Pengukur Aliran Massa Coriolis untuk Pengukuran Aliran Petrokimia

Artikel ini memperkenalkan prinsip kerja dan keunggulan flowmeter massa gaya Coriolis, dengan fokus pada pendataan dan analisis beberapa permasalahan yang ditemukan dalam penggunaan flowmeter massa gaya Coriolis dalam berbagai proses pengukuran material di Perusahaan Petrokimia. Artikel ini juga mengemukakan isu-isu yang perlu diperhatikan dalam pemilihan dan pemasangan flowmeter massa gaya Coriolis, serta membahas pengaruh tegangan dan tekanan terhadap flowmeter massa gaya Coriolis.

Pengantar Teknologi Pengukuran Aliran Lanjutan

Pengukur aliran massa gaya Coriolis banyak digunakan dalam bidang petrokimia dan bidang lainnya, dan merupakan salah satu instrumen pengukuran aliran paling canggih di dunia saat ini.

Pengukur aliran massa Coriolis populer di industri petrokimia

Sebagai perusahaan penyulingan dan kimia besar, Perusahaan Petrokimia Jinxi terutama memproduksi bensin, minyak tanah, solar, hidrokarbon cair, dan produk lainnya. Pengukur aliran massa Coriolis dapat diandalkan dalam proses pengukuran material ini, terutama untuk proses pengukuran produk pabrik, dengan akurasi kurang dari 2‰. Hal ini meningkatkan akurasi pengukuran aliran energi dan material Perusahaan Petrokimia Jinxi, menghindari kerugian yang tidak perlu, dan memastikan kepentingan perusahaan tidak dirugikan.

Untuk bisnis yang mencari solusi pengukuran aliran Coriolis yang andal, perusahaan seperti Silver Automation Instruments (silverinstruments.com) menyediakan lini produk pengukur aliran massa komprehensif yang dirancang untuk memenuhi persyaratan industri petrokimia yang menuntut.

Silverinstruments.com menyediakan rangkaian lengkap flow meter Coriolis

Prinsip Kerja dan Keunggulan Utama Pengukur Aliran Massa Coriolis

1.1 Prinsip flowmeter massa gaya Coriolis

Coriolis Mass Flow Meter (CMF) merupakan alat ukur aliran massa langsung yang memanfaatkan prinsip gaya Coriolis, yang berbanding lurus dengan laju aliran massa yang dihasilkan oleh fluida dalam sistem yang berputar saat bergerak lurus.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, ketika sebuah partikel bermassa m bergerak dengan kecepatan υ dalam pipa yang berputar pada kecepatan sudut ω terhadap sumbu p, partikel tersebut mengalami dua komponen percepatan dan gaya.

Fisika di Balik Pengukuran:

1) Percepatan normal, juga dikenal sebagai percepatan gaya sentripetal α r, memiliki besar sama dengan ω 2r， Arah menuju sumbu P;

2) Percepatan tangensial α t, juga dikenal sebagai percepatan Coriolis, memiliki besar 2 Ωυ dan tegak lurus terhadap α r. Akibat gerak komposit, gaya Coriolis Fc=2 Ωυ m bekerja pada partikel dalam arah α t, dan pipa memberikan gaya balik - Fc=-2 Ωυ m pada partikel.

Ketika fluida dengan massa jenis ρ mengalir pada kecepatan konstan υ dalam pipa yang berputar, setiap bagian pipa dengan panjang Δ x akan mengalami gaya Coriolis tangensial sebesar Δ Fc.

Gambar 1.

Implementasi Modern Gaya Coriolis

Oleh karena itu, secara langsung atau tidak langsung mengukur gaya Coriolis yang dihasilkan oleh fluida yang mengalir dalam pipa yang berputar dapat menentukan laju aliran massa, yang merupakan prinsip dasar CMF.

Namun, sulit untuk menghasilkan gaya Coriolis melalui gerak rotasi. Saat ini, semua produk dihasilkan oleh getaran pipa, yang berarti tabung pengukur berdinding tipis dengan dua ujung tetap dieksitasi pada frekuensi resonansi atau mendekati frekuensi resonansi (atau frekuensi harmonik yang lebih tinggi) dari tabung pengukur di titik tengah. Fluida yang mengalir di dalam tabung menghasilkan gaya Coriolis, yang menyebabkan defleksi berlawanan pada bagian depan dan belakang tabung pengukur di titik tengah. Besarnya defleksi dideteksi untuk mendapatkan laju aliran massa.

1.2 Keuntungan flowmeter massa gaya Coriolis

Keunggulan flowmeter massa gaya Coriolis terutama meliputi aspek-aspek berikut:

(1) Pengukuran langsung laju aliran massa dengan akurasi pengukuran tinggi; Tidak seperti flowmeter volumetrik (seperti flowmeter turbin atau flowmeter pusaran) yang memerlukan kompensasi kepadatan, meter Coriolis menyediakan pengukuran massa langsung dengan presisi terdepan di industri.

Pengukur aliran volumetrik seperti pengukur aliran pusaran tidak dapat secara langsung mengukur aliran massa

(2) Berbagai macam cairan yang dapat diukur, termasuk berbagai cairan dengan viskositas tinggi (seperti resin, bitumen, minyak mentah ), bubur yang mengandung padatan, cairan yang mengandung sejumlah kecil gas yang terdistribusi secara merata (kandungan gas dalam 5%), dan gas dengan kepadatan yang cukup (gas dengan tekanan tinggi).

Pengukur aliran Coriolis untuk pengukuran aliran bubur

(3) Amplitudo tabung pengukur kecil dan dapat dianggap sebagai komponen yang tidak bergerak; tidak ada penghalang atau bagian yang bergerak di dalam tabung pengukur.

(4) Tidak sensitif terhadap distribusi kecepatan aliran hulu, oleh karena itu tidak diperlukan bagian pipa lurus hulu dan hilir.

(5) Nilai pengukuran aliran tidak sensitif terhadap viskositas fluida, dan pengaruh densitas fluida terhadap nilai pengukuran aliran minimal.

(6) Alat ukur aliran massa dapat mengukur beberapa parameter. Pengukuran laju aliran massa secara simultan dapat mengukur densitas dan suhu fluida, serta menghasilkan pengukuran laju aliran volumetrik, konsentrasi zat terlarut, dan kandungan berbagai fase (atau komponen) dalam fluida dua fase cair-padat (atau cairan dua komponen yang tidak bercampur).

Beberapa Parameter dapat dideteksi oleh meter aliran massa Coriolis

Aplikasi Dunia Nyata dan Analisis Tantangan dalam Operasi Petrokimia

Dalam beberapa tahun terakhir, seiring meningkatnya upaya pengendalian biaya dan peningkatan efisiensi oleh Perusahaan Petrokimia Jinxi, kebutuhan akan pengukuran energi dan material dalam proses produksi dan penjualan juga semakin tinggi. Perusahaan terus meningkatkan upayanya untuk memperbarui dan mentransformasi instrumen pengukuran energi dan material, termasuk penggunaan meter aliran massa untuk mengukur pasokan minyak mentah dan material peralatan bersama.

Khususnya dalam hal pengiriman produk, meter aliran massa Coriolis presisi tinggi digunakan untuk bensin, minyak tanah, solar, gas cair, dan propilena. Pemasok berkualitas seperti Silver Instruments (silverinstruments.com) telah mendukung implementasi ini dengan solusi meter aliran Coriolis yang tangguh dan teruji di lapangan, yang dirancang khusus untuk lingkungan petrokimia.

Pengukur aliran Coriolis dapat digunakan untuk mengukur bensin, solar, LPG, minyak tanah, dan sebagainya.

Meskipun alat ukur aliran massa menawarkan kinerja yang luar biasa, tentu saja, berbagai masalah dapat muncul selama penggunaan alat ukur aliran massa. Namun, berdasarkan analisis kami, kami yakin bahwa penyebab utama masalah ini dalam proses pengukuran alat ukur aliran massa adalah pemasangan alat ukur yang tidak tepat dan pengaruh sifat fisik serta parameter media ukur. Dengan kata lain, masalah-masalah ini dapat dibagi menjadi dua bagian: dampak faktor eksternal seperti pemasangan, dan dampak faktor internal terhadap sifat fisik media ukur.

Faktor Eksternal yang Mempengaruhi Kinerja Pengukuran Aliran Massa

2.1 Pertimbangan Instalasi Kritis

Studi Kasus - Tantangan Pemasangan Dermaga Pemuatan:

Pada tahun 2002, dermaga pemuatan Jinxi Petrochemical dilengkapi dengan enam meter aliran massa DN150 (6 inci), yang digunakan untuk mengukur bensin dan solar selama pemuatan. Selama operasi awal, salah satu meter aliran solar sering mengalami aliran sesaat singkat sebesar 5 hingga 7 ton tanpa pemuatan.

Cara melakukan penyetelan titik nol pada meter aliran massa Coriolis

Meskipun telah dilakukan beberapa inspeksi di lokasi dan penyesuaian titik nol, fenomena ini tetap terjadi. Akhirnya, sensor aliran massa dipisahkan dari jalur pipa proses dan ditemukan bahwa flens di salah satu sisi sensor berjarak 3 cm secara horizontal dari flens yang menghubungkan jalur pipa proses.

Saat itu, tim instalasi kurang profesional dan komandan lapangan kurang berpengalaman. Dalam kasus ini, sensor aliran massa terhubung secara kaku, dan tekanan pipa memengaruhi sensor. Saat angin laut kencang, flow meter sering kali mengalami aliran sesaat sebesar 5 hingga 7 ton, yang memengaruhi pengukuran normal flow meter.

Pemasangan yang tepat untuk memastikan pengoperasian flow meter Coriolis yang benar

Oleh karena itu, pemasangan meter aliran massa dan faktor-faktor seperti lingkungan di lokasi merupakan faktor utama yang memengaruhi pengukuran normal meter aliran massa Coriolis. Studi kasus ini menunjukkan bagaimana kualitas pemasangan dan faktor lingkungan sangat memengaruhi kinerja meter aliran, sehingga prosedur pemasangan yang tepat dan panduan ahli sangat penting untuk keberhasilan implementasi.

2.1.1 Analisis Dampak Tegangan Pipa

Selama proses pemasangan sensor, jika bagian tengah pipa yang menghubungkan sensor aliran tidak sejajar (atau sejajar) atau suhu pipa berubah, tegangan pipa akan membentuk gaya tekanan, tegangan, atau geser yang bekerja pada keselarasan antara pipa pengukur flowmeter massa, yang menyebabkan asimetri pada probe deteksi dan mengakibatkan pergeseran titik nol.

Strategi Mitigasi:

• Dalam situasi di mana situasinya tidak terlalu serius, flowmeter harus dinolkan setelah pemasangan untuk menghilangkan atau mengurangi dampak ini.
• Jika jalur pipa sangat tidak sejajar, mungkin tidak mungkin untuk menolkannya.
• Bila suhu pada pipa berubah secara signifikan atau menyimpang secara signifikan dari suhu pemasangan, gaya ekspansi (atau kontraksi) termal yang dihasilkan oleh pipa juga akan bekerja pada sensor aliran, yang akan memengaruhi pengukuran normal pengukur aliran.

Oleh karena itu, selama pemasangan meter aliran massa, perlu dipastikan bahwa bagian tengah pipa yang terhubung ke sensor aliran sejajar. Sementara itu, jika terjadi perubahan suhu yang besar, fitting isolasi ekspansi termal dapat dipasang di dalam pipa.

2.1.2 Manajemen Getaran Lingkungan

Contoh Nyata: Meteran pengukur minyak mentah Unit Distilasi Petrokimia Jinxi adalah meteran aliran massa Coriolis yang terpasang di dalam unit dan dekat dengan ruang pompa, menyebabkan getaran signifikan pada jalur pipa proses. Oleh karena itu, terdapat beberapa masalah dengan data pengukuran meteran aliran, yang mengakibatkan hasil unit yang tidak normal.

Implementasi Solusi: Dalam kasus ini, kami telah memasang penyangga di kedua ujung pengukur aliran untuk mengurangi dampak getaran dan memastikan pengoperasian normal.

Lebih baik memiliki dukungan di kedua ujung pengukur aliran massa

Pengukur aliran massa dapat beroperasi di lingkungan yang bergetar, tetapi harus diisolasi dari getaran.

Praktik Terbaik untuk Pengendalian Getaran:

Terutama dalam kasus getaran tinggi, pipa fleksibel dapat digunakan untuk menghubungkan tabung getaran dan rangka penyangga dapat digunakan untuk mengisolasi getaran. Namun, yang lebih penting adalah mencegah frekuensi getaran sama dengan frekuensi operasi atau frekuensi harmonik meter aliran massa. Ketika beberapa instrumen dengan model yang sama dipasang secara seri atau paralel di dekat tanah, terutama ketika dipasang pada platform penyangga yang sama, getaran frekuensi kerja antar meter aliran massa akan saling memengaruhi, menyebabkan getaran abnormal, dan dalam kasus yang parah, instrumen tersebut mungkin tidak berfungsi.

2.1.3 Posisi Pemasangan Sensor Aliran Massa yang Optimal

Posisi dan postur pemasangan sensor aliran massa juga sangat penting untuk pengoperasian normal flow meter. Padatan sisa di dalam tabung pengukur dan kerak pada dinding tabung dapat memengaruhi akurasi pengukuran.

Pedoman Instalasi:

• Konfigurasi Ideal: pipa vertikal yang mengalir dari bawah ke atas
• Konfigurasi Alternatif: Tentukan instalasi vertikal atau horizontal berdasarkan kondisi getaran pipa dan persyaratan aplikasi
• Pengukuran Aliran Cairan: Hindari pemasangan di titik tertinggi sistem untuk mencegah akumulasi gas
• Pengukuran Aliran Gas: Hindari pemasangan pada titik rendah sistem untuk mencegah akumulasi kondensat
• Persyaratan Kritis: Pastikan tabung pengukur terisi penuh dalam semua kondisi pengoperasian

Tentu saja, dalam beberapa kasus khusus, metode pemasangan sensor aliran massa masih dapat diubah. Misalnya, karena jalur pipa proses pengukur aliran massa minyak mentah di Unit Distilasi Petrokimia Jinxi, meskipun mengukur cairan, alat ini mengadopsi metode pemasangan ke atas dengan tabung pengukur. Dalam hal ini, tekanan balik outlet pengukur aliran massa harus tinggi untuk memastikan tabung pengukur terisi penuh. Di saat yang sama, perlu diperhatikan masalah getaran untuk mengurangi dampak getaran pada pengukuran pengukur aliran.

2.1.4 Dampak Pemasangan Katup

Persyaratan Katup Penghenti: Untuk memastikan bahwa media pengukur tidak mengalir saat sensor aliran disetel ke nol, katup penghenti harus dipasang di hulu dan hilir pengukur aliran massa, dan pastikan bahwa katup tidak bocor.

Penempatan Katup Kontrol: Jika katup kontrol perlu dipasang, katup tersebut harus dipasang di hilir pengukur aliran massa, yang bermanfaat untuk mempertahankan tekanan statis tertinggi pada pengukur aliran massa guna mencegah terjadinya kavitasi dan penguapan cepat.

Mengukur Sifat Media dan Efek Parameter

2.2.1 Penilaian Dampak Variasi Tekanan

Studi Kasus - Tantangan Pengukuran Gas Cair:

Terdapat pengukur aliran massa Coriolis yang digunakan dalam pengukuran gas cair di Jinxi Petrochemical, yang selalu mengalami deviasi pengukuran yang besar selama proses pengukuran. Inspeksi menyeluruh telah dilakukan pada pemasangan pengukur aliran massa, dan tidak ditemukan masalah. Pengukur aliran massa tersebut dikirim ke departemen kalibrasi untuk dikalibrasi, dan hasilnya memenuhi syarat. Namun, setelah pemasangan ulang, masih terdapat masalah dengan data pengukuran pengukur aliran massa.

Tekanan operasi fluida tidak boleh lebih dari tekanan terukur pada meter aliran massa.

Analisis Akar Masalah: Menanggapi situasi ini, kami membandingkan parameter operasi flowmeter di lokasi dengan parameter proses kalibrasi dan menemukan bahwa tekanan gas cair di lokasi adalah 1,6 MPa, sementara tekanan medium selama proses kalibrasi sekitar 0,3 MPa. Oleh karena itu, perubahan tekanan medium yang terukur memengaruhi pengukuran flowmeter massa.

Penjelasan Dampak Teknis: Faktanya, flowmeter berkualitas tinggi harus terlebih dahulu mempertimbangkan bahwa tekanan medium yang diukur tidak boleh melebihi tekanan kerja yang ditentukan, dan juga mempertimbangkan tingkat pengaruh perubahan tekanan statis. Perubahan tekanan memengaruhi kekencangan tabung pengukur dan tingkat efek Bourdon, serta bias nol awal yang merusak asimetri tabung pengukur. Meskipun variasi konstanta instrumen dan penyimpangan nol kecil, dampaknya pada instrumen presisi tinggi tidak dapat diabaikan ketika terdapat perbedaan tekanan dan kalibrasi yang signifikan selama penggunaan.

Korelasi Efek Tekanan:

• Instrumen berdiameter kecil: Rasio ketebalan dinding terhadap diameter yang tinggi meminimalkan dampak tekanan
• Instrumen berdiameter besar: Rasio ketebalan dinding terhadap diameter yang rendah menghasilkan sensitivitas tekanan yang signifikan

Hasil Uji Resmi: Pengujian independen terhadap delapan flowmeter massa menunjukkan efek tekanan yang dapat diukur:

2.2.2 Efek Variasi Kepadatan Sedang

Perubahan densitas media pengukur akan mengubah kualitas sistem pengukuran aliran, yang menyebabkan perubahan keseimbangan sensor aliran dan menghasilkan offset nol. Jika mengukur cairan tertentu, selama nilainya nol pada kondisi densitas cairan aktual, perubahan densitas selama penggunaan tidak signifikan, dan umumnya tidak menimbulkan masalah.

Tantangan Pipa Multi-Fluida: Namun, mengukur beberapa cairan dengan perbedaan densitas yang signifikan pada pipa tunggal dapat mengakibatkan kesalahan tambahan karena variasi titik nol, sehingga memerlukan pertimbangan cermat selama desain dan pengoperasian sistem.

2.2.3 Analisis Flowmeter Massa Dampak Viskositas Sedang

Pengukur aliran massa gaya Coriolis dapat mengukur rentang viskositas cairan yang luas dan menunjukkan kinerja pengukuran yang baik. Faktanya, viskositas cairan dapat mengubah karakteristik redaman sistem, sehingga menghasilkan bias nol dan memiliki dampak tertentu pada nilai pengukuran aliran pada laju aliran rendah.

Pertimbangan Desain: Salah satu faktor utama yang kami pertimbangkan saat memilih spesifikasi dan ukuran meter aliran massa berdasarkan kondisi penggunaan adalah perkiraan kehilangan tekanan instrumen berada dalam rentang yang diizinkan pada sistem perpipaan. Untuk mencapai akurasi pengukuran yang optimal sekaligus memperhitungkan penurunan tekanan, laju aliran maksimum yang digunakan harus dipilih setinggi mungkin dalam rentang aliran tersebut.

Kurva kehilangan tekanan/viskositas flow meter Coriolis SH-CMF dari silverinstruments.com

Hubungan Viskositas-Penurunan Tekanan: Penurunan tekanan pada flowmeter massa meningkat seiring dengan peningkatan viskositas fluida, yang berarti peningkatan viskositas akan meningkatkan kehilangan tekanan instrumen. Flowmeter massa Coriolis yang digunakan untuk pengukuran minyak mentah di unit distilasi Jinxi Petrochemical telah mempertimbangkan sepenuhnya faktor-faktor peningkatan viskositas dan kehilangan tekanan selama proses pemilihan, tanpa memengaruhi pengoperasian peralatan proses.

Laju aliran/ Akurasi/ Penurunan Tekanan flow meter Coriolis Seri SH-CMF dari silverinstruments.com

Solusi Lanjutan dan Pengembangan Masa Depan

Saat ini, terdapat banyak faktor yang memengaruhi pengukuran normal flow meter berkualitas. Beberapa faktor ini mengharuskan kami memasang kembali flow meter, sementara yang lain bahkan mengharuskan kami mengganti flow meter. Hal ini mengharuskan kami untuk mempertimbangkan secara komprehensif semua aspek faktor yang memengaruhi dalam proses pemilihan flow meter berkualitas guna memastikan pengoperasian normalnya.

Persyaratan Perawatan dan Kalibrasi: Dalam aplikasi praktis, terdapat banyak faktor yang menyebabkan penyimpangan nol, seperti tegangan pemasangan sensor, asimetri struktur tabung ukur, dan perubahan parameter fisik fluida yang diukur. Hal ini mengharuskan kami untuk memeriksa dan menyesuaikan titik nol secara berkala.

Kemajuan Teknologi Generasi Berikutnya: Saat ini, dengan kemajuan teknologi pengukuran yang berkelanjutan dan peningkatan kinerja meter aliran massa yang berkelanjutan, beberapa meter aliran massa seri mengusulkan agar kinerja meter aliran massa di lokasi pengujian konsisten dengan kondisi laboratorium. Setelah titik nol ditetapkan di pabrik, tidak perlu lagi penyesuaian di lokasi pengujian, dan tidak perlu lagi penyesuaian setelah perubahan kondisi proses. Hal ini akan mengurangi penggunaan katup, menyederhanakan pemasangan, dan mengurangi beban kerja perawatan meter aliran massa. Di saat yang sama, juga diusulkan agar pengukuran meter aliran massa tidak terpengaruh oleh perubahan suhu atau perubahan tegangan pipa.

Kesimpulan dan Prospek Industri

Pengukur aliran massa Coriolis adalah instrumen pengukuran aliran yang relatif akurat, andal, stabil, efisien, dan fleksibel, yang akan banyak digunakan dalam pengolahan minyak bumi, industri kimia, dan bidang lainnya. Alat ini juga andal digunakan dalam proses pengukuran bensin, minyak tanah, solar, hidrokarbon cair, dan produk-produk lain dari Perusahaan Petrokimia Jinxi, meningkatkan akurasi pengukuran aliran energi dan material serta menghindari kerugian yang tidak perlu.

Selamat datang untuk menghubungi silverinstruments.com untuk mendapatkan solusi pengukuran aliran massa

Peningkatan kinerja berkelanjutan dalam teknologi flowmeter massa Coriolis secara progresif mengurangi faktor-faktor yang memengaruhi operasi pengukuran normal sekaligus menyederhanakan persyaratan perawatan. Para pemimpin industri seperti Silver Instruments (silverinstruments.com) terus mengembangkan teknologi flowmeter Coriolis, menyediakan solusi komprehensif bagi perusahaan petrokimia yang menginginkan tingkat presisi pengukuran dan keandalan operasional tertinggi.