질량 유량에서 체적 유량으로: 엔지니어를 위한 변환 가이드

중국 동부의 한 석유화학 시설은 동일한 포화 증기 헤더에서 직렬로 두 개의 유량계(하류의 와류 유량계와 상류의 코리올리 질량 유량계)를 운영했습니다. 한 달 동안 기기들은 2% 이내에서 서로를 추적했습니다. 그런 다음 발전소의 증기 부하가 바뀌었고 헤더 압력은 주말 동안 거의 4bar 떨어졌으며 두 판독값은 11% 차이가 났습니다. 체적 측정 장치인 와류 측정기는 시운전 시 프로그래밍된 고정 밀도를 적용하고 있었습니다. 코리올리스 미터는 질량을 직접 측정하고 있었습니다. 어느 미터에도 결함이 없었습니다. 오류는 개념적이었습니다. 공장에서는 밀도를 재검토하지 않고 부피 판독값을 질량 판독값인 것처럼 처리했습니다.

유량계측을 사용해 본 모든 엔지니어는 이 문제에 대해 어느 정도 직면한 적이 있습니다. 질량 유량과 체적 유량 사이의 관계는 믿을 수 없을 정도로 단순해 보입니다. 하나의 방정식, 하나의 밀도 값입니다. 그러나 밀도가 명판에 나와 있는 것과 같은 경우는 거의 없습니다. 변환을 잘못하면 재료 균형이 왜곡되고, 증기 및 에너지 회계가 훼손되고, 에너지가 낭비되며, 극단적인 경우 공정이 안전하지 않은 작동 상태로 몰릴 수 있습니다.

이 기사에서는 각 유속이 실제로 알려주는 내용, 유속 간 변환 방법, 실제 공정 조건에서 밀도에 어떤 일이 발생하는지, 질량을 직접 측정하는 장비 기술과 대신 부피를 측정하는 장비 기술, 서비스에 적합한 선택을 하는 방법에 대해 설명합니다. 결론은 다음과 같습니다. 질량 흐름은 공정 경제성과 안전성의 기반이 되는 물리적으로 보존된 양입니다. 체적 흐름은 밀도가 알려져 있고 안정적이며 올바르게 적용된 경우에만 신뢰할 수 있는 편리한 프록시입니다.

질량 유량과 체적 유량: 각 양이 실제로 알려주는 것

질량 유량은 단위 시간당 주어진 단면을 통과하는 유체의 질량입니다. 산업계에서는 시간당 킬로그램, 시간당 톤 또는 분당 파운드로 표시됩니다. 질량은 일반적인 과정에서 보존됩니다. 질량은 압력, 온도 또는 위상 변화에 의해 생성되거나 파괴될 수 없습니다. 프로세스가 질량을 잃거나 증가하는 것처럼 보이는 경우 실제로 보고 있는 것은 질량 수치 자체의 변화가 아니라 재고의 변화입니다.

체적 유량은 단위 시간당 단면을 통과하는 유체의 부피(시간당 입방미터 또는 분당 리터)입니다. 볼륨은 보존되지 않습니다. 대기압에서 1입방미터를 차지하는 동일한 킬로그램의 가스는 더 높은 압력에서 해당 부피의 일부를 차지합니다. 회전당 일정한 부피를 전달하는 펌프는 유입되는 유체의 밀도에 따라 매우 다른 질량 유량을 전달합니다.

실질적인 결과는 간단하고 종종 간과됩니다. 프로세스 질문이 "얼마나 많은 재료가 생산, 소비 또는 전송되고 있는지"로 표현되면 대답은 대량으로 속합니다. "이 탱크가 얼마나 빨리 채워지는지" 또는 "이 수도관의 흐름은 얼마나 됩니까?"라는 질문이 있을 경우 체적 기준이 자연스럽고 적절합니다. 둘을 혼동하는 것은 단위 문제가 아닙니다. 그것은 의미의 문제이다.

두 양은 밀도로 연결됩니다. 체적 흐름에서 질량 흐름을 얻으려면 계기 작동 조건에서 유체의 밀도를 곱하십시오. 질량 흐름에서 체적 흐름을 얻으려면 동일한 밀도로 나눕니다. 산술은 사소한 것입니다. 엔지니어링 문제는 사용할 밀도 값을 결정하는 것이며, 여기서 대부분의 실제 오류가 시작됩니다.

변환 공식: 하나의 방정식, 하나의 캐치

ṁ는 질량 유량, Q는 체적 유량, ρ는 유체 밀도이며 관계는 다음과 같습니다.

ṁ = Q × ρ , 따라서 Q = ṁ / ρ

먼저 유동적인 예제를 살펴보세요. 20°C의 물의 밀도는 약 998kg/m입니다. ³ . 20m를 운반하는 라인 ³ 따라서 /h의 물은 20 × 998 = 19,960kg/h, 즉 시간당 거의 20톤을 운반합니다. 물의 밀도는 온도에 따라 천천히 변하기 때문에 이 변환은 온도가 안정적인 수년 동안 유효합니다.

이제 가스의 예를 들어보겠습니다. 25°C 및 대기압의 공기 밀도는 대략 1.18kg/m입니다. ³ . 시간당 20입방미터의 공기는 약 24kg/h에 불과합니다. 동일한 공기를 절대압력 6bar로 압축하면 밀도가 약 7.1kg/m까지 증가합니다. ³ ; 이제 동일한 체적 유량은 약 142kg/h를 나타냅니다. 부피 수는 변하지 않았지만 운반된 질량은 6배 증가했습니다. 첫 번째 조건을 두 번째 밀도로 변환하거나 그 반대로 변환한 사람은 수백 퍼센트 차이가 날 것입니다.

이것이 이 섹션 제목의 핵심입니다. 전환 계수 자체가 변수입니다. 액체의 경우 천천히 변합니다. 가스의 경우 압력과 온도가 변할 때마다 달라집니다. 증기의 경우 적당한 압력 범위에서 극적으로 달라질 수 있습니다.

보고 규칙과 관련된 두 번째 문제가 있습니다. 천연 가스 및 압축 공기 분야에서 유량은 시간당 표준 입방미터(Nm)로 표시되는 경우가 많습니다. ³ /h) 또는 시간당 표준 입방미터(Sm) ³ /h). 이는 라인 조건에서의 실제 체적 유량이 아닙니다. 이는 고정된 기준 조건(일반 입방미터의 경우 0°C 및 1.01325bar, 표준 입방미터의 경우 동일한 압력에서 15°C 또는 20°C)에서 가스가 차지하는 부피로 표현된 질량 유량입니다. 10,000Nm로 보고된 수치 ³ /h는 파이프의 실제 압력에 관계없이 일반적인 천연가스 구성에 대해 대략 7,500kg/h의 질량 유량입니다. 따라서 실제 부피, 정상 부피 및 질량을 변환하려면 기준 조건과 실제 작동 조건이 모두 올바르게 기술되어야 합니다.

밀도: 움직이는 다리

밀도는 단위 부피당 질량입니다. 공정 조건에서의 동작에 따라 부피 판독값을 질량 대신 사용할 때 흡수하는 오류의 양이 결정됩니다. 다양한 유체 제품군은 매우 다르게 작동하며 이러한 차이가 이 문서의 뒷부분에 설명된 전체 기기 선택 논리를 주도합니다.

액체는 거의 비압축성이지만 열에 의해 팽창합니다. 물은 10~60°C 범위에서 섭씨 1도당 밀도가 약 0.03% 감소합니다. 10°C에서 50°C까지의 전체 범위는 밀도를 약 1.2% 변경합니다. 그것은 작게 들리지만 종종 그렇습니다. 하지만 1,000m 안에 ³ /h 급수관에서 1.2% 밀도 오류는 시간당 12톤의 숨겨진 오류입니다. 탄화수소는 더 많이 팽창합니다. 경유 디젤은 15°C에서 40°C 사이에서 밀도를 2% 조금 넘게 변경합니다. 액체 연료의 상거래용 경우 2%의 오류는 전적으로 중요한 문제이므로 계량 스키드에서 가정이 아닌 밀도를 측정합니다.

가스는 첫 번째 근사값인 이상기체 법칙에 따라 동작합니다. ρ = P × M / (R × T). 여기서 P는 절대 압력, T는 절대 온도, M은 몰 질량, R은 보편적 기체 상수입니다. 절대압력이 2배가 되면 밀도도 2배가 됩니다. 절대 온도를 280K에서 320K로 높이면 밀도가 12.5% ​​낮아집니다. 실제 가스는 이상적인 법칙에서 벗어나고 그 편차는 압축률 Z에 의해 포착되지만 정성적 결론은 변하지 않습니다. 가스 밀도는 압력이나 온도가 변할 때마다 크게 변합니다.

스팀은 특별한 경우입니다. 포화 증기 밀도는 압력의 가파른 함수입니다. 절대압력 5bar와 절대압력 10bar 사이에서 포화 증기 밀도는 약 2.67kg/m에서 약 5.15kg/m로 거의 두 배가 됩니다. ³ . 더 낮은 조건에 맞게 보정된 용적 증기 계량기는 더 높은 조건에 도달할 때 질량 유량을 거의 50% 과소평가합니다.

패턴이 일관적입니다. 액체의 경우 좁은 온도 범위에서 고정된 밀도가 허용될 수 있습니다. 가스와 증기의 경우에는 사실상 그렇지 않습니다.

산업 공정이 대량 흐름을 기반으로 구축되는 이유

일반적인 프로세스 플랜트를 지원하는 엔지니어링 계산을 살펴보면 거의 모두 질량 기반입니다. 다음 섹션에서 설명할 몇 가지 응용 프로그램은 예외이며 볼륨이 자연스러운 상업 단위입니다. 질량이 유량 측정을 지배하는 이유를 이해하면 계측기 선택이 종종 질량을 직접 측정하거나 부피에서 재구성하는 결정에 따라 결정되는 이유를 설명합니다.

연소와 에너지 방출이 가장 명확한 예입니다. 보일러, 용광로 또는 가스 터빈은 제어된 공연비를 필요로 하며, 그 비율은 부피가 아닌 질량 비율입니다. 눈에 띄지 않는 연료 가스 압력의 변화는 동일한 부피 판독에 대해 전달되는 연료의 질량을 변화시키고, 화학양론을 이동시키고, 화염 온도를 변경하고, 배출을 증가시키고, 효율성을 저하시킵니다. 연소 공기와 연료의 체적 흐름만 추적하는 작업자는 이러한 변화를 사실상 인식하지 못합니다.

증기 시스템은 에너지를 분배하고 증기의 에너지는 질량에 의해 전달됩니다. 8bar에서 시간당 1톤의 포화 증기가 응축될 때 유용한 공정 열의 2/3에 해당하는 열을 방출합니다. 따라서 증기 질량 흐름 판독값의 10% 오류는 발전소 에너지 균형의 10% 오류이며, 이는 보일러 효율 보고서나 응축수 회수 균형에서 설명할 수 없는 격차로 표면화됩니다.

화학반응 화학양론은 세 번째 이유를 제공합니다. 두 개의 별도 스트림으로 구성된 반응기 공급물은 몰비에 따라 혼합됩니다. 두더지는 질량을 분자량으로 나눈 값입니다. 공급 시스템이 하나의 성분을 부피별로 측정하고 밀도가 변동하는 경우 몰 비율이 변경되고 반응기는 사양을 벗어난 제품을 생산하거나 값비싼 촉매를 낭비하거나 위험한 부반응을 일으킬 수 있습니다.

자재수지, 생산량 계산 및 손실 통제에도 대량이 필요합니다. 월별 물질 수지를 마감하는 공장에서는 총계를 사용하여 누출, 도난, 공정 혼란 및 회계 오류를 감지합니다. 질량만 보존되므로 이러한 균형은 부피가 아닌 질량을 조정합니다. 유효한 밀도 없이 저울에 입력되는 용적 측정값은 조사하는 데 며칠이 소요되는 환상의 이득 또는 손실을 생성합니다.

마지막으로, 안전 시스템은 질량에 따라 크기가 결정됩니다. 압력 릴리프 밸브와 플레어 헤더는 최악의 시나리오에서 생성될 수 있는 질량 흐름을 처리해야 합니다. 정확한 밀도 없이 용적 판독값을 기준으로 릴리프 장치 크기를 조정하는 것은 작은 릴리프 시스템으로 가는 빠른 경로이자 시설 보호 계층의 심각한 격차입니다.

체적 유량이 올바른 측정인 경우

질량 흐름이 항상 필요한 양은 아닙니다. 합법적인 체적 측정 애플리케이션을 인식하면 대량 계측기에 대한 과도한 지출을 방지하고 엔지니어링을 정직하게 유지할 수 있습니다.

물과 폐수 네트워크가 가장 큰 범주입니다. 분배 시스템은 용량을 기준으로 비용이 청구되고, 탱크 크기는 용량을 기준으로 하며, 펌프 곡선은 용량을 기준으로 게시됩니다. 정상 작동 범위에 걸친 물 밀도 변화는 가장 엄격한 질량 수지를 제외한 모든 경우에 무시할 수 있을 만큼 작습니다. 도시 용수, 냉각수 및 폐수 라인은 부피를 직접 판독하는 전자기 또는 초음파 계량기로 잘 공급됩니다.

배치 충전 및 투여는 두 번째 범주를 형성합니다. 목표가 용기를 특정 수준까지 채우거나 정의된 부피의 액체를 반응기에 전달하는 것인 경우, 부피 판독 자체가 공정 목표입니다. 배치의 질량은 준비된 혼합물의 밀도로부터 나중에 계산할 수 있습니다.

세 번째 범주는 압력과 온도가 제어되는 서비스의 가스 흐름입니다. 조절된 압력으로 수신기에서 작동하는 압축 공기 시스템은 한 번에 몇 시간 동안 거의 일정한 밀도를 유지합니다. 단일 설정점 밀도 값을 가진 터빈 계기 또는 와류 계기는 공기 압축기 네트워크에 대해 완전히 적절한 모니터링 정보를 제공할 수 있습니다.

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코리올리스 유량계로 직접 질량 측정

밀도 오류로 인한 비용이 높을 때 가장 깨끗한 솔루션은 질량을 직접 측정하는 것입니다. 코리올리스 유량계는 직접 질량 측정을 위한 산업 표준입니다.

코리올리스 측정기 작동 방식

코리올리스 측정기에는 유체가 흐르는 하나 또는 두 개의 곡선형 또는 직선형 튜브가 포함되어 있습니다. 튜브는 전자기 드라이버에 의해 고유 주파수로 진동됩니다. 유체가 진동하는 튜브를 통해 이동할 때 질량 유량에 비례하는 방식으로 튜브 진동을 왜곡하는 코리올리 가속도가 발생합니다. 튜브의 두 지점에 있는 센서는 이러한 위상 변화를 감지하고 이를 질량 판독값으로 변환합니다. 측정의 물리학은 유체의 밀도, 온도, 압력 또는 흐름 프로필에 의존하지 않으며, 이는 기술을 본질적으로 질량 기반으로 만드는 이유입니다.

동일한 진동 주파수는 튜브 내부의 질량도 드러내며, 부산물로 미터에 지속적인 밀도 출력을 제공합니다. 이 밀도 출력은 종종 1/10%까지 정확하며 농도 모니터링, 제품 변경 감지 또는 라인 조건에서 측정된 질량 유량을 체적 유량으로 변환하는 데 자체적으로 사용될 수 있습니다.

실제 강점과 한계

코리올리스 계측기의 강점은 상거래 부품이 없고 업스트림 또는 다운스트림 직관 요구 사항이 없으며 턴다운 비율이 넓으며 잘 적용되는 산업용 계측기의 일반적인 정확도가 0.1~0.2%라는 점 등 상거래 및 중요한 프로세스 서비스에서 광범위하게 사용되는 이유를 설명합니다. 그들은 액체, 슬러리, 고밀도 가스에도 똑같이 편안함을 느낍니다.

한계는 측정보다는 적용에 더 가깝습니다. 코리올리스 계기는 흐름이 제한을 통과하기 때문에 압력 강하를 발생시킵니다. 라인 크기에 따라 비용이 급격히 증가합니다. 외부 진동이 측정에 전달되지 않도록 계기 본체를 적절하게 지지해야 합니다. 고온 서비스에서는 유동관 재료와 전자 장치를 신중하게 지정해야 합니다.

직접적인 질량 및 밀도 측정을 위한 AC 시리즈 코리올리스 질량 유량계 이 코리올리스 미터는 하나의 장비에서 실제 질량 유량, 밀도 및 온도를 제공하므로 밀도 가정이 실패하는 화학 물질 투여 및 공정 제어에 적합합니다. 제품보기 →

VNER의 AC 시리즈 코리올리스 질량 유량계는 현대 공장에서 이 기술의 실제 형태를 보여줍니다. 이는 단일 장비에서 실제 질량 판독값, 밀도 판독값 및 온도 판독값을 제공하며 일반적으로 밀도 가정이 잘못된 것으로 알려진 화학 물질 주입, 공정 제어 및 연료 측정 응용 분야에 지정됩니다. 측정 원리에 대한 자세한 설명은 여기에서 확인할 수 있습니다. 코리올리스 질량 유량계 작동 방식에 대한 기사 .

이 기사의 시작 부분에서 설명한 증기관 불일치를 다루는 엔지니어의 경우 코리올리스 계기는 문제의 원인을 제거합니다. 질량 계산에 밀도가 필요하지 않기 때문에 밀도가 가정되지 않습니다. 나중에 보고를 위해 체적 수치가 필요한 경우 계기의 밀도 출력은 역변환을 수행합니다. 하나의 장비는 질량-부피 관계의 양방향을 다룹니다.

온도 및 압력 보상으로 부피 측정

코리올리스 미터는 많은 응용 분야에 경제적으로 적합하지만 모든 응용 분야에 적합한 것은 아닙니다. 대규모 송수관, 광범위한 공기 분배 네트워크 또는 필요한 정확도가 몇 퍼센트인 프로세스에는 대안보다 몇 배 더 많은 비용이 드는 질량 측정기가 필요하지 않습니다. 이러한 서비스에서는 부피 측정기와 밀도 계산이 일반적인 솔루션입니다.

개념은 간단합니다. 계량기는 부피를 측정하고, 2개 또는 3개의 트랜스미터는 계량기의 실제 압력과 온도를 측정하며, 유량 컴퓨터 또는 제어 시스템은 해당 값으로부터 밀도를 계산합니다. 가스의 경우 계산은 다음과 같습니다.

ṁ = Q × P × M / (Z × R × T)

P와 T는 미터 위치에서 측정되어 절대 단위로 변환됩니다. 증기의 경우 밀도는 포화 증기의 경우 측정된 압력, 과열 증기의 경우 압력 및 온도를 사용하는 증기표 공식에서 나옵니다.

이 접근 방식은 얼마나 좋은가요? 잘 관리된 와류 또는 소용돌이 측정기, 스팬의 0.5% 이상으로 보정된 압력 트랜스미터, 1켈빈 미만의 오류가 있는 온도 프로브, 일정하게 유지되는 유체 구성을 사용하면 결과적인 질량 흐름 불확실성은 일반적으로 판독값의 1.5~3% 범위에 있습니다. 이는 내부 효율성 모니터링, 프로세스 단위 간 할당 및 대부분의 규제 보고에 적합합니다. 일반적으로 0.5% 정도의 불확실성이 요구되는 재정 보관 이전에는 적합하지 않습니다.

가정이 중요합니다. 유체는 단상이고 균질해야 합니다. 습증기는 밀도 계산을 완전히 중단시킵니다. 계산에 사용되는 압력은 제어 밸브를 지나 50미터 하류의 탭핑 지점이 아닌 체적 요소의 압력이어야 합니다. 온도 센서는 올바른 깊이로 삽입되어야 합니다. 그리고 몰 질량 M이 밀도 공식에 직접 나타나기 때문에 조성을 검증해야 합니다.

보상 기능이 통합된 SA80T-TP 시리즈 소용돌이 유량계 이 소용돌이 유량계는 온도 및 압력 센서를 하나의 본체에 통합하여 증기 및 압축 가스 에너지 계량 응용 분야에서 질량 유량 출력에 대한 실시간 밀도 보상을 가능하게 합니다. 제품보기 →

VNER는 SA80TTP 시리즈 온도-압력 보상 소용돌이 유량계를 사용하여 통합 문제를 해결합니다. 소용돌이 측정기는 와류의 세차 운동을 통해 체적 유량을 측정하고 SA80TTP 변형은 동일한 몸체에 통합 압력 포트와 온도 센서를 추가하므로 보상 계산에는 측정 지점의 실제 공정 조건이 사용됩니다. 하나의 장비가 라인에 플랜지되어 별도로 장착된 트랜스미터와 임펄스 라인의 일반적인 패치워크 없이 보상된 질량 유량 출력을 제공합니다. 포화 증기 분배 및 압축 가스 네트워크와 같은 서비스에서 이러한 유형의 계량기는 플랜트 에너지 회계의 주력 제품이 되었습니다.

선택 방법: 직접 질량 또는 보상 부피

질량을 직접 측정하는 것과 보상을 통해 부피를 측정하는 것 사이의 선택은 작은 질문 세트로 줄어듭니다. 구매하기 전에 답변을 하면 가장 흔히 발생하는 두 가지 사양 오류, 즉 필요하지 않은 서비스를 위해 질량 측정기를 구입하는 것과 필요한 서비스를 위해 일반 부피 측정기를 구입하는 것을 방지할 수 있습니다.

1. 유체란 무엇이며, 작동 영역 전반에 걸쳐 유체의 밀도가 얼마나 변할 수 있습니까? 안정적인 온도의 물: 위험이 거의 없습니다. 3~10bar의 포화 증기: 엄청납니다.
2. 애플리케이션에 실제로 요구되는 정확도는 어느 정도입니까? 보일러 연소 공기 모니터에 대한 5% 허용 오차는 제품 로딩에 대한 0.3% 요구 사항과 다릅니다.
3. 잘못한 결과는 무엇입니까? 왜곡된 보고서와 비효율성은 한 가지입니다. 과소 구제 계산 또는 거부된 양육권 양도는 또 다른 것입니다.
4. 구매 가격뿐만 아니라 압력 손실, 교정, 유지 관리를 포함한 총 소유 비용은 얼마입니까?

두 가지 추가 기준이 사양 프로세스에 속합니다. 첫째, 교정 기능: 질량 측정기는 검증된 교정 루프만큼만 우수합니다. 둘째, 엔지니어링 지원: 카탈로그 표가 아닌 실제 프로세스 데이터를 기반으로 계측기 크기를 조정하는 공급업체는 명시된 서비스 정확도를 충족하는 계측기를 제공할 가능성이 훨씬 더 높습니다. VNER는 엔지니어링 중심의 크기 조정 접근 방식을 다음과 같이 설명합니다. 페이지 소개 , 올바른 흐름 구간 선택, 저유량 컷오프 설정, 보상 계산을 위한 올바른 밀도 모델 지정 등의 세부 사항에 실제 값이 표시됩니다.

실제 사례: 실제 서비스에서 볼륨을 질량으로 변환

수치적 예는 개념을 고정시킵니다. 다음 세 가지 경우는 플랜트 실무에서 가장 일반적인 변환 작업을 나타냅니다.

포화 증기

포화 증기 라인의 와류 측정기의 값은 8,000m입니다. ³ /h 7 bar 절대압. 포화 온도는 약 165°C이고 증기 테이블 밀도는 3.67kg/m입니다. ³ . 질량 유량은 8,000 × 3.67 = 29,360kg/h입니다. 식물이 2.16kg/m의 고정 밀도를 유지했다면 ³ 이전의 4bar 작동 지점에서 계산된 질량 유량은 17,280kg/h가 되어 실제 질량을 41% 과소평가합니다. 그 숫자를 기반으로 한 증기 저울은 막대하고 불가능한 손실을 보여줄 것입니다.

고압의 천연가스

DN100 미터 실행은 20bar 절대압 및 25°C의 천연가스를 운반합니다. 평균 속도는 10m/s이다. 단면적은 π × (0.1)² / 4 = 0.00785 m²이므로 체적 유량은 10 × 0.00785 × 3,600 = 283 m입니다. ³ /h. 몰 질량이 17.2kg/kmol이고 압축률 Z가 20bar 및 25°C에서 0.92이고 보편적 기체 상수가 8,314J/(kmol·K)인 경우 밀도는 (20 × 10⁵ × 17.2) / (0.92 × 8,314 × 298.15) ≒ 15.1kg/m입니다. ³ . 질량 유량은 283 × 15.1 = 4,273kg/h입니다. 일반 입방미터에서는 4,273 / 0.72 ≒ 5,900 Nm입니다. ³ /h. 피해야 할 실수는 실제 부피에 정규 밀도를 곱하는 것입니다: 283 × 0.72 = 204kg/h, 이는 95% 이상의 오류입니다.

따뜻한 온도의 액체 탄화수소

터빈 미터의 길이는 120m입니다. ³ 35°C에서 디젤의 /h. 15°C에서의 밀도는 840kg/m3입니다. ³ ; 35°C에서는 약 824kg/m입니다. ³ . 실제 질량 흐름은 120 × 824 = 98,880kg/h입니다. 고정된 15°C 밀도를 사용하면 100,800kg/h가 되며 이는 1.9% 과장된 수치입니다. 월간 전송량이 10,000톤 이상인 경우 이는 상업 계약에서 요구하는 밀도에 따라 한 방향 또는 다른 방향으로 약 190톤의 청구 오류가 발생합니다.

감사 및 문제 해결에 나타나는 일반적인 함정

수년간의 공장 감사를 통해 현장 전체에서 반복되는 동일한 변환 오류가 드러났습니다. 일단 인식하면 예방하기 쉽습니다.

• 시운전 시 프로그래밍된 고정 밀도이며 다시는 검토되지 않습니다. 증기 및 가스 서비스에서 가장 빈번하게 발생하는 오류 원인입니다. 작동 압력이 조금씩 올라가고 유체 밀도가 높아지며 질량 판독값은 이전 값에 고정됩니다.
• 절대 압력이 필요한 곳에 사용되는 게이지 압력입니다. 밀도 방정식은 절대 압력을 기반으로 합니다. 7bar 프로세스에서 게이지 압력을 사용하면 대기 기준선이 누락되어 밀도가 약 14% 과장됩니다.
• 보고에 참조 조건이 혼합되어 있습니다. 일반 입방미터(0°C, 1.01325bar)와 표준 입방미터(15°C 또는 20°C)는 DCS 태그에서 유사해 보이지만 동일한 수치 값에 대해 질량 차이는 약 5%입니다.
• 잘못된 위치에서 압력이 측정되었습니다. 트랜스미터가 제어 밸브 또는 스트레이너의 다운스트림에 있는 경우 밀도 계산에서는 계기 요소의 유체를 나타내지 않는 압력을 사용합니다.
• 구성 드리프트가 무시되었습니다. 바이오가스, 소화 가스, 정유 연료 가스는 시간이 지남에 따라 구성이 변경됩니다. 밀도 계산에서 고정된 몰 질량은 질량 흐름을 조용히 왜곡합니다.
• 포화 증기로 처리되는 습증기. 품질이 90%인 증기는 동일한 압력에서 순수 포화 증기보다 밀도가 약 10% 낮습니다. 순수 증기표 값을 사용하면 질량 유량이 약 10% 정도 과장됩니다.
• 압축률 Z는 고압에서 생략되었습니다. 60bar에서 대부분의 탄화수소 가스의 Z 값은 0.85에서 0.92 사이입니다. Z를 1로 설정하면 다른 모든 계산에 오류가 8~15% 추가됩니다.

이러한 함정 각각은 공통적인 뿌리를 공유합니다. 즉, 계산을 설정한 엔지니어는 밀도가 변하지 않는다고 가정했습니다. 해결 방법은 밀도를 실제 변수로 처리하고 이를 주기적으로 확인하는 것입니다.

올바른 전환을 위한 현장에서 입증된 방법

이러한 개념을 반복 가능한 작업 절차로 변환하세요. 다음 순서는 수십 개의 플랜트에 걸쳐 시운전, 문제 해결 및 감사 작업에서 테스트되었습니다.

1. 계측기가 실제로 출력하는 것을 설정합니다. 미터 태그, 설명서 및 DCS 구성을 읽으십시오. "흐름" 출력 볼륨으로 표시된 일부 미터; 다른 사람들은 질량을 출력합니다. 일부는 둘 다 출력합니다. 수학을 수행하기 전에 확인하십시오.
2. 계기의 유체 상태를 정의합니다. 온도, 계기요소의 절대압력, 상, 검증 당시의 조성을 기록한다.
3. 유체와 일치하는 밀도 소스를 선택합니다. 안정된 온도의 액체의 경우 밀도 표로 충분합니다. 가스의 경우 현실적인 Z 계수를 사용하여 상태 방정식을 사용합니다. 증기의 경우 압력이나 온도를 측정한 승인된 증기표 공식을 사용하십시오.
4. 변환하고 교차 확인하세요. 질량 유량을 얻으려면 체적 유량에 선택한 밀도를 곱하십시오. 가능하다면 결과를 공장 수준의 물질 수지, 체중계 또는 다른 원리의 두 번째 장비와 비교하십시오.
5. 변환을 자동화하십시오. 스프레드시트의 수동 변환은 기록 오류를 발생시키며 적절한 빈도로 거의 반복되지 않습니다. 실시간 압력 및 온도 입력을 통해 유량 컴퓨터 또는 DCS에 밀도 계산을 입력합니다.
6. 비즈니스에 필요한 단위로 보고합니다. 물질 균형을 위한 질량, 가스 계약을 위한 일반 부피, 파이프라인 용량을 위한 실제 부피. 숫자 옆에 참조 조건을 명시하십시오.
7. 간격을 두고 다시 확인하세요. 유량계 자체와 동일한 일정에 따라 압력 및 온도 트랜스미터를 교정합니다. 보상된 체적 시스템은 입력의 정확도가 가장 낮은 만큼만 정확합니다.

적당한 정확도 목표를 가진 안정적인 밀도 액체의 경우 3단계와 4단계는 몇 분 정도 걸립니다. 조건이 가변적인 가스 또는 증기 네트워크의 경우 동일한 단계를 통해 보상 하드웨어 또는 밀도 문제를 완전히 제거하는 직접 질량 측정기에 대한 투자가 정당화됩니다.

증기선의 2미터로 다시 한 번 돌아갑니다. 발전소는 이러한 불일치를 세 가지 방법으로 처리할 수 있었습니다. 와류 측정기를 재보정하고 단기 패치인 고정 밀도를 다시 입력합니다. 모니터링 등급 정확도를 위한 내구성 있는 솔루션인 용적 측정기에 압력 및 온도 보상을 설치합니다. 또는 질량 정확도가 중요한 경우 최종 솔루션인 코리올리스 질량계로 교체하십시오. 세 가지 모두 합법적인 엔지니어링 대응입니다. 올바른 것은 측정 목적에 따라 다릅니다.

이것이 이 글의 핵심 아이디어이다. 질량유량에서 체적유량으로의 변환은 1곱셈이고, 그 반대는 1나누기입니다. 어려운 점은 산술이 아닙니다. 그것은 밀도입니다. 계량기의 실제 밀도를 알고, 압력, 온도, 구성 성분이 밀도를 어떻게 움직이는지 이해하고, 질량을 직접 측정하거나 이를 재구성하기 위해 데이터를 제공하는 기기를 선택한 공정 엔지니어는 매일 신뢰할 수 있는 수치를 생성할 것입니다. 현재 사용 가능한 장비는 뛰어난 진단 기능을 갖추고 있지만 구성 당시 잘못된 개념을 보완할 수는 없습니다.

VNER는 AC 시리즈 코리올리스 질량 유량계부터 보상된 소용돌이 및 와류 계측기에 이르기까지 두 가지 계측기 제품군을 모두 제조하며 엔지니어는 정기적으로 EPC 계약자, 플랜트 운영자 및 OEM이 특정 프로세스에 적합한 접근 방식을 결정하도록 돕습니다. 결정은 당연히 플랜트에 대한 단 하나의 질문, 즉 이 프로세스에서 질량 또는 부피 중 무엇을 알아야 합니까?에서 시작됩니다.