Πώς η πίεση και η θερμοκρασία επηρεάζουν τη μέτρηση ροής υδρογόνου

Η μέτρηση της ροής του υδρογόνου μπορεί να είναι πιο δύσκολη από τη μέτρηση πολλών συμβατικών βιομηχανικών αερίων. Το υδρογόνο έχει πολύ χαμηλή πυκνότητα και οι αλλαγές στην πίεση και τη θερμοκρασία μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τη φυσική του κατάσταση και την ογκομετρική ροή του.

Για το λόγο αυτό, η πίεση και η θερμοκρασία θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή και τη διαμόρφωση του aμετρητής ροής υδρογόνου, ειδικά όταν η μετρούμενη τιμή πρέπει να μετατραπεί σε ροή μάζας ή σε τυπική ροή όγκου.

1. Γιατί είναι σημαντικές η πίεση και η θερμοκρασία;

Το αέριο είναι συμπιέσιμο, επομένως ο όγκος του αλλάζει όταν αλλάζει η πίεση ή η θερμοκρασία.

Για την ίδια ποσότητα υδρογόνου, ο μετρούμενος όγκος λειτουργίας μπορεί να είναι διαφορετικός σε διαφορετικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας.

Για παράδειγμα, το υδρογόνο που ρέει μέσω ενός αγωγού σε υψηλή πίεση θα καταλαμβάνει πολύ μικρότερο όγκο από την ίδια ποσότητα υδρογόνου σε χαμηλότερη πίεση.

Η θερμοκρασία έχει παρόμοια επίδραση. Καθώς η θερμοκρασία του αερίου αλλάζει, αλλάζει και η πυκνότητα και ο όγκος του.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η μέτρηση της ροής αερίου απαιτεί συχνά πληροφορίες πίεσης και θερμοκρασίας όταν η τελική τιμή εκφράζεται ως τυπικός ή κανονικοποιημένος όγκος.

2. Το υδρογόνο έχει πολύ χαμηλή πυκνότητα

Το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο αέριο και έχει πολύ μικρότερη πυκνότητα από το φυσικό αέριο υπό συγκρίσιμες συνθήκες.

Η χαμηλή πυκνότητά του μπορεί να δημιουργήσει προκλήσεις για τη μέτρηση της ροής με βάση την ταχύτητα, επειδή το αέριο μπορεί να φτάσει σε σχετικά υψηλές ταχύτητες ακόμα και όταν ο ρυθμός ροής μάζας δεν είναι ιδιαίτερα μεγάλος.

Αυτό καθιστά σημαντική την επιλογή της αρχής μέτρησης.

Ανάλογα με την εφαρμογή, μπορούν να ληφθούν υπόψη τεχνολογίες όπως Coriolis, vortex, θερμική μάζα και άλλες μέθοδοι μέτρησης της ροής αερίων.

3. Πώς η πίεση επηρεάζει τη μέτρηση ροής υδρογόνου

Η αύξηση της πίεσης του αερίου γενικά αυξάνει την πυκνότητα του αερίου.

Εάν ένας μετρητής ροής μετρά την ογκομετρική ροή υπό πραγματικές συνθήκες λειτουργίας, μια αλλαγή στην πίεση αλλάζει τη σχέση μεταξύ όγκου και μάζας.

Επομένως, εάν η πίεση αλλάξει σημαντικά κατά τη λειτουργία, ο μετρούμενος όγκος λειτουργίας δεν μπορεί απλώς να συγκριθεί με μια σταθερή τιμή τυπικού όγκου χωρίς την εφαρμογή της κατάλληλης αντιστάθμισης.

Επομένως, η μέτρηση πίεσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί μαζί με ροόμετρο ή υπολογιστή ροής για τον υπολογισμό της διορθωμένης ή κανονικοποιημένης ροής.

Για συστήματα μέτρησης αερίου, η πραγματική διαμόρφωση μέτρησης πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με την απαιτούμενη έξοδο:

• Πραγματική ροή όγκου

• Τυπική ροή όγκου

• Κανονική ροή όγκου

• Μαζική ροή

4. Πώς η θερμοκρασία επηρεάζει τη μέτρηση ροής υδρογόνου

Η θερμοκρασία αλλάζει επίσης την πυκνότητα και τον όγκο του αερίου.

Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, το αέριο γενικά διαστέλλεται. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, το αέριο συστέλλεται.

Εάν ένα σύστημα μέτρησης ροής υδρογόνου αναφέρει τυπικό όγκο, η θερμοκρασία λειτουργίας πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη μετατροπή της μετρούμενης ροής σε συνθήκες αναφοράς.

Η μέτρηση θερμοκρασίας μπορεί επομένως να ενσωματωθεί στο ροόμετρο ή να παρέχεται μέσω ξεχωριστού αισθητήρα θερμοκρασίας, ανάλογα με τη σχεδίαση του συστήματος.

5. Πίεση και θερμοκρασία συνεργάζονται

Η πίεση και η θερμοκρασία δεν πρέπει πάντα να εξετάζονται ανεξάρτητα.

Για ένα αέριο, η πυκνότητα επηρεάζεται τόσο από την πίεση όσο και από τη θερμοκρασία.

Μια απλοποιημένη σχέση μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

Πυκνότητα ∝ Πίεση / Θερμοκρασία

Αυτή είναι μια απλοποιημένη αναπαράσταση και οι πραγματικοί υπολογισμοί αερίου ενδέχεται να απαιτούν έναν παράγοντα συμπιεστότητας, ιδιαίτερα όταν οι συνθήκες λειτουργίας αποκλίνουν σημαντικά από τη συμπεριφορά του ιδανικού αερίου.

Επομένως:

Μέτρηση ροής → Πίεση + Θερμοκρασία + Ιδιότητες αερίου

μπορεί να απαιτηθεί για να ληφθεί ένα πιο ουσιαστικό αποτέλεσμα μάζας ή όγκου αναφοράς.

6. Πραγματική ροή όγκου έναντι τυπικής ροής όγκου

Αυτή η διάκριση είναι ιδιαίτερα σημαντική για εφαρμογές υδρογόνου.

Πραγματική ροή όγκου

Αυτό αντιπροσωπεύει τον όγκο που καταλαμβάνει το υδρογόνο στην πραγματική πίεση και θερμοκρασία στον αγωγό.

Τυπική ή κανονική ροή όγκου

Αυτό μετατρέπει τη μετρούμενη ποσότητα αερίου σε καθορισμένη πίεση και θερμοκρασία αναφοράς.

Διαφορετικοί κλάδοι και συμβόλαια ενδέχεται να χρησιμοποιούν διαφορετικούς όρους αναφοράς, επομένως το επιλεγμένο πρότυπο πρέπει να προσδιορίζεται σαφώς.

Ένας μετρητής ροής ή ένας υπολογιστής ροής μπορεί να χρησιμοποιεί εισόδους πίεσης και θερμοκρασίας για την εκτέλεση αυτής της μετατροπής.

7. Γιατί οι μετρητές ροής Coriolis μπορούν να είναι ελκυστικοί για το υδρογόνο

Οι μετρητές ροής Coriolis μετρούν απευθείας τη ροή μάζας αντί να υπολογίζουν τη μάζα από την ογκομετρική ροή και την πυκνότητα.

Αυτό μπορεί να απλοποιήσει τη μέτρηση όπου η ροή μάζας είναι η απαιτούμενη παράμετρος.

Πολλοί σύγχρονοι μετρητές Coriolis μπορούν επίσης να παρέχουν πληροφορίες για την πυκνότητα και τη θερμοκρασία.

Ωστόσο, οι εφαρμογές υδρογόνου εξακολουθούν να απαιτούν προσεκτική αξιολόγηση:

• Εύρος ροής

• Πίεση

• Θερμοκρασία

• Μέγεθος σωλήνα

• Συμβατότητα υλικού

• Συνδέσεις διεργασιών

• Απαιτούμενη ακρίβεια

• Απαιτήσεις για επικίνδυνες περιοχές

Επομένως, το Coriolis δεν είναι αυτόματα η σωστή επιλογή για κάθε εφαρμογή υδρογόνου.

8. Μετρητές ροής Vortex για υδρογόνο

Οι μετρητές ροής Vortex μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για μέτρηση αερίων, συμπεριλαμβανομένου του υδρογόνου, ανάλογα με την εφαρμογή και τη διαμόρφωση του μετρητή.

Η αρχή του vortex καθορίζει τη ροή από τη συχνότητα των στροβιλισμών που δημιουργούνται γύρω από ένα σώμα μπλόφα.

Επειδή η πυκνότητα, η πίεση και η θερμοκρασία του αερίου επηρεάζουν τις συνθήκες λειτουργίας, η εφαρμογή πρέπει να ελέγχεται σε σχέση με το εύρος μέτρησης του μετρητή.

Οι πληροφορίες πίεσης και θερμοκρασίας μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για αντιστάθμιση ή μετατροπή όταν απαιτούνται τιμές τυπικού όγκου ή μάζας.

9. Μέτρηση ροής υδρογόνου σε συστήματα υψηλής πίεσης

Η συμπίεση, η αποθήκευση και η μεταφορά του υδρογόνου μπορεί να περιλαμβάνουν υψηλές πιέσεις.

Σε αυτές τις εφαρμογές, ο πομπός πίεσης και ο μετρητής ροής πρέπει να είναι κατάλληλοι για τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας.

Το υλικό του αισθητήρα πίεσης είναι επίσης σημαντικό επειδή το υδρογόνο μπορεί να διαπεράσει ορισμένα υλικά και μπορεί να συμβάλει στην υποβάθμιση του υλικού που σχετίζεται με το υδρογόνο.

Επομένως, το σύστημα μέτρησης θα πρέπει να λάβει υπόψη και τα δύο:

Απόδοση μέτρησης

και

Συμβατότητα υλικού

Τα όργανα πίεσης, θερμοκρασίας και ροής θα πρέπει να επιλέγονται ως πλήρες σύστημα μέτρησης και όχι ως εντελώς ανεξάρτητες συσκευές.

10. Τι πρέπει να ελέγχεται πριν επιλέξετε έναν μετρητή ροής υδρογόνου;

Πριν ζητήσετε προσφορά, δώστε:

• Κατάσταση υδρογόνου: αέριο ή υγρό

• Ελάχιστη ροή

• Κανονική ροή

• Μέγιστη ροή

• Πίεση λειτουργίας

• Ελάχιστη και μέγιστη πίεση

• Θερμοκρασία λειτουργίας

• Ελάχιστη και μέγιστη θερμοκρασία

• Μέγεθος σωλήνα

• Απαιτούμενη έξοδος: μάζα ή όγκος

• Συνθήκες αναφοράς εάν απαιτείται τυπικός όγκος

• Απαίτηση ακρίβειας

• Ταξινόμηση επικίνδυνων περιοχών

• Σύνδεση διαδικασίας

• Πρωτόκολλο επικοινωνίας

Για το υγρό υδρογόνο, οι κρυογονικές συνθήκες και η πιθανή εισαγωγή αερίου εισάγουν πρόσθετα ζητήματα μέτρησης.

11. Συνήθη προβλήματα μέτρησης ροής υδρογόνου

Ασταθή αναγνώσεις

Οι μεγάλες αλλαγές στην πίεση, τη θερμοκρασία ή την ταχύτητα ροής μπορούν να συμβάλουν σε ασταθείς μετρήσεις ανάλογα με την τεχνολογία μέτρησης.

Λανθασμένος τυπικός τόμος

Οι εσφαλμένες συνθήκες αναφοράς ή η έλλειψη αντιστάθμισης πίεσης και θερμοκρασίας μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα εσφαλμένες μετατρεπόμενες τιμές ροής.

Ανεπαρκής Απόρριψη

Οι εφαρμογές υδρογόνου μπορεί να έχουν ευρύ φάσμα λειτουργίας. Ένας μετρητής πρέπει να ελέγχεται έναντι των συνθηκών ελάχιστης και μέγιστης ροής.

Συμβατότητα υλικού

Οι αισθητήρες πίεσης, οι σφραγίδες και τα βρεγμένα υλικά θα πρέπει να ελέγχονται για σέρβις υδρογόνου.

Υψηλή ταχύτητα αερίου

Η χαμηλή πυκνότητα αερίου μπορεί να οδηγήσει σε υψηλή ταχύτητα, η οποία μπορεί να περιορίσει το κατάλληλο εύρος λειτουργίας ορισμένων τεχνολογιών που βασίζονται στην ταχύτητα.

Σύναψη

Η πίεση και η θερμοκρασία είναι σημαντικοί παράγοντες στη μέτρηση της ροής του υδρογόνου επειδή επηρεάζουν την πυκνότητα και τον όγκο του αερίου.

Η βασική σχέση είναι:

Πίεση + Θερμοκρασία → Πυκνότητα αερίου → Σχέση όγκου / ροής μάζας

Για εφαρμογές που απαιτούν τυπικό ή κανονικοποιημένο όγκο, μπορεί να απαιτείται αντιστάθμιση πίεσης και θερμοκρασίας. Για εφαρμογές που απαιτούν άμεση ροή μάζας, μια κατάλληλη τεχνολογία μέτρησης ροής μάζας μπορεί να απλοποιήσει το σύστημα μέτρησης.

Οι μετρητές ροής Coriolis και vortex μπορούν και οι δύο να ληφθούν υπόψη για σέρβις υδρογόνου, αλλά η τελική επιλογή θα πρέπει να βασίζεται στην πραγματική πίεση, θερμοκρασία, εύρος ροής, μέγεθος σωλήνα, ακρίβεια και απαιτήσεις εγκατάστασης.

Μπορούμε να παρέχουμε λύσεις μέτρησης ροής υδρογόνου από κατασκευαστές όπωςEndress+Hauser, KROHNE, Rosemount και άλλες μάρκες βιομηχανικών οργάνων, μαζί με πομπούς πίεσης και θερμοκρασίας.

Εάν επιλέγετε μετρητή ροής για αέριο υδρογόνο, δώστε το εύρος ροής, την πίεση, τη θερμοκρασία και το μέγεθος του σωλήνα για μια ανασκόπηση της διαμόρφωσης.