Sesuatu tentang pengukur aliran turbin gas

Desain komponen utama flow meter turbin gas

Gambar 1 adalah diagram skematis dari flowmeter turbin gas yang umum. Tidak seperti flowmeter turbin cairan , flowmeter gas memiliki desain yang sangat berbeda. Perubahan yang paling terlihat adalah hub besar dan saluran aliran yang relatif kecil. Ini terutama dimaksudkan untuk memperkenalkan torsi sebanyak mungkin ke rotor dengan memungkinkan fluida mengalir melalui area dengan radius besar dan dengan meningkatkan kecepatan aliran. Perbedaan lainnya adalah seringnya penggunaan keluaran roda gigi cacing untuk menampilkan hasil, yang dilakukan untuk memenuhi persyaratan otoritas nasional untuk tampilan mekanis. Namun, metode elektronik untuk mengeluarkan laju aliran juga umum digunakan. Bonner dan Lee (1992) mendokumentasikan inovasi signifikan dari tahun 1960-an, seperti bilah tumpang tindih yang dipilin secara heliks dengan ujung yang memanjang dalam ke alur di dinding pipa.

Schematic of a DN100 gas turbine flowmeter

Gambar 1 Skema flowmeter turbin gas DN100

Lee dkk. (1982) mengusulkan desain yang menggabungkan rotor sekunder yang dipasang di belakang rotor primer. Rotor sekunder digunakan untuk memantau kondisi operasional flowmeter. Rasio kecepatan antara rotor sekunder dan primer berubah ketika aliran udara yang keluar dari rotor primer dibelokkan atau terganggu. Variasi aliran gas yang masuk juga dapat memengaruhi rasio ini. Desain ini diklaim memungkinkan koreksi otomatis.

Desain Bantalan Pengukur Aliran Turbin Gas

External lubrications for gas turbine flow meter bearing

Pelumasan eksternal untuk bantalan pengukur aliran turbin gas

Bantalan bola berpelindung terkadang digunakan. Pada beberapa desain, pelumasan eksternal dengan oli instrumen diperlukan untuk sensor pengukur aliran turbin gas. Pelumas khusus digunakan saat mengukur oksigen. Dalam kondisi operasi normal, pelumasan sebaiknya dilakukan dua hingga tiga kali setahun. Desain tertentu, seperti yang menggunakan bantalan bola tertutup, tidak memerlukan pelumasan eksternal. Bantalan bola tertutup cocok untuk mengukur gas yang mengandung partikel padat.

Bahan sensor pengukur aliran turbin gas

Material rotor yang umum digunakan untuk flow meter turbin gas adalah resin polioksimetilen (POM) atau aluminium, dengan aluminium lebih umum digunakan untuk ukuran di atas 150 mm. Baja tahan karat juga digunakan dalam beberapa kasus.

Dimensi dan Rentang Aliran flow meter turbin gas

Pengukur aliran turbin gas 3 inci

Rentang pengukuran flowmeter turbin gas 1 inci adalah 0,8-10 m³/jam, sementara model flowmeter gas 2 inci mencakup 5-100 m³/jam (dengan laju alir respons minimum 1,2 m³/jam). Untuk flowmeter gas 24 inci, rentangnya adalah 1000-25.000 m³/jam. Model tertentu memiliki rasio putar-turun 30:1. Jumlah bilah rotor biasanya berkisar antara 12 hingga 24, dengan frekuensi pulsa maksimum 3 kHz. Peringkat tekanan maksimum adalah 100 bar. Data di atas sangat bervariasi untuk produk dari berbagai produsen.

Kehilangan tekanan flowmeter turbin gas berdiameter 2 inci pada laju alir maksimum adalah 5,5 mbar, dan pada diameter 600 mm adalah 14 mbar. Kehilangan tekanan ini tentu saja berkaitan dengan densitas, tekanan, dan jenis gas yang mengalir. Produsen flowmeter turbin gas harus menyediakan data referensi yang berbeda untuk kondisi operasi yang berbeda.

Akurasi Pengukur Aliran Turbin Gas

Ketidakpastian tipikal adalah 2% dari laju aliran minimum Q min hingga 20% dari laju aliran maksimum Q max , dan 1% dari 20% hingga 100% dari Q max . Linearitas yang dinyatakan mencapai 0,5%.

Linearitas optimal dicapai pada rasio turndown 20:1, dengan deviasi ±0,5% dan pengulangan ±0,02%. Kecepatan aliran maksimum adalah 30 m/s.

Data juga menunjukkan stabilitas kalibrasi yang sangat baik, dengan penyimpangan hanya 0,2% selama 9 tahun, di mana sekitar 10⁸m³ gas alam melewati flowmeter pada tekanan saluran 8 bar.

Van der Grinten (1990) menyajikan kurva kesalahan untuk flowmeter turbin gas, dengan memperhitungkan hambatan gas antar bilah, efek lapisan batas pipa, dan gesekan bantalan. Gambar 2 mengilustrasikan kurva ini dan juga menunjukkan bagaimana kinerja flowmeter bervariasi tergantung pada tekanan dan jenis gas.

Rasio jangkauan flowmeter turbin konvensional meningkat secara linear dengan akar kuadrat rasio densitas gas. Pada tekanan 20 bar, rasio jangkauan mencapai 100:1, sementara tekanan kerja pada level mBar adalah 15:1 (Griggiths dan Newcombe, 1970). Watson dan Furness (1977) menyatakan bahwa jangkauan fluida yang dapat dicapai untuk nitrogen bertekanan rendah adalah 5:1, dan 30:1 untuk gas alam bertekanan tinggi.

Van der Kam dan Dam (1993) menemukan bahwa keakuratan operasi turbin pada 25% laju alir maksimum adalah ± 0,5%, dan dalam rentang yang lebih rendah adalah ± 1%. Mereka juga menemukan bahwa kesalahannya kurang dari 0,5% ketika rentang tekanan antara 1 dan 10 bar, sedangkan flowmeter model lama memiliki kesalahan 1%. Pengaruh bilangan Reynolds pada turbin dapat dirujuk ke perubahan kepadatan dalam beberapa kasus. Data eksperimen mereka memiliki tingkat pengulangan 0,1%. Dalam laporan lain oleh Erdal dan Cabrol (1991), ditunjukkan bahwa tingkat pengulangan enam flowmeter turbin 6 inci adalah 0,24%, dengan linearitas 0,42% dan tingkat pengulangan harian sekitar 0,05%. Dalam jangka waktu yang lebih lama, jika melebihi 4 tahun, akan kurang dari 0,05%.

De Jong dan van der Kam (1993) menemukan pergeseran sebesar 0,2% hingga 0,3% dalam hasil kalibrasi, sementara Koning, van Essen, dan Smid (1989) menemukan besarnya pergeseran sebesar 0,1% selama periode 10 tahun. Berdasarkan pengalaman Gasunie, pergeseran tahunan tersebut berada pada orde 0,01%. Van der Kam dan de Jong (1994) menyatakan bahwa pita kurva galat pada rasio rentang 50:1 kurang dari 0,5% di seluruh rentang, tanpa terkecuali.

Van der Grinten (2005) menyajikan metode interpolasi berbasis bilangan Reynolds yang terperinci untuk mengkalibrasi flowmeter turbin gas, beserta studi perbandingan.

Gambar 2 Kurva kesalahan flowmeter turbin gas
(Direproduksi dengan izin dari Nederlands Meetinstituut, van der Grinten, 1990):
(a) Variasi dengan laju aliran operasional;
(b) Variasi dengan bilangan Reynolds berdasarkan diameter internal.

Bagaimana cara memasang meteran aliran turbin gas dengan benar?

Pemasangan yang tepat untuk mencapai hasil pengukuran aliran terbaik

Penelitian yang dilakukan oleh British Gas Engineering Research Station mengonfirmasi bahwa jenis flowmeter ini menunjukkan ketidakpekaan yang luar biasa terhadap gangguan aliran, sehingga diperlukan pemasangan pipa lurus ke hulu atau hilir di sebagian besar instalasi praktis (Fenwick dan Jepson, 1975; lih. Harriger, 1966). Alasan utamanya meliputi:

1. Berkurangnya vortisitas pada pipa annular berdiameter besar, disebabkan oleh konservasi momentum sudut dan efek penyearah pengkondisi aliran;

2.Kontraksi aliran yang signifikan terjadi pada bagian perpipaan berdiameter kecil;

3. Efek integral yang timbul dari hubungan linear antara koefisien angkat dan sudut datang yang kecil.
Mereka menyimpulkan bahwa pengkondisi aliran hanya boleh digunakan di bagian saluran masuk jika pusaran hadir di hulu.

Van der Kam dan Dam (1993) menyimpulkan bahwa pemasangan pengkondisi aliran masuk dapat secara efektif mengurangi aliran vortex. Sebagai contoh, kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh dua siku yang dipasang pada bidang yang berbeda (dengan sudut pusaran 40°) tidak akan melebihi 0,3%. Variasi diameter pipa di hulu flowmeter relatif tidak signifikan. Dalam kasus ekstrem, pelurus aliran tube bundle sudah cukup memadai. Kekasaran permukaan tidak memengaruhi kinerja. Efek suhu dalam rentang 20°C minimal tetapi sulit diverifikasi karena kurangnya metode pengukuran kontrol yang diperlukan. Flowmeter turbin tidak cocok untuk aliran gas basah atau kotor. Gas harus tetap bersih, bebas dari cairan dan debu, dan filter dengan rating minimal 5µm harus digunakan bila diperlukan. Pipa di hulu harus dibersihkan secara menyeluruh sebelum pemasangan (Bonner, 1993; ISO 9951).

Menurut penelitian Harriger (1966), metode pemasangan gabungan dapat diadopsi, di mana pipa sepanjang 4D di hulu terdiri dari pengkondisi aliran 2D dan pipa lurus 2D. Namun, aliran pusaran dan pulsasi dapat menyebabkan efek yang signifikan. Flowmeter dengan pengkondisi aliran terintegrasi dapat menghilangkan pengaruh aliran pusaran. Jika sambungan pipa terletak dalam 5D di hulu flowmeter, perlu dipasang bilah pelurus. Selama pemasangan flowmeter, diperlukan penyelarasan yang cermat dengan pipa, dan tidak boleh ada tonjolan di bagian hulu 5D. Pipa hilir harus mempertahankan diameter konstan tanpa batasan tambahan.

Cukup pipa lurus sebelum dan sesudah meteran aliran turbin gas

Van der Kam dan van Dellen (1991) menemukan bahwa untuk flowmeter turbin gas 12 inci, jarak hulu 10D cukup untuk memastikan pengoperasian yang tepat dalam kondisi yang diizinkan, sementara 15D diperlukan saat aliran pusaran hadir.

Mickan dkk. (1996a, 1996b) dan Wendt dkk. (1996) secara eksperimental menyelidiki distribusi kecepatan dalam pipa dan pengaruhnya terhadap flowmeter turbin gas. Penelitian ini menggunakan teknik pengukuran Doppler laser dan mengkaji dampak berbagai konfigurasi instalasi terhadap kinerja flowmeter vortex, termasuk: 1. Pengkondisi aliran; 2. Pemasangan siku tunggal; 3. Siku ganda non-koplanar; penyumbatan aliran sebesar 4,50% antar siku.

Pembaca yang tertarik dapat merujuk ke publikasi asli. Meskipun sebagian besar kesalahan eksperimen tetap di bawah 1%, hal ini tidak diamati secara universal di semua kondisi pengujian.

George (2002) mengkaji kemajuan teknologi flowmeter turbin dalam Laporan AGA No. 7 yang telah direvisi. Studi ini mengidentifikasi dua perkembangan signifikan sejak tahun 1996: desain rotor ganda dan flowmeter jarak jauh. Temuan utama meliputi:

• Untuk kondisi aliran kopling pendek, jarak dekat, kopling pusaran, dan aliran pusaran murni, empat instrumen yang dikalibrasi bersama menunjukkan kesalahan pengukuran dalam ±1%;

• Pengkondisi aliran yang terintegrasi dengan baik pada saluran masuk meter dapat mengurangi penyimpangan hingga ±0,25%;

• Konfigurasi rotor tunggal versus ganda menunjukkan dampak yang dapat diabaikan pada bias pengukuran;

• Variasi yang disebabkan oleh tekanan memerlukan penyelidikan tambahan.

Islam et al. (2003) melaporkan hasil eksperimen flowmeter turbin dengan pengkondisi aliran terintegrasi dalam kondisi aliran udara terganggu.

Balla dan Takaras (2003) mendokumentasikan penyimpangan sekitar 1% dalam kinerja flowmeter gas setelah satu tahun beroperasi, yang mungkin disebabkan oleh:

1.Akumulasi kondensat cair
2. Kontaminan sisa dari fabrikasi pipa
Ullebust dan Ekerhovd (2008) merekomendasikan protokol pemeliharaan berikut:
1. Pemeriksaan kekasaran permukaan internal pipa
2.Verifikasi integritas pengkondisi aliran
3. Pemeriksaan keselarasan flowmeter
4.Prosedur inspeksi visual

Batasan operasional:
• Kecepatan berlebih sementara hingga 20% diperbolehkan (meskipun kecepatan berlebih yang berkelanjutan dapat menyebabkan kerusakan)
• Pemantauan suhu dalam 2D hilir flowmeter diperlukan (kisaran yang ditentukan produsen: -10 hingga 50°C)
• Pengeringan gas wajib ketika kondisi proses menyebabkan kondensasi cairan di dalam pipa

Deteksi dan pemantauan

Metode yang paling umum untuk mengukur kecepatan roda turbin melibatkan penggunaan kotak roda gigi, yang dapat menimbulkan resistansi akibat rugi-rugi transmisi roda gigi. Selain itu, resistansi dapat disebabkan oleh kopling elektromagnetik, mekanisme tampilan aliran, dan proses kalibrasi. Penggunaan deteksi elektromagnetik dapat mengurangi resistansi tersebut secara signifikan.

Untuk sinyal frekuensi tinggi, sakelar induksi magnetik atau proximity dapat digunakan pada bilah aluminium, strip logam pada hub, atau cakram penggerak poros utama untuk mengekstraksi sinyal berdasarkan efek switching, mencapai frekuensi pengukuran hingga 3 kHz. Untuk aplikasi yang membutuhkan 1 hingga 10 pulsa per putaran, sakelar reed atau sensor slot dapat digunakan.

Reeb dan Joachim (2002) mengembangkan alat pemantauan daring untuk flowmeter turbin gas bernama AccuLERT G-II (FMC Measurement Solutions), yang diklaim dapat mendeteksi dan menganalisis kesalahan mekanis dan terkait cairan.

AccuLERT dapat memantau rasio waktu naik, rasio waktu turun, dan deviasi standar. Selain itu, AccuLERT juga dapat memantau variabel-variabel penting seperti laju aliran, waktu, dan perubahan selama pengoperasian untuk memperkirakan status pengoperasian flowmeter.

Fluida tidak stabil

Flowmeter turbin gas rentan terhadap kondisi aliran berdenyut. Ketika fluida berakselerasi, sudut datang yang meningkat pada bilah turbin menyebabkan akselerasi rotor lebih cepat. Sebaliknya, perlambatan aliran dapat menyebabkan bilah turbin macet dengan hambatan hambat minimal, sehingga mengakibatkan estimasi aliran keseluruhan yang terlalu tinggi. Pengukuran aliran yang sangat berdenyut dalam waktu lama dapat menyebabkan kerusakan bantalan pada rakitan turbin.

Head (1956) menetapkan koefisien pulsasi untuk flowmeter turbin, yang didefinisikan sebagai:

q i /q V =(1+αbΓ²)

Di mana q i adalah laju aliran yang ditampilkan oleh meter, q V adalah laju aliran aktual, (α=1/8 melambangkan hukum variasi sinusoidal fluida, b dapat dianggap sebagai 1 untuk meter aliran non-pengikut, dan Γ adalah amplitudo rezim aliran penuh relatif terhadap kecepatan rata-rata. Head yakin bahwa Γ=0,1 adalah nilai kritis untuk kesalahan signifikan.

Kurva atenuasi kecepatan tanpa fluida dapat diperoleh dari analisis transien, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 3. Gambar tersebut memungkinkan penentuan waktu deselerasi rotor hingga berhenti dan kemiringan terminal kurva peluruhan. Kemiringan ini secara fisik berkorelasi dengan rasio gaya hambat terhadap gaya inersia dalam kondisi aliran nol, yang berfungsi sebagai indikator diagnostik untuk kondisi bantalan.

Namun, de Jong dan van der Kam (1993) mempertanyakan kredibilitasnya dalam kondisi tekanan tinggi. Pembaca juga dapat merujuk pada artikel karya Lee dan Evans (1970), yang menjelaskan bagaimana mereka memperoleh kurva atenuasi kecepatan menggunakan metode beban gesek mekanis eksternal dan memberikan nilai-nilai tipikal gaya inersia. Sebagai contoh, untuk flowmeter tekanan rendah 150 mm, inersia putar rotor plastik adalah I=0,242×10⁻³kg⋅m³, dan inersia putar rotor tekanan tinggi aluminium adalah I=0,486×10⁻³kg⋅m³. Mereka juga mempertimbangkan variasi daun dengan nilai η=0,2.

Rotational speed decay curve of freely rotating flowmeter

Gambar 3 Kurva peluruhan kecepatan putar flowmeter yang berputar bebas
selama pengujian spin-down
(Direproduksi dengan izin dari ASME, setelah Lee dan Evans, 1970)

Lee dkk. (1975) memberikan kesalahan yang disebabkan oleh fluktuasi sinusoidal. Dengan asumsi skenario terburuk, di mana rotor tidak dapat mengikuti pulsa karena inersia yang berlebihan, kesalahan sekitar 0,5% diperoleh pada indeks pulsa 0,1, dan kesalahan sekitar 2% diperoleh pada 0,2, di mana indeks pulsa

Γ=

Gambar 4 berasal dari hasil Fenwick dan Jepson (1975), yang mengilustrasikan efek pulsasi gelombang persegi pada flowmeter turbin. McKee (1992) menemukan bahwa kesalahannya adalah 0 pada variasi 2% dan melebihi 1,5% pada variasi 6% [Atkinson, 1992]. Metode perhitungan numerik digunakan untuk menentukan kesalahan yang disebabkan oleh pulsasi fluida yang mendekati sinusoidal pada flowmeter. Cheesewright dkk. (1996) mengemukakan kekhawatiran tentang kurangnya data yang dilaporkan mengenai bentuk gelombang berdenyut.

Fenwick dan Jepson (1975) melakukan percobaan dengan memasukkan aliran berdenyut 60 detik ke dalam flowmeter 100 mm, menghasilkan pengukuran yang melebihi laju aliran aktual sebesar 40%.

Jungowski dan Weiss (1996) menguji flowmeter 100 mm di bawah aliran udara berdenyut pada frekuensi 5 hingga 185 Hz. Hasil mereka menunjukkan bahwa ketika rasio kecepatan akar kuadrat rata-rata terhadap kecepatan rata-rata adalah 0,1, pembacaannya ditaksir terlalu tinggi sebesar 1%, dan ketika rasionya 0,2, angka ditaksir terlalu tinggi mencapai 4%.

Stoltenkamp dkk. (2003) menyajikan sebuah studi menarik, yang membahas kemungkinan kesalahan pembacaan flowmeter turbin akibat osilasi gas akibat efek akustik. Mereka juga mengusulkan sebuah model teoretis untuk menjelaskan fenomena tersebut.

Saya memproses beberapa data eksperimen di mana laju aliran gas alam beralih dari tinggi ke rendah, disertai dengan perubahan mendadak dan kesalahan signifikan—perilaku yang telah diprediksi oleh Jepson dan lainnya dalam metodologi mereka.

experimental data of natural gas flow rate

Gambar 4 Efek aliran termodulasi pada flowmeter turbin 100 mm

Di mana menggunakan pengukur aliran turbin gas?

Pengukur aliran turbin gas cocok untuk semua gas non-korosif dan gas bahan bakar, termasuk: pengukur aliran gas CO2 , gas kota, gas alam, gas kilang, gas oven kokas, pengukur aliran propana , pengukur aliran butana, campuran LPG/udara, asetilena, etana, pengukur aliran nitrogen, karbon dioksida CO2, udara, dan semua gas inert.

Gas turbine flow meters are measuring natural gas

Pengukur aliran turbin gas mengukur gas alam

Pengukur aliran turbin umumnya tidak digunakan untuk pengukuran oksigen karena alasan berikut:

1. Pelumas harus tidak reaktif dengan oksigen.
2. Kecepatan aliran oksigen dalam pipa tidak boleh melebihi 10 m/s, karena kecepatan yang lebih tinggi dapat menyebabkan oksidasi pipa—pengukur aliran turbin gas memerlukan kecepatan yang lebih rendah.

Pfrehm (1981) mengadaptasi teknik pengukuran aliran cairan yang diterima secara luas untuk mengembangkan metode pengukuran aliran massa gas etilen. Metode ini menggunakan flowmeter, densitometer, komputer aliran, dan proofer piston dua arah. Akurasi flowmeter ini diklaim ±0,2%, dengan linearitas yang dipertahankan dari 20% hingga 100% dari skala penuh.

Keuntungan dan kerugian

Pengukur aliran turbin gas presisi tinggi

1. Degradasi atau keausan mekanis mengubah gesekan dan geometri bilah, mengurangi rentang pengaturan flowmeter dan menyebabkan deviasi pembacaan. Filtrasi dapat memperlambat kerusakan meter, dan inspeksi rutin sangat penting. Uji perlambatan dapat mengindikasikan degradasi bantalan.

2. Fluktuasi fluida yang cepat menyebabkan pembacaan berlebih. Misalnya, siklus aliran 10 menit menyala/10 menit mati dapat menyebabkan perkiraan berlebih sebesar 3%.

3.Aliran yang berputar-putar mengganggu pembacaan, sehingga memerlukan pelurus aliran.

4.Variasi tekanan dan gesekan bantalan yang tinggi dapat menyebabkan penyimpangan pembacaan hingga 2%.

5.Kegagalan flowmeter tidak membahayakan keselamatan aliran gas.

Selain itu, van der Kam, Dam, dan van Dellen (1990) membahas keandalan, presisi tinggi, pengukuran rotor ganda, dan sistem bantalan.

Maaf, tapi tidak ada hasil untuk seaching Anda. Coba cari dengan kata kunci yang berbeda.