E+H熱式氣體質(zhì)量流量計-basic課件

1、Proline t-mass 熱式氣體質(zhì)量流量計Slide 1E+H China全球熱式質(zhì)量流量計市場份額 從 2004 到2005 銷售增加了$3.6M E+H -0.4% 市場份額E+H 增加 +1.6% 臺數(shù) Kurz11%FCI (Fluid Components International LLC)14%Sierra （美國思雅樂 ）24%E+H 6.9%Others27.6%ABB 7.3%11ZpT1T2T3Z 1比理想氣體膨脹當(dāng)理想氣體受到壓縮時，真實氣體因子來說明這個偏差 2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)15

2、真實氣體因子 - Z真實氣體因子與下列有關(guān): 氣體, 壓力和溫度1 bar a5 bar a10 bar a20 bar a40 bar aAir 20 C0.99970.99860.99720.99440.9889Air 100 C1.00011.00071.00131.00271.0053CO2 20 C0.99450.97270.94530.8906-CO2 100 C0.99780.98920.97850.95700.9140He 20 C1.00021.00121.00241.00481.0096He 100 C1.00021.00091.00191.00381.0076Ammoni

3、a 100C0.99590.97970.95930.91870.8374Chlorine 100 C0.99390.96970.93950.8789-Argon 20 C0.99930.99660.99330.98660.97312022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)16氣體潮濕的影響250260270280290300310-45-40-35-30-25-20-15-10-505參考流量t-mass 顯示露點露點Kg/hr從自然空氣變成干燥的空氣 Reference Flow只要濕氣不冷凝，影響不大。用 t-mass 流量計作試驗

4、測量2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)17例如: 壓力和溫度對CO2的影響 當(dāng)過程壓力增加時, 氣體特有的冷卻效應(yīng)也增加, 這就需要補償. 為了精確測量就要乘以修正系數(shù). FT010BPEB18體積或質(zhì)量流量測量?例如: 壓縮空氣體積溫度壓力密度質(zhì)量1 m3/min20 C1 bar1.2 kg / m31.2 kg / min0,183 m3/min100 C7 bar6.5 kg / m31.2 kg / min0,148 m3/min20 C6,8 bar8.1 kg / m31.2 kg / min到用戶Counter

5、1Counter2從壓縮機吸入空氣2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)19標(biāo)準/規(guī)格化條件下的體積1 m1 m1 mP =1013 mbarT = 0 C例子:Air = 1.293 kgHydrogen= 0.089 kgChlorine gas= 3.220 kg規(guī)格化條件下的體積在標(biāo)準（規(guī)定）工況下氣體體積的質(zhì)量。 也可以認為氣體的特定質(zhì)量單位。標(biāo)準條件Reference Conditions 最常見的是 0C 和 1013 mbar a在美國是:1013 mbar 15C1 Nm32022/7/27 Endress+Hau

6、ser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)20質(zhì)量流計算體積測量穩(wěn)定的工況直接轉(zhuǎn)化成質(zhì)量不穩(wěn)定的工況用壓力，溫度和體積計算質(zhì)量2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)210%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%198019972005質(zhì)量流量計在線壓力和溫度補償?shù)捏w積測量固定壓力和溫度的體積流量計純體積流量計氣體測量的趨勢2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)22內(nèi)容熱消散（冷卻） 質(zhì)量流量計的物理原理熱式質(zhì)量流量計的基本設(shè)計流量傳

7、感器器的概念和設(shè)計制造工藝的限制和影響 有關(guān)氣體的性質(zhì)和影響因素過程條件(壓力和溫度)的影響 此技術(shù)的優(yōu)缺點FT010BPEB23傳感器有兩個PT100的熱電阻組成，一個測量管道內(nèi)氣體的溫度，另一個由電流進行加熱，保持這兩個熱電阻之間的溫度差恒定。 當(dāng)氣體流經(jīng)熱電阻，就會有冷卻效應(yīng)。當(dāng)流量增加，冷卻效應(yīng)就增加，為保持兩個熱電阻的溫度差恒定所需的傳感器功率就增加。加在加熱電阻上的功率與質(zhì)量流量成正比測量原理-熱傳導(dǎo)原理 (金氏定律) 質(zhì)量流量= 密度 . 流速FT010BPEB24熱傳感器 (PT100) 2 x RTD = PT100 (100R 0C) 可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計 對氣體溫度更加敏感FT

8、010BPEB25Proline t-mass 65 F/I 熱式質(zhì)量流量計 焊接式傳感器 無密封圈 帶有S-DAT模塊 存儲標(biāo)定數(shù)據(jù) 在現(xiàn)場可進行更換2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)26熱消散（冷卻） 流量FT010BPEB27熱消散（冷卻） +流量傳感器加熱以保持固定的溫差。FT010BPEB28熱消散（冷卻） +流量當(dāng)氣體分子流過加熱的鉑金絲時帶走熱量。 帶走的熱量取決于分子數(shù)量（與流速和壓力有關(guān)）和氣體的性質(zhì)（比熱，熱導(dǎo)率等）。FT010BPEB29熱消散（冷卻） +流量傳感器驅(qū)動電路在PT100 上加上更多的功率以保

9、持高于氣體溫度的溫度差。FT010BPEB30典型的流量特性 非線性的流量特性低流量時很高的靈敏度在整個流量量程段通常需要幾點校驗FT010BPEB31典型的流量特性? 壓力 溫度 流速 氣體性質(zhì): - 熱導(dǎo)率 - 比熱 - 粘度 - 濕度 傳導(dǎo)表面條件 如. 污染, 冷凝 隨著壓力和溫度的變化而變化FT010BPEB32壓力和溫度的影響氣體的熱性質(zhì)會隨著壓力和溫度的變化而變化不同氣體的影響也不一樣: 如空氣受溫度的影響大一些而 CO2 則受壓力的影響更大些溫度可動態(tài)補償 即實時測量氣體的溫度并實時校正氣體的性質(zhì) 若壓力穩(wěn)定的話可以在面板上輸入一設(shè)定值若壓力變化很大的話, 如 5 bar, 則

10、用壓力變送器的mA輸出/ PROFIBUS/ Modbus RS485作為它的輸入FT010BPEB33壓力和溫度的影響以下示列生動地展現(xiàn)空氣受壓力和溫度地影響.若壓力和溫度改變得不大的話, 空氣受此影響不大. 否則的話, 則由于熱性質(zhì)的改變而需要修正其偏差.APPLICATOR 軟件能用來估算可能的影響.FT010BPEB34應(yīng)用范圍AirOxygen O2NitrogenN2Carbon DioxideCO2ArgonArMethane(甲烷）CH4 建議用在t-mass 說明書的范圍內(nèi) Biogas (沼氣） Natural gas HydrogenH2 HeliumHe Butane(

11、丁烷) CH3CH2 Propane(丙烷)C3H8 必須小心從事: 檢查下列: 壓力溫度組分潮濕流量用戶期望值 其它氣體:如氯化氨對于沒在上列的請求專家支持!FT010BPEB35潮濕影響潮濕氣體會在傳感器上增加冷卻效應(yīng)只要避免冷凝的話, 這種影響就會減少到最低全年季節(jié)改變而引起的濕度改變會增減輸出高達 7 % . 假設(shè)傳感器上有冷凝, 輸出會明顯地上升. 只要沒有冷凝發(fā)生，濕氣的影響可以忽略不計。 舊的傳感器對于任何液相其讀數(shù)都會增大。 測量誤差總是負的（儀表讀數(shù)高）而且很難量化誤差多少。運用以下露點計算冷凝的影響 若過程溫度小于露點 = 冷凝考慮過程壓力! FT010BPEB36傳感器上

12、的冷凝物+ 流量+FT010BPEB37氣體混合物只要混合氣體的組分保持恒定, 就可用熱式質(zhì)量流量計.若混合氣體的組分改變, 就會出現(xiàn)測量的不確定性. 對于質(zhì)量流量速率的影響可用 Applicator 來計算.若幾個組分具有相同的性質(zhì), 則儀表的性能不會發(fā)生很大影響, 如空氣和氮氣. 若改變氫氣和氦氣氣體組分, 就會極大地改變混合氣體地性質(zhì)并導(dǎo)致極大地測量誤差.查閱 Applicator !FT010BPEB38與空氣比較的其它氣體在某一固定的過程條件下與空氣比較, 由于各不相同地?zé)嵝再|(zhì)下列氣體流量量程不同:Air 100%Argon 262%Biogas/Natural Gas 94%CO2

13、159%O2106%N2100%H21%FT010BPEB39優(yōu)勢單點質(zhì)量流量測量寬的量程比 100:1 可測很低的流速忽略不計的壓損 (5 bar) 會影響主要的測量信號對于氨氣這類氣體進行補償特別有用利用電流輸入和絕壓壓力變送器注意： 大多數(shù)應(yīng)用中壓力的變化很小，不需要進行補償，例如： Compressed Air 0.5 bar 也可通過 Profibus DP 或者 Modbus RS 4852022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)68 t-mass 65 支持的標(biāo)準氣體AirAmmoniaArgonButaneCarbon

14、DioxideCarbon MonoxideChlorineEthane(乙烷)Ethylene(乙烯)Helium 4Hydrogen (normal)Hydrogen ChlorideHydrogen SulphideKrypton(氪)MethaneNeon（氖）NeonNitrogenOxygenPropaneXenon(氙)FT030BPEB69氣體混合物運行在” 自動的” 氣體引擎模型上. 輸入氣體組分從 18從20種單一氣體中選 18 種氣體 總的組分必須是 100.00 (百分摩爾 %)FT030BPEB70混合氣的例子: 壓縮天然氣 沼氣 81.470 Mole%氮氣 13.

15、940 Mole %Ethane 02.900 Mole %Carbon Dioxide 00.990 Mole %Propane 00.500 Mole %Butane 00.150 Mole %Helium 00.050 Mole %FT030BPEB71精度指標(biāo) 65F 傳感器: 1.5 % of reading for 100 to 20 % of full scale 0.3 % o.f.s for 20 to 1% o.f.s 65I sensor: 1.5 % of reading plus 0.5 % of full scaleFT030BPEB72Proline t-mass

16、 范圍 測量范圍標(biāo)定范圍受制造商標(biāo)定裝置的限制用空氣在 1 bar 和 23 C標(biāo)定有賴于儀表尺寸有效的準確度外延范圍受速度和不同溫度所限編程范圍按照過程要求縮放測量量程但必須在外延范圍之內(nèi)FT030BPEB73 t-mass 65I/F標(biāo)定范圍由于標(biāo)定裝置容量的限制而決定 t-mass 標(biāo)定的范圍標(biāo)定在24C 接近真空的條件下完成限制有賴于所要標(biāo)定儀表的尺寸因此 t-mass 精度指標(biāo)有賴于標(biāo)定范圍因為標(biāo)定的氣體是空氣所以指標(biāo)是以空氣做依據(jù)的.FT030BPEB74標(biāo)定范圍外的應(yīng)用軟件若流量計用在標(biāo)定的參考條件之外, 測量范圍就會改變 用 E+H APPLICATOR 來計算范圍. 如下所示

17、:管徑GasProcess PTemperatureMax. FlowDNBar aCkg/h50Air12491050Air324330050CO2124130050CO2324395050Methane12479550Methane3241500FT030BPEB75外延流量范圍t-mass 65 具有外延流量范圍能力: 容許流量測量超出流量標(biāo)定的范圍. 受下列限制: 最大流速 或傳感器的差值溫度 T 3 C這些流量極限值決定于管徑, 氣體類型, 過程壓力和溫度.當(dāng)超出極限值使用時就會出現(xiàn)過程誤差.流量外延用戶可以把它編成出錯信息或注意信息FT030BPEB76外延流量范圍對外延流量范圍不

18、保證其精度溫度不超出. 3 K 或最大流速不超過136米/秒.標(biāo)定范圍外延范圍FT030BPEB77流量極限如果滿足下列條件就會出現(xiàn)過程誤差:超出最大流速或 傳感器的溫差小于最小極小值(min. T 3C)在這種情況下, “所測的最大流量太高了”在這種條件下不能進行測量!選擇大的尺寸或減小流速FT030BPEB78外延流量范圍定徑 1 bar, 24C = 最大外延流量是 1108 kg/h極限: Mach 0.410 bar, 24C = 最大外延流量是4300 kg/h極限: T 100 mm)? Depends on accuracy expectations Always insert

19、ion Depending on price6. What is the most accurate t-mass sensor? F sensorAlways insertion I sensor with special calibration 2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)136Information:A Prowirl 73, set for Carbon Dioxide gas, with HART pressure input was used as a reference to test the gas eng

20、ine calculations of the new t-mass65. The Proline t-mass was calibrated on air and then, via the keyboard, programmed for the same gas.Carbon Dioxide Feed to BreweryProcess Specs: Gas: Carbon Dioxide Pressure: 8 bar g. Temperature: 32 C Flow Range: 1000 Kg/hr Line size: 80mm (3”)Instrument: Model: P

21、roline t-mass 65FLocation Scottish Courage Brewery UKApplication Information Proline t-mass 65137Detailed application informationApplication Information Proline t-mass 65138應(yīng)用 - 使用的行業(yè)和范圍行業(yè) 所測范圍壓縮空氣保溫和通風(fēng) 飲料/啤酒 - CO2 & N2 空分系統(tǒng) 氣體生產(chǎn)- 氬氣, 氮氣, 氧氣, CO2, 氦氣污水處理 - 沼氣, 壓縮空氣垃圾處理廠鋼鐵制造-氬氣, 氮氣, 氧氣制藥- 氮氣，空氣其他- 氣體

22、檢漏，能源測量 2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)139應(yīng)用 - 注意事項2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)140應(yīng)用 - 安裝實例1：馬鞍山鋼鐵公司三鋼廠 優(yōu)點:穩(wěn)定的小流量的測量免維護.儀表:AT-70FDN15Flange version流體: Argon (氬氣)0400 Nm3/h壓力: 68 bar溫度: 常溫2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)141應(yīng)用 - 安裝實例2：張家港開發(fā)區(qū)污水

23、廠 儀表: DN200插入式流體: 壓縮空氣1001500 m3/h壓力: 68 bar使用原因: 通過對進風(fēng)量的測量，控制曝氣池的氧含量.2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)142應(yīng)用 - 安裝實例3：福建漳州污水廠 優(yōu)點:穩(wěn)定的流量測量安裝簡單，方便儀表:AT-70DN200插入式流體: 壓縮空氣1001500 m3/h壓力: 68 bar2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)143過程參數(shù): 介質(zhì): 二氧化碳 壓力: 13.5 Bar g 溫度: 25 deg.

24、流量: 0-1500 kg/h儀表: 型號: 65F40 口徑/材質(zhì): DN40 / SS316L, Viton密封 軟件/總線: 標(biāo)準用戶: Bulmers 國家: Clonmel, 愛爾蘭PHOTO工藝: 蘋果酒生產(chǎn)設(shè)備 發(fā)酵容器CO2測量應(yīng)用 - 安裝實例4： CO2測量 2022/7/27 Endress+Hauser 氣體熱式質(zhì)量流量計Proline T-mass培訓(xùn)144應(yīng)用要求:流量范圍大 - 量程比寬應(yīng)用環(huán)境:室外安裝天然氣儀表:T-Mass AT70F 優(yōu)點:穩(wěn)定的測量相比渦街流量計 量程比更寬行業(yè): 食品用戶: Coppers 酒廠, 澳大利亞應(yīng)用 - 安裝實例5： 天然氣

25、測量 特殊應(yīng)用潮濕和臟的沼氣氦氣和氫氣 垃圾氣或煤層氣. FT100APEB146潮濕和臟的沼氣 影響氣體成分沼氣的成分依賴于有機物的發(fā)酵. 操作員密切注視著成分變化. 所以這種影響可以被補償潮濕只要能避免凝露, 潮濕的影響就可忽略不計.若有凝露, 流量就會高出實際值的 30.50%. 不可能知道確切的影響因此一定要避免凝露飽和氣體的溫度下降氣體就會冷凝. 若管子是絕熱的或甚至是加熱的就會把凝露降低到最少或避免.FT100APEB147100150200250300350400010203040506070沼氣二氧化碳2溫度流量Nm3/hroC管道尺寸:8” (200mm)壓力:30% 所生產(chǎn)

26、的壓縮空氣浪費掉 (泄漏, 損耗).一臺典型的 200kw 壓縮機每星期運行 5 天, 每天 24 小時, 則每年花費 $106,000.7 bar 壓力的壓縮空氣系統(tǒng)中有 3mm 的漏洞則每年花費 $2080.把浪費從30% 減到15% 將每年節(jié)約$16,000 . 而一臺流量計只不過花費 $6,000 .FT050BPEB166壓縮空氣 能量提示 生產(chǎn)1 馬力的壓縮空氣需消耗7馬力的電能 (least efficient source of energy). 空氣入口應(yīng)該有冷卻裝置查找泄漏點(通常有40% 的損耗!) 測量生產(chǎn)和消費來控制使用 維持最低壓降(減少13.79KPa 的壓差就能

27、節(jié)約 1% 能量) 維持最低的系統(tǒng)壓降; 分散壓縮機 干燥氣體 (有效地減少濕氣) 有規(guī)律地改變壓縮機過濾裝置 恰當(dāng)?shù)墓艿莱叽鏔T050BPEB167壓縮空氣 泄漏代價加拿大工業(yè)能源節(jié)約管理:2002年能效管理指導(dǎo)FT050BPEB168Why Mass?吸入壓縮and blows out通常的速率是 l/min體積改變 7 - 14%(夏天 / 冬季)FT050BPEB169壓縮空氣 轉(zhuǎn)換成工作環(huán)境FT050BPEB170體積或質(zhì)量測量?抽氣機或自由空氣100 m3/min20 C1 bar1.2 kg / m3120 kg / min體積溫度壓力密度質(zhì)量Counter 1Counter21

28、4.4 m3/min20 C7 bar8.33 kg / m3120 kg / min18.4 m3/min100 C7 bar6.5 kg / m3120 kg / min體積隨壓力和溫度的改變而改變, 質(zhì)量則不變!FT050BPEB171Free Air Delivered抽氣機 or Free Air Delivered體積溫度壓力密度質(zhì)量1000 m3/hour15 C1.013 bar1.14 kg / m31140 kg / hr1000 m3/hour26 C0.98 bar1.06 kg / m31060 kg / hr1000 m3/hour0 C1.1 bar1.31 kg

29、 / m31310 kg / hr周圍環(huán)境?夏季冬季?FT050BPEB172壓縮機房M主過程環(huán)MPaint ShopRing MainSM去干燥器工段Non return or zone valve目標(biāo)速度 6 m/secM = 測量點SM = 次測量點M Ring Main DistributionFT050BPEB173壓縮空氣 銅礦 (贊比亞)FT050BPEB174Typical Cost Breakdown75%Energy Cost10%Maintenance15%CapitalFT050BPEB175壓縮空氣泄漏代價 - /year 壓力 洞的大小 / 直徑( mm) 1 2

30、3 42.5 bar(g)120450114436005 bar (g)200830184051007 bar (g)2501034242362500100020003000400050006000700080001235洞的直徑 ( mm)Cost in s per year2.5 bar(g)5 bar (g)7 bar (g)基于每千瓦小時 4.5英鎊FT050BPEB176減少浪費, 降低壓力 降低成本012345678951%58%65%72%79%86%93%100%功率消耗壓力 Bar壓力越高, 生產(chǎn)成本越高Pressure loss must be compensated by

31、 higher compressing pressureFT050BPEB177The role of t-mass in a breweryPurchased to MeasureMonitor weekly departmental air consumption profilesDetermine specific departmental consumption ratio by dividing air used by beer processedSet departmental targetsSurvey the site for leeks every 6 months. Ide

32、ntify, quantify, tag and fix themSuccessesReduced air leaks considerably - see graph 23K/Yr ( 36K) saving for kegging department alone!FT050BPEB178某一調(diào)查結(jié)果K FT050BPEB179Industry Quote“If you dont measure it, you cant manage it!”050010001500200025001163146617691106121136151166hours per weekdemand l/sFT

33、050BPEB180請注意：在決定尺寸時請注意要測量的是體積流量還是質(zhì)量流量。不正確的安裝方式會導(dǎo)致附加的測量誤差。把流量計安裝在無油無水的地方！FT050BPEB181Air measurement in STPsThe air delivered to the aeration basins amounts to one of the largest cost factors of a sewage treatment plantIf the free oxygen in the biological is to low the efficiency of the bacteria is

34、reduced, worst case they are killed and the plant is downTo much oxygen in this process is a waste of money STP = Sewage Treatment PlantFT050BPEB182Typical conditionsThe large quantities of air used in this application require large pipesBecause of large diameters and the restricted space it is not

35、always possible to obey the required straight pipe lengthsPressure loss would cost a lot of money due to the large flow rates Massflow is ideal since the oxygen balance of the process is based on mass tooThe air is delivered by fans or blowers at relatively low gauge pressure FT050BPEB183Glenelg STP

36、 in South AustraliaAir to aeration basinsRemote electronicIdeal installation conditions but.Spiral welded pipes create swirls that can lead to additional measuring errorsFT050BPEB184Subiaco STP in Subiaco (Western Australia)Pipe diameter 1650 mmAir to aeration basinsInstallation in custom flangeFT05

37、0BPEB185Bolivar STP in AustraliaPipe diameter 500 mmInstallation BEFORE control valveFT050BPEB186Be careful.Due to the large pipe diameters it is not always possible to obey the required straight pipe length up-streamSome of the pipes are spiral welded. That can lead to swirls and affect he performa

38、nce of the t-massThis application requires normally that the meters are installed in the open. It is advised to use weather protection shields to avoid damage to the transmitter and avoid excessive ambient temperaturesMake sure that control valves are installed down-stream of flow meters FT050BPEB187Usage of industrial gases Industrial gases such as Oxygen, Argon, Nitrogen are expensive gasesThe pos