E+H热式气体质量流量计-basic课件

1、Proline t-mass 热式气体质量流量计Slide 1E+H China全球热式质量流量计市场份额 从 2004 到2005 销售增加了$3.6M E+H -0.4% 市场份额E+H 增加 +1.6% 台数 Kurz11%FCI (Fluid Components International LLC)14%Sierra （美国思雅乐 ）24%E+H 6.9%Others27.6%ABB 7.3%11ZpT1T2T3Z 1比理想气体膨胀当理想气体受到压缩时，真实气体因子来说明这个偏差 2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训15

2、真实气体因子 - Z真实气体因子与下列有关: 气体, 压力和温度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 气体热式质量流量计Proline T-mass培训16气体潮湿的影响250260270280290300310-45-40-35-30-25-20-15-10-505参考流量t-mass 显示露点露点Kg/hr从自然空气变成干燥的空气 Reference Flow只要湿气不冷凝，影响不大。用 t-mass 流量计作试验

4、测量2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训17例如: 压力和温度对CO2的影响 当过程压力增加时, 气体特有的冷却效应也增加, 这就需要补偿. 为了精确测量就要乘以修正系数. FT010BPEB18体积或质量流量测量?例如: 压缩空气体积温度压力密度质量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到用户Counter

5、1Counter2从压缩机吸入空气2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训19标准/规格化条件下的体积1 m1 m1 mP =1013 mbarT = 0 C例子:Air = 1.293 kgHydrogen= 0.089 kgChlorine gas= 3.220 kg规格化条件下的体积在标准（规定）工况下气体体积的质量。 也可以认为气体的特定质量单位。标准条件Reference Conditions 最常见的是 0C 和 1013 mbar a在美国是:1013 mbar 15C1 Nm32022/7/27 Endress+Hau

6、ser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训20质量流计算体积测量稳定的工况直接转化成质量不稳定的工况用压力，温度和体积计算质量2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训210%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%198019972005质量流量计在线压力和温度补偿的体积测量固定压力和温度的体积流量计纯体积流量计气体测量的趋势2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训22内容热消散（冷却） 质量流量计的物理原理热式质量流量计的基本设计流量传

7、感器器的概念和设计制造工艺的限制和影响 有关气体的性质和影响因素过程条件(压力和温度)的影响 此技术的优缺点FT010BPEB23传感器有两个PT100的热电阻组成，一个测量管道内气体的温度，另一个由电流进行加热，保持这两个热电阻之间的温度差恒定。 当气体流经热电阻，就会有冷却效应。当流量增加，冷却效应就增加，为保持两个热电阻的温度差恒定所需的传感器功率就增加。加在加热电阻上的功率与质量流量成正比测量原理-热传导原理 (金氏定律) 质量流量= 密度 . 流速FT010BPEB24热传感器 (PT100) 2 x RTD = PT100 (100R 0C) 可靠的结构设计 对气体温度更加敏感FT

8、010BPEB25Proline t-mass 65 F/I 热式质量流量计 焊接式传感器 无密封圈 带有S-DAT模块 存储标定数据 在现场可进行更换2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训26热消散（冷却） 流量FT010BPEB27热消散（冷却） +流量传感器加热以保持固定的温差。FT010BPEB28热消散（冷却） +流量当气体分子流过加热的铂金丝时带走热量。 带走的热量取决于分子数量（与流速和压力有关）和气体的性质（比热，热导率等）。FT010BPEB29热消散（冷却） +流量传感器驱动电路在PT100 上加上更多的功率以保

9、持高于气体温度的温度差。FT010BPEB30典型的流量特性 非线性的流量特性低流量时很高的灵敏度在整个流量量程段通常需要几点校验FT010BPEB31典型的流量特性? 压力 温度 流速 气体性质: - 热导率 - 比热 - 粘度 - 湿度 传导表面条件 如. 污染, 冷凝 随着压力和温度的变化而变化FT010BPEB32压力和温度的影响气体的热性质会随着压力和温度的变化而变化不同气体的影响也不一样: 如空气受温度的影响大一些而 CO2 则受压力的影响更大些温度可动态补偿 即实时测量气体的温度并实时校正气体的性质 若压力稳定的话可以在面板上输入一设定值若压力变化很大的话, 如 5 bar, 则

10、用压力变送器的mA输出/ PROFIBUS/ Modbus RS485作为它的输入FT010BPEB33压力和温度的影响以下示列生动地展现空气受压力和温度地影响.若压力和温度改变得不大的话, 空气受此影响不大. 否则的话, 则由于热性质的改变而需要修正其偏差.APPLICATOR 软件能用来估算可能的影响.FT010BPEB34应用范围AirOxygen O2NitrogenN2Carbon DioxideCO2ArgonArMethane(甲烷）CH4 建议用在t-mass 说明书的范围内 Biogas (沼气） Natural gas HydrogenH2 HeliumHe Butane(

11、丁烷) CH3CH2 Propane(丙烷)C3H8 必须小心从事: 检查下列: 压力温度组分潮湿流量用户期望值 其它气体:如氯化氨对于没在上列的请求专家支持!FT010BPEB35潮湿影响潮湿气体会在传感器上增加冷却效应只要避免冷凝的话, 这种影响就会减少到最低全年季节改变而引起的湿度改变会增减输出高达 7 % . 假设传感器上有冷凝, 输出会明显地上升. 只要没有冷凝发生，湿气的影响可以忽略不计。 旧的传感器对于任何液相其读数都会增大。 测量误差总是负的（仪表读数高）而且很难量化误差多少。运用以下露点计算冷凝的影响 若过程温度小于露点 = 冷凝考虑过程压力! FT010BPEB36传感器上

12、的冷凝物+ 流量+FT010BPEB37气体混合物只要混合气体的组分保持恒定, 就可用热式质量流量计.若混合气体的组分改变, 就会出现测量的不确定性. 对于质量流量速率的影响可用 Applicator 来计算.若几个组分具有相同的性质, 则仪表的性能不会发生很大影响, 如空气和氮气. 若改变氢气和氦气气体组分, 就会极大地改变混合气体地性质并导致极大地测量误差.查阅 Applicator !FT010BPEB38与空气比较的其它气体在某一固定的过程条件下与空气比较, 由于各不相同地热性质下列气体流量量程不同:Air 100%Argon 262%Biogas/Natural Gas 94%CO2

13、159%O2106%N2100%H21%FT010BPEB39优势单点质量流量测量宽的量程比 100:1 可测很低的流速忽略不计的压损 (5 bar) 会影响主要的测量信号对于氨气这类气体进行补偿特别有用利用电流输入和绝压压力变送器注意： 大多数应用中压力的变化很小，不需要进行补偿，例如： Compressed Air 0.5 bar 也可通过 Profibus DP 或者 Modbus RS 4852022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训68 t-mass 65 支持的标准气体AirAmmoniaArgonButaneCarbon

14、DioxideCarbon MonoxideChlorineEthane(乙烷)Ethylene(乙烯)Helium 4Hydrogen (normal)Hydrogen ChlorideHydrogen SulphideKrypton(氪)MethaneNeon（氖）NeonNitrogenOxygenPropaneXenon(氙)FT030BPEB69气体混合物运行在” 自动的” 气体引擎模型上. 输入气体组分从 18从20种单一气体中选 18 种气体 总的组分必须是 100.00 (百分摩尔 %)FT030BPEB70混合气的例子: 压缩天然气 沼气 81.470 Mole%氮气 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精度指标 65F 传感器: 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、 范围 测量范围标定范围受制造商标定装置的限制用空气在 1 bar 和 23 C标定有赖于仪表尺寸有效的准确度外延范围受速度和不同温度所限编程范围按照过程要求缩放测量量程但必须在外延范围之内FT030BPEB73 t-mass 65I/F标定范围由于标定装置容量的限制而决定 t-mass 标定的范围标定在24C 接近真空的条件下完成限制有赖于所要标定仪表的尺寸因此 t-mass 精度指标有赖于标定范围因为标定的气体是空气所以指标是以空气做依据的.FT030BPEB74标定范围外的应用软件若流量计用在标定的参考条件之外, 测量范围就会改变 用 E+H APPLICATOR 来计算范围. 如下所示

17、:管径GasProcess PTemperatureMax. FlowDNBar aCkg/h50Air12491050Air324330050CO2124130050CO2324395050Methane12479550Methane3241500FT030BPEB75外延流量范围t-mass 65 具有外延流量范围能力: 容许流量测量超出流量标定的范围. 受下列限制: 最大流速 或传感器的差值温度 T 3 C这些流量极限值决定于管径, 气体类型, 过程压力和温度.当超出极限值使用时就会出现过程误差.流量外延用户可以把它编成出错信息或注意信息FT030BPEB76外延流量范围对外延流量范围不

18、保证其精度温度不超出. 3 K 或最大流速不超过136米/秒.标定范围外延范围FT030BPEB77流量极限如果满足下列条件就会出现过程误差:超出最大流速或 传感器的温差小于最小极小值(min. T 3C)在这种情况下, “所测的最大流量太高了”在这种条件下不能进行测量!选择大的尺寸或减小流速FT030BPEB78外延流量范围定径 1 bar, 24C = 最大外延流量是 1108 kg/h极限: Mach 0.410 bar, 24C = 最大外延流量是4300 kg/h极限: 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 气体热式质量流量计Proline T-mass培训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应用 - 使用的行业和范围行业 所测范围压缩空气保温和通风 饮料/啤酒 - CO2 & N2 空分系统 气体生产- 氩气, 氮气, 氧气, CO2, 氦气污水处理 - 沼气, 压缩空气垃圾处理厂钢铁制造-氩气, 氮气, 氧气制药- 氮气，空气其他- 气体

22、检漏，能源测量 2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训139应用 - 注意事项2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训140应用 - 安装实例1：马鞍山钢铁公司三钢厂 优点:稳定的小流量的测量免维护.仪表:AT-70FDN15Flange version流体: Argon (氩气)0400 Nm3/h压力: 68 bar温度: 常温2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训141应用 - 安装实例2：张家港开发区污水

23、厂 仪表: DN200插入式流体: 压缩空气1001500 m3/h压力: 68 bar使用原因: 通过对进风量的测量，控制曝气池的氧含量.2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训142应用 - 安装实例3：福建漳州污水厂 优点:稳定的流量测量安装简单，方便仪表:AT-70DN200插入式流体: 压缩空气1001500 m3/h压力: 68 bar2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训143过程参数: 介质: 二氧化碳 压力: 13.5 Bar g 温度: 25 deg.

24、流量: 0-1500 kg/h仪表: 型号: 65F40 口径/材质: DN40 / SS316L, Viton密封 软件/总线: 标准用户: Bulmers 国家: Clonmel, 爱尔兰PHOTO工艺: 苹果酒生产设备 发酵容器CO2测量应用 - 安装实例4： CO2测量 2022/7/27 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训144应用要求:流量范围大 - 量程比宽应用环境:室外安装天然气仪表:T-Mass AT70F 优点:稳定的测量相比涡街流量计 量程比更宽行业: 食品用户: Coppers 酒厂, 澳大利亚应用 - 安装实例5： 天然气

25、测量 特殊应用潮湿和脏的沼气氦气和氢气 垃圾气或煤层气. FT100APEB146潮湿和脏的沼气 影响气体成分沼气的成分依赖于有机物的发酵. 操作员密切注视着成分变化. 所以这种影响可以被补偿潮湿只要能避免凝露, 潮湿的影响就可忽略不计.若有凝露, 流量就会高出实际值的 30.50%. 不可能知道确切的影响因此一定要避免凝露饱和气体的温度下降气体就会冷凝. 若管子是绝热的或甚至是加热的就会把凝露降低到最少或避免.FT100APEB147100150200250300350400010203040506070沼气二氧化碳2温度流量Nm3/hroC管道尺寸:8” (200mm)压力:30% 所生产

26、的压缩空气浪费掉 (泄漏, 损耗).一台典型的 200kw 压缩机每星期运行 5 天, 每天 24 小时, 则每年花费 $106,000.7 bar 压力的压缩空气系统中有 3mm 的漏洞则每年花费 $2080.把浪费从30% 减到15% 将每年节约$16,000 . 而一台流量计只不过花费 $6,000 .FT050BPEB166压缩空气 能量提示 生产1 马力的压缩空气需消耗7马力的电能 (least efficient source of energy). 空气入口应该有冷却装置查找泄漏点(通常有40% 的损耗!) 测量生产和消费来控制使用 维持最低压降(减少13.79KPa 的压差就能

27、节约 1% 能量) 维持最低的系统压降; 分散压缩机 干燥气体 (有效地减少湿气) 有规律地改变压缩机过滤装置 恰当的管道尺寸FT050BPEB167压缩空气 泄漏代价加拿大工业能源节约管理:2002年能效管理指导FT050BPEB168Why Mass?吸入压缩and blows out通常的速率是 l/min体积改变 7 - 14%(夏天 / 冬季)FT050BPEB169压缩空气 转换成工作环境FT050BPEB170体积或质量测量?抽气机或自由空气100 m3/min20 C1 bar1.2 kg / m3120 kg / min体积温度压力密度质量Counter 1Counter21

28、4.4 m3/min20 C7 bar8.33 kg / m3120 kg / min18.4 m3/min100 C7 bar6.5 kg / m3120 kg / min体积随压力和温度的改变而改变, 质量则不变!FT050BPEB171Free Air Delivered抽气机 or Free Air Delivered体积温度压力密度质量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周围环境?夏季冬季?FT050BPEB172压缩机房M主过程环MPaint ShopRing MainSM去干燥器工段Non return or zone valve目标速度 6 m/secM = 测量点SM = 次测量点M Ring Main DistributionFT050BPEB173压缩空气 铜矿 (赞比亚)FT050BPEB174Typical Cost Breakdown75%Energy Cost10%Maintenance15%CapitalFT050BPEB175压缩空气泄漏代价 - /year 压力 洞的大小 / 直径( mm) 1 2

30、3 42.5 bar(g)120450114436005 bar (g)200830184051007 bar (g)2501034242362500100020003000400050006000700080001235洞的直径 ( mm)Cost in s per year2.5 bar(g)5 bar (g)7 bar (g)基于每千瓦小时 4.5英镑FT050BPEB176减少浪费, 降低压力 降低成本012345678951%58%65%72%79%86%93%100%功率消耗压力 Bar压力越高, 生产成本越高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某一调查结果K FT050BPEB179Industry Quote“If you dont measure it, you cant manage it!”050010001500200025001163146617691106121136151166hours per weekdemand l/sFT

33、050BPEB180请注意：在决定尺寸时请注意要测量的是体积流量还是质量流量。不正确的安装方式会导致附加的测量误差。把流量计安装在无油无水的地方！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