Kosztowne pomiary przepływu

18
Nauka i technika
artykuł sponsorowany
Kosztowne pomiary
przepływu
Grzegorz Rudnicki
S
ieci wodociągowe, układy zasilania kotłów parowych w wodę, rurociągi paliwowe to przykładowe
instalacje, w których do pomiaru przepływu chętnie używa się tradycyjnych metod mechanicznych
lub bazujących na różnicy ciśnień. Są to jednak metody wprowadzające nieodwracalną stratę ciśnienia
w instalacji. Stratę, którą muszą pokonać pompy, zużywając w tym celu konkretną ilość energii elektrycznej. Pozornie niewielką, jednak w dłuższej perspektywie czasu przekładającą się na znaczne koszty.
Dzięki nowszym metodom pomiaru przepływu cieczy koszty te można w łatwy sposób wyeliminować.
1.Ile kosztuje strata ciśnienia
Popularność, jaką cieszą się
mechaniczne, kryzowe lub zwężkowe układy do pomiaru przepływu
wynika z wielu czynników. Bardzo
istotnym są przyzwyczajenia użytkowników i ogólnie dobra znajomość
metody pomiarowej. Kryza pomiarowa jest elementem, którego zadaniem jest wytworzenie odpowiedniego spadku ciśnienia. Spadek ten
jest proporcjonalny do kwadratu
wartości przepływu stąd określenie
jego wartości jest zadaniem bardzo
łatwym.
Każdy spadek ciśnienia w instalacji jest niepotrzebnym kosztem.
W przypadku kryzowych układów
pomiaru przepływu straty ciśnienia
powodowane przez kryzę zawierają
się w zakresie od pojedynczych milibarów do wartości przekraczających 1 bar. Średnio można przyjąć,
że dla nominalnej wartości przepływu cieczy z prędkością 2-3 m/s
strata ciśnienia na kryzie wynosi ok
500 mbar. Układ pompowy, odpowiedzialny za transport cieczy w rurociągu oraz za utrzymanie zadanej
wartości ciśnienia w instalacji musi
zatem zapewnić podnoszenie o min.
500 mbar większe uwzględniając tylko jedną kryzę pomiarową w układzie. Na wykresie nr 1 przedstawiona
jest strata ciśnienia na typowej kryzie zastosowanej do
pomiaru przepływu wody zimnej w zakresie 5...80 m3/h
w rurociągu o średnicy DN80. Widzimy, że w tym przypadku układ pompowy musi uwzględniać stratę ciśnienia
o wartości 1,2 bar. Łatwo przekonamy się, że jest to strata
bardzo kosztowna.
Zgodnie z opracowaniem Pump Life Cycle Costs
A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems*, wejściową moc potrzebną pompie do uzyskania zadanej wartości
przepływu oraz ciśnienia w instalacji można określić za
pomocą wzoru:
gdzie:
P – Q – H – r – hp – hm – P=
Q⋅ H ⋅ ρ
[kW] 366 ⋅ η p ⋅ ηm
[1]
moc,
wartość przepływu,
wymagana wysokość podnoszenia,
gęstość cieczy,
sprawność pompy,
sprawność silnika.
Rys. 1. Wykres straty ciśnienia na kryzie pomiarowej dla przepływu wody w zakresie 5...80 m3/h
Fot. 1. Przepływomierz Prosonic Flow 93P z czujnikami do bezinwazyjnego pomiaru przepływu cieczy z zewnątrz rurociągu
Dla przepływ wody zimnej o wartości 50 m3/h w rurociągu DN80, wysokości podnoszenia 60 m (6 bar),
sprawności pompy 0,75 oraz sprawności silnika 0,8 wymagane będzie ok 13,66 kW energii. Po wprowadzeniu
dodatkowej straty ciśnienia wynoszącej 500 mbar poprzez zastosowanie przepływomierza kryzowego, pompa
zużyje ok 1,14 kW energii elektrycznej więcej. Przy 5000
godzinach pracy pompy w roku oraz cenie energii elektrycznej 0,55 zł/kWh koszty straty ciśnienie wymaganej
do pomiaru przepływu wyniosą 3 135 zł. Jeśli rozpatrzy3
libyśmy pomiar przepływu wody o natężeniu 1000 m /h
w rurociągu DN300 to kryza pomiarowa o współczynniku B = 0,6 wprowadzi stratę ciśnienia 743 mbar. To
wymaga ok. 34 kW energii więcej i kosztuje w skali roku
(5000 godzin pracy) 93 500 zł! Są to koszty, które można
łatwo wyeliminować uzyskując dodatkowe korzyści.
2. Pomiar przepływu bez strat ciśnienia
Jasne jest, że wyeliminowanie każdej straty ciśnienia
w instalacji skutkuje realnymi oszczędnościami. Dzięki nowoczesnym przepływomierzom ultradźwiękowym
zastąpienie układów pomiarowych bazujących na ele-
Fot. 2. Przepływomierze Prosonic Flow 92F, średnice DN25 oraz
DN200
Kosztowne pomiary przepływu
19
mentach spiętrzających jest niezwykle łatwe, a przede
wszystkim bardzo opłacalne.
Przepływomierze ultradźwiękowe zdobywają coraz
większe uznanie i są coraz chętniej wykorzystywane. Bardzo dobrymi reprezentantami tej metody pomiarowej
są oferowane przez Endress+Hauser przepływomierze
Prosonic Flow. Są dostępne w wykonaniach z czujnikami
montowanymi z zewnątrz, bez ingerencji w strukturę
rurociągu – jak Prosonic Flow 93P, tzw. Clamp-on pokazane na fot. 1, oraz kalibrowanymi czujnikami przepływowymi – jak Prosonic Flow 92F pokazany na fot. 2.
Bez względu na typ zastosowanego czujnika pomiar
przepływu za pomocą Prosonic Flow realizowany jest bez
straty ciśnienia. Metoda ultradźwiękowa pozwala mierzyć zarówno ciecze przewodzące, jak i nieprzewodzące
(paliwa, kondensaty). Przepływomierze ultradźwiękowe są więc idealnym zamiennikiem dla kryz i innych
przepływomierzy bazujących na różnicy ciśnień. Oprócz
bezsprzecznej zalety braku straty ciśnienia oferują kilka
dodatkowych, bardzo cennych zalet.
Czujniki typu Clamp-on przepływomierza Prosonic
Flow 93 są montowane na zewnątrz rurociągu. Mogą
być więc zastosowane praktycznie w każdej chwili na
rurociągach od DN15 do DN4000 w szerokim zakresie
temperatur, sięgającym 170°C. Montaż i uruchomienie
przepływomierza są wspomagane przez przetwornik, co
dodatkowo ułatwia proces wymiany kryzy. Nieinwazyjny charakter pomiaru oraz duża elastyczność przepływomierza umożliwiają jego jednoczesne wykorzystanie
z kryzą. Pozwala to łatwo zweryfikować pomiar przed
podjęciem ostatecznej decyzji o rezygnacji z kosztownego
pomiaru kryzą i przejściu na pomiar ultradźwiękowy.
Dodatkowo przepływomierz Prosonic Flow 93 może być
bardzo łatwo przeniesiony w inne miejsce.
Prosonic Flow 92F jest przepływomierzem bazującym
na dokładnym, wielościeżkowym, kalibrowanym czujniku
przepływowym. Przyrząd oferuje bardzo wysoką dokładność pomiaru – nawet 0,3% wartości wskazywanej. Wymaga przy tym zachowania zdecydowanie krótszych prostych
odcinków rurociągu przed i za czujnikiem w stosunku do
układów bazujących na różnicy ciśnień. Zastosowanie Prosonic Flow 92F w miejscu kryzy będzie więc bardzo łatwe,
szczególnie że dwuprzewodowe zasilanie przepływomierza
pozwoli użyć tych samych przewodów, które zasilały i transmitowały sygnał pomiarowy z przetwornika różnicy ciśnień.
Bez względu na to, czy użyjemy czujnika Clamp-on
czy przepływowego, pomiar przepływu wykorzystujący przepływomierz ultradźwiękowy nie będzie źródłem
kosztów związanych ze stratą ciśnienia. Im większe średnice rurociągów i przepływy, tym inwestycja w przepływomierz ultradźwiękowy zwraca się szybciej. W drugim
opisanym tu przypadku w czasie krótszym niż 3 miesiące.
Grzegorz Rudnicki
Menedżer Produktu Pomiary Przepływu
Endress+Hauser Polska sp. z o.o.
www.pl.endress.com