cunha horizontalmente e minimizar o uso da instalação vertical porque a calibração do ponto zero do medidor de vazão em cunha é difícil de realizar em uma instalação vertical.

A calibração do ponto zero do medidor de vazão em cunha requer que o meio do processo preencha o medidor de vazão em cunha. Depois de fechar as válvulas antes e depois da tubulação, o medidor de vazão deve ser calibrado, garantindo que o meio do processo dentro do medidor de vazão em cunha esteja em estado estático.

Como o instrumento de medição de vazão do elemento de estrangulamento geralmente não projeta uma instalação de remoção de linha secundária, geralmente não há válvulas de corte de processo antes e depois do elemento de estrangulamento. Nesta situação, a calibração do medidor de vazão em cunha é mais difícil.

Se o medidor de vazão em cunha for instalado horizontalmente, podemos assumir que o fluido estático não tem um efeito adicional na pressão diferencial detectada pelo medidor de vazão em cunha.

Portanto, precisamos apenas fechar as válvulas de tomada de pressão dianteira e traseira do medidor de vazão em cunha e liberá-las para a atmosfera para obter a calibração do ponto zero do medidor de vazão.

Se o medidor de vazão em cunha for instalado verticalmente, uma pressão estática estática será gerada na cavidade do medidor de vazão em cunha, o que aumentará o valor da pressão diferencial do transmissor de pressão diferencial na câmara de pressão positiva e fará com que o valor da pressão diferencial do ponto zero do medidor de vazão em cunha seja diferente de zero.

Além disso, erros de pressão estática serão gerados no tubo de pressão de referência de medição de pressão negativa. Portanto, a calibração do ponto zero é difícil neste momento.

Mesmo com um transmissor de flange duplo, podemos calcular a pressão estática adicionada pela medição de pressão negativa, mas só podemos calcular a densidade do meio medido com base no valor ideal durante o projeto.

Calcular aproximadamente a pressão estática dentro do medidor de vazão em cunha e fazer revisões de calibração reduzirá a confiabilidade do ponto zero.

Portanto, na instalação prática, é melhor não instalar o medidor de vazão em cunha verticalmente. Se o processo não atender aos requisitos para instalação horizontal, além de garantir que o medidor de vazão em cunha seja preenchido com meio de processo, também devemos calcular com precisão a diferença de pressão modificada do ponto zero durante a instalação vertical. Não podemos simplesmente fechar as válvulas de tomada de pressão positiva e negativa e realizar a calibração do ponto zero.

Instalação de Válvula de Drenagem e Alívio de Pressão

A instalação de uma válvula de drenagem com o medidor de vazão em cunha torna os trabalhos de manutenção e reparo muito mais convenientes.

No modo de medição de vazão do medidor de vazão em cunha + transmissor de flange duplo, uma válvula de drenagem e alívio de pressão deve ser instalada entre a válvula de tomada de pressão e a peça de conexão de flange duplo.

Esta válvula é muito importante. Durante o processo de calibração do medidor de vazão, ele pode garantir que a pressão entre os flanges positivo e negativo seja consistente com a pressão atmosférica para garantir a confiabilidade da calibração e também garantir a segurança do pessoal de manutenção.

Se o transmissor de flange duplo estiver danificado e precisar ser substituído, a válvula de drenagem e alívio de pressão poderá determinar se a válvula de tomada de pressão está vazando.

Somente quando a segurança for garantida o transmissor de flange duplo poderá ser removido. Muitas instalações de engenharia omitem a instalação da válvula de drenagem e alívio de pressão, o que é incorreto e deve ser corrigido.

Resumo: Independentemente do tipo de medidor de vazão, a instalação e o uso devem ser realizados de acordo com as instruções do fabricante e levando em consideração suas características exclusivas.

Especificações técnicas

Especificações técnicas do medidor de vazão de orifício integrado:

Alta precisão: 0,5%
Alta estabilidade: melhor que 0,1% Fs por ano
Alta pressão estática: 40MPa
Nenhum ajuste necessário para operação contínua por 5 anos
Efeito insignificante da temperatura e pressão estática
Resistente a alta sobrepressão

Tipo de conexão flangeada (diâmetro pequeno) (tomada de pressão do flange):

Conexão: soldagem plana ou flange de solda de topo (padrão de execução de flange: JB/T8205-92)
Médio: líquido viscoso, gás sujo
Tomada de pressão: tomada de pressão de flange
Precisão: ±0,5%, ±1%
Tamanho do tubo: 15-80mm
Repetibilidade: +0,1%
Pressão: 0-42MPa
Proporção de alcance: 10:1
Temperatura: -100 ~ 800 ℃
Número de Reynolds: 5×102-1×107
Material: vários materiais

Formulários

O medidor de vazão de orifício pode ser amplamente utilizado para medição contínua do fluxo volumétrico ou fluxo de massa de vários líquidos, gases, gás natural e vapor em indústrias como petróleo, química, gás natural, metalurgia, energia elétrica, farmacêutica, alimentícia, pesticidas, e proteção ambiental.

O medidor de vazão em cunha é um novo tipo de instrumento de medição de vazão de pressão diferencial do acelerador.

Ele pode medir com precisão a vazão em alta viscosidade, baixo número de Reynolds e número de Reynolds de 500 fluidos e tem vantagens incomparáveis e funções insubstituíveis em aplicações de medição de vazão com baixa velocidade de vazão, vazão pequena e grande diâmetro de tubo.

Na indústria petroquímica/química de carvão, os medidores de vazão em cunha são comumente usados em: