Petrokimya Akış Ölçümü için Coriolis Kütle Akış Ölçerleri

Bu makale, Coriolis kuvvet kütle akış ölçerinin çalışma prensibini ve avantajlarını tanıtmakta, Petrokimya Şirketi'nin çeşitli malzeme ölçüm süreçlerinde Coriolis kuvvet kütle akış ölçerinin kullanımında karşılaşılan bazı sorunları listeleyip analiz etmektedir. Ayrıca, Coriolis kuvvet kütle akış ölçerinin seçimi ve kurulumunda dikkat edilmesi gereken hususları ortaya koymakta ve gerilim ve basıncın Coriolis kuvvet kütle akış ölçeri üzerindeki etkisini tartışmaktadır.

Gelişmiş Akış Ölçüm Teknolojisine Giriş

Coriolis kuvveti kütle akış ölçeri petrokimya ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmakta olup, günümüzde dünyanın en gelişmiş akış ölçüm cihazlarından biridir.

Coriolis kütle akış ölçeri petrokimya endüstrisinde popülerdir

Büyük bir rafineri ve kimya işletmesi olan Jinxi Petrokimya Şirketi, ağırlıklı olarak benzin, gazyağı, dizel, sıvı hidrokarbonlar ve diğer ürünler üretmektedir. Coriolis kütle akış ölçer, bu malzemelerin, özellikle de fabrika ürünlerinin ölçüm süreçlerinde güvenilirdir ve ‰2'den daha düşük bir doğruluk oranına sahiptir. Bu da Jinxi Petrokimya Şirketi'nin enerji ve malzeme akış ölçümünün doğruluğunu artırır, gereksiz kayıpları önler ve işletmenin çıkarlarının zarar görmemesini sağlar.

Güvenilir Coriolis akış ölçüm çözümleri arayan işletmeler için Silver Automation Instruments (silverinstruments.com) gibi şirketler, petrokimya endüstrisinin zorlu gereksinimlerini karşılamak üzere tasarlanmış kapsamlı kütle akış ölçer ürün hatları sağlar.

Silverinstruments.com, Coriolis akış ölçerlerinin tam serisini sağlar

Coriolis Kütle Akış Ölçerlerinin Çalışma Prensipleri ve Temel Avantajları

1.1 Coriolis kuvveti kütle akış ölçerinin prensibi

Coriolis Kütle Akış Ölçer (CMF), dönen bir sistemdeki akışkanın düz bir çizgide hareket ederken ürettiği kütle akış hızına orantılı olan Coriolis kuvveti prensibini kullanan doğrudan kütle akış ölçerdir.

Şekil 1'de görüldüğü gibi, m kütleli bir parçacık, p ekseni etrafında ω açısal hızıyla dönen bir boru hattında υ hızıyla hareket ettiğinde, parçacık ivme ve kuvvet olmak üzere iki bileşene maruz kalır.

Ölçümün Arkasındaki Fizik:

1) Merkezcil kuvvet ivmesi αr olarak da bilinen normal ivme, ω 2r'ye eşit bir büyüklüğe sahiptir, P ekseni yönündedir;

2) Coriolis ivmesi olarak da bilinen teğetsel ivme αt, 2 Ωυ büyüklüğündedir ve αr'ye diktir. Bileşik hareket nedeniyle, Coriolis Fc=2 Ωυ m parçacık üzerinde αt yönünde etki eder ve boru hattı parçacık üzerinde ters bir kuvvet - Fc=-2 Ωυ m - uygular.

Yoğunluğu ρ olan bir akışkan, dönen bir boru hattında sabit υ hızıyla aktığında, boru hattının uzunluğu Δ x olan herhangi bir bölümü Δ Fc değerinde teğetsel bir Coriolis kuvvetine maruz kalacaktır.

Şekil 1.

Coriolis kuvvetinin modern uygulaması

Dolayısıyla, dönen bir boru hattında akan akışkanın oluşturduğu Coriolis kuvvetinin doğrudan veya dolaylı olarak ölçülmesi, CMF'nin temel prensibi olan kütle akış hızının belirlenmesini sağlayabilir.

Ancak, dönme hareketi yoluyla Coriolis kuvveti üretmek zordur. Şu anda tüm ürünler boru hattı titreşimiyle üretilmektedir; bu, iki sabit ucu olan ince duvarlı bir ölçüm tüpünün, ölçüm tüpünün orta noktasında rezonans veya rezonansa yakın frekansında (veya daha yüksek harmonik frekansında) uyarıldığı anlamına gelir. Tüpün içinde akan akışkan, Coriolis kuvveti oluşturarak ölçüm tüpünün orta noktasında ön ve arka yarısında zıt yönde sapmaya neden olur. Kütle akış hızını elde etmek için sapma miktarı tespit edilir.

1.2 Coriolis Kuvveti Kütle Akış Ölçerinin Avantajları

Coriolis kuvvet kütle akış ölçerinin avantajları başlıca şu yönleri içerir:

(1) Yüksek ölçüm doğruluğu ile kütle akış hızının doğrudan ölçümü; Yoğunluk telafisi gerektiren hacimsel akış ölçerlerin (türbin akış ölçerler veya girdap akış ölçerler gibi) aksine, Coriolis ölçüm cihazları sektör lideri hassasiyetle doğrudan kütle ölçümü sağlar.

Vorteks akış ölçer gibi hacimsel akış ölçerler kütle akışını doğrudan ölçemez

(2) Reçine, bitüm, ham petrol gibi yüksek viskoziteli çeşitli sıvılar, katı madde içeren bulamaçlar, az miktarda eşit dağılmış gaz içeren sıvılar (%5'in altında gaz içeriği) ve yeterli yoğunluğa sahip gazlar (yüksek basınçlı gazlar) dahil olmak üzere geniş yelpazede ölçülebilir akışkanlar.

Çamur akış ölçümü için Coriolis akış ölçer

(3) Ölçüm tüpünün genliği küçüktür ve hareketsiz bir bileşen olarak düşünülebilir; ölçüm tüpünün içinde herhangi bir engel veya hareketli parça yoktur.

(4) Yukarı akış hızının dağılımına duyarlı değildir, bu nedenle yukarı ve aşağı akışta düz boru bölümlerine gerek yoktur.

(5) Akış ölçüm değeri akışkan viskozitesine duyarsızdır ve akışkan yoğunluğunun akış ölçüm değeri üzerindeki etkisi minimumdur.

(6) Bir kütle akış ölçer birden fazla parametreyi ölçebilir. Kütle akış hızının eş zamanlı ölçümü, sıvı yoğunluğunu ve sıcaklığını ölçmenin yanı sıra, sıvı-katı iki fazlı akışkanlarda (veya karışmayan iki bileşenli sıvılarda) hacimsel akış hızı, çözünen madde konsantrasyonu ve farklı fazların (veya bileşenlerin) içeriğinin ölçümlerini elde edebilir.

Coriolis kütle akış ölçer ile birden fazla parametre tespit edilebilir

Petrokimya Operasyonlarında Gerçek Dünya Uygulamaları ve Zorluk Analizi

Son yıllarda, Jinxi Petrokimya Şirketi'nin maliyet kontrolü ve verimlilik artışına yönelik artan çabalarıyla birlikte, üretim ve satış süreçlerinde enerji ve malzeme ölçümüne olan ihtiyaç da artmıştır. Şirket, ham petrol ve ekipman malzemelerinin karşılıklı tedarikini ölçmek için kütle akış ölçerlerin kullanımı da dahil olmak üzere, enerji ve malzeme ölçüm cihazlarını güncelleme ve dönüştürme çabalarını sürekli olarak artırmıştır.

Özellikle ürün teslimatı açısından, yüksek hassasiyetli Coriolis kütle akış ölçerler benzin, gazyağı, dizel, sıvılaştırılmış gaz ve propilen için kullanılmaktadır. Silver Instruments (silverinstruments.com) gibi kaliteli tedarikçiler, petrokimya ortamları için özel olarak tasarlanmış, sağlam ve sahada kanıtlanmış Coriolis akış ölçer çözümleriyle bu uygulamaları desteklemiştir.

Coriolis akış ölçer, benzin, dizel, LPG, gazyağı vb. ölçmek için kullanılabilir.

Kütle akış ölçerler olağanüstü performans sunarken, elbette kütle akış ölçerlerin kullanımı sırasında çeşitli sorunlar ortaya çıkabilir. Ancak, analizimize dayanarak, kütle akış ölçerlerin ölçüm sürecindeki bu sorunların temel nedenlerinin akış ölçerlerin yanlış montajı ve ölçüm ortamının fiziksel özellikleri ve parametrelerinin etkisi olduğuna inanıyoruz. Başka bir deyişle, bunlar iki kısma ayrılabilir: montaj gibi dış faktörlerin etkisi ve iç faktörlerin ölçüm ortamının fiziksel özellikleri üzerindeki etkisi.

Kütle Akış Ölçüm Performansını Etkileyen Dış Faktörler

2.1 Kritik Kurulum Hususları

Vaka Çalışması - Yükleme Rıhtımı Kurulum Zorluğu:

2002 yılında, Jinxi Petrochemical'ın yükleme rıhtımı, yükleme sırasında benzin ve dizel ölçümü için kullanılan altı adet DN150 (6 inç) kütle akış ölçer ile donatılmıştı. İlk çalıştırma sırasında, dizel akış ölçerlerden biri yükleme yapılmadan kısa süreli olarak 5 ila 7 tonluk bir akış yaşıyordu.

Coriolis kütle akış ölçerde sıfır noktası ayarı nasıl yapılır

Yerinde yapılan birçok incelemeye ve sıfır noktasına yapılan ayarlamalara rağmen bu durum devam etti. Son olarak, kütle akış sensörü proses boru hattından ayrıldı ve sensörün bir tarafındaki flanşın, proses boru hattını bağlayan flanştan yatay olarak 3 cm farklı olduğu tespit edildi.

O dönemde, kurulum ekibi yeterince profesyonel değildi ve sahadaki amirin deneyimi yetersizdi. Bu durumda, kütle akış sensörü sıkı bir şekilde bağlanmıştı ve boru hattı gerilimi sensöre etki ediyordu. Güçlü deniz rüzgarlarında, akış ölçer genellikle 5 ila 7 tonluk anlık bir akış yaşıyordu ve bu da akış ölçerin normal ölçümünü etkiliyordu.

Coriolis akış ölçerin doğru çalışmasını sağlamak için doğru kurulum

Dolayısıyla, kütle akış ölçerlerin kurulumu ve saha ortamı gibi faktörler, Coriolis kütle akış ölçerlerin normal ölçümünü etkileyen ana faktörlerdir. Bu vaka, kurulum kalitesi ve çevresel faktörlerin akış ölçer performansını nasıl kritik bir şekilde etkilediğini ve başarılı uygulamalar için doğru kurulum prosedürlerinin ve uzman rehberliğinin gerekli olduğunu göstermektedir.

2.1.1 Boru Hattı Gerilim Etki Analizi

Sensörün montaj işlemi sırasında, akış sensörünü bağlayan boru hattının merkezi hizalanmamışsa (veya paralel değilse) ya da boru hattı sıcaklığı değişirse, boru hattı gerilimi, kütle akış ölçerin ölçüm boruları arasındaki hizalanmaya etki eden basınç, gerilim veya kesme kuvvetleri oluşturacaktır ve bu da algılama probunun asimetrisine ve sıfır noktası kaymasına yol açacaktır.

Azaltma Stratejileri:

• Durumun çok ciddi olmadığı durumlarda, bu etkiyi ortadan kaldırmak veya azaltmak için debimetrenin montajdan sonra sıfırlanması gerekir.
• Boru hattı ciddi şekilde hizasız ise, onu sıfırlamak mümkün olmayabilir.
• Boru hattının sıcaklığı tesisat sıcaklığından önemli ölçüde değiştiğinde veya önemli ölçüde saptığında, boru hattının oluşturduğu termal genleşme (veya büzülme) kuvveti akış sensörüne de etki edecek ve bu da akış ölçerin normal ölçümünü etkileyecektir.

Bu nedenle, kütle akış ölçerin montajı sırasında, akış sensörüne bağlı boru hattının ortasının hizalı olduğundan emin olunmalıdır. Aynı zamanda, büyük sıcaklık değişimleri durumunda, boru hattına termal genleşme izolasyon parçaları takılabilir.

2.1.2 Çevresel Titreşim Yönetimi

Gerçek Dünya Örneği: Jinxi Petrokimya Damıtma Ünitesi'nin ham petrol ölçüm sayacı, ünitenin içine ve pompa odasına yakın bir yere monte edilmiş bir Coriolis kütle akış ölçeridir ve bu da proses boru hattında önemli bir titreşime neden olur. Bu nedenle, akış ölçerin ölçüm verilerinde bazı sorunlar yaşanmakta ve bu da ünitenin anormal verimine yol açmaktadır.

Çözüm Uygulaması: Bu durumda, titreşimin etkisini azaltmak ve normal çalışmasını sağlamak için debimetrenin her iki ucuna destekler yerleştirdik.

Kütle akış ölçerin her iki ucunda da desteklerin olması daha iyidir

Kütle akış ölçerler titreşimli ortamlarda çalışabilirler ancak titreşimden izole edilmeleri gerekir.

Titreşim Kontrolü için En İyi Uygulamalar:

Özellikle yüksek titreşim durumlarında, titreşim borusuna esnek borular bağlanabilir ve titreşimi izole etmek için destek çerçeveleri kullanılabilir. Ancak, titreşim frekansının kütle akış ölçerin çalışma frekansı veya harmonik frekansı ile aynı olmaması daha önemlidir. Aynı modelden birden fazla cihaz, özellikle aynı destek platformuna monte edildiklerinde, zemine seri veya paralel olarak monte edildiğinde, kütle akış ölçerler arasındaki çalışma frekansı titreşimleri birbirini etkileyerek anormal titreşimlere neden olur ve ciddi durumlarda cihazlar çalışmayabilir.

2.1.3 Optimum Kütle Akış Sensörü Kurulum Konumlandırması

Kütle akış sensörünün montaj pozisyonu ve konumu da akış ölçerin normal çalışması için oldukça önemlidir. Ölçüm borusunun içindeki katı kalıntılar ve boru duvarındaki tortular, ölçüm doğruluğunu etkileyebilir.

Kurulum Talimatları:

• İdeal Yapılandırma: Aşağıdan yukarıya doğru akan dikey boru hattı
• Alternatif Konfigürasyonlar: Boru hattı titreşim koşullarına ve uygulama gereksinimlerine göre dikey veya yatay kurulumu belirleyin
• Sıvı Akışı ölçümü: Gaz birikimini önlemek için sistemin yüksek noktalarına kurulumdan kaçının.
• Gaz Akış Ölçümü: Yoğuşma birikimini önlemek için sistemin düşük noktalarına kurulum yapmaktan kaçının
• Kritik Gereksinim: Tüm çalışma koşullarında ölçüm tüpünün tam doluluğunu sağlayın

Elbette, bazı özel durumlarda kütle akış sensörlerinin montaj yöntemi yine de değiştirilebilir. Örneğin, Jinxi Petrokimya Damıtma Ünitesi'ndeki ham petrol ölçüm kütle akış ölçerinin proses boru hattı nedeniyle, sıvıları ölçmesine rağmen ölçüm borusuyla yukarı doğru bir montaj yöntemi benimsenmiştir. Bu durumda, ölçüm borusunun dolu olduğundan emin olmak için kütle akış ölçerin çıkış geri basıncının yüksek olması gerekir. Aynı zamanda, titreşimin akış ölçer ölçümü üzerindeki etkisini azaltmak için titreşim sorununa da dikkat edilmelidir.

2.1.4 Vana Montajının Etkisi

Kapatma Vanası Gereksinimleri: Akış sensörü sıfıra ayarlandığında ölçüm ortamının akmamasını sağlamak için, kütle akış ölçerin öncesine ve sonrasına durdurma vanaları takılmalı ve vanaların sızdırmadığından emin olunmalıdır.

Kontrol Vanası Konumlandırması: Bir kontrol vanası takılması gerekiyorsa, kütle akış ölçerin akış aşağısına takılmalıdır; bu, kavitasyon ve ani buharlaşmanın oluşmasını önlemek için kütle akış ölçerin mümkün olan en yüksek statik basıncını koruması açısından faydalıdır.

Ortam Özelliklerinin ve Parametre Etkilerinin Ölçülmesi

2.2.1 Basınç Değişimi Etki Değerlendirmesi

Vaka Çalışması - Sıvılaştırılmış Gaz Ölçümü Zorluğu:

Jinxi Petrochemical'ın sıvılaştırılmış gaz ölçümünde kullanılan bir Coriolis kütle akış ölçer, ölçüm işlemi sırasında sürekli olarak büyük bir ölçüm sapması hissediyordu. Kütle akış ölçerin kurulumunda kapsamlı bir inceleme yapıldı ve herhangi bir sorun bulunamadı. Kütle akış ölçer kalibrasyon için kalibrasyon bölümüne gönderildi ve sonuçlar onaylandı. Ancak, yeniden kurulumdan sonra bile kütle akış ölçerin ölçüm verilerinde hala sorunlar vardı.

Akışkanların çalışma basıncı, kütle akış ölçerin basınç değerinden daha yüksek olmamalıdır.

Kök Neden Analizi: Bu duruma cevaben, sahadaki akış ölçerin çalışma parametrelerini kalibrasyon işlemi parametreleriyle karşılaştırdık ve sahadaki sıvılaştırılmış gaz basıncının 1,6 MPa, kalibrasyon işlemi sırasındaki ortam basıncının ise yaklaşık 0,3 MPa olduğunu tespit ettik. Dolayısıyla, ölçülen ortam basıncındaki değişiklik, kütle akış ölçerin ölçümünü etkilemiştir.

Teknik Etki Açıklaması: Kaliteli bir akış ölçer, öncelikle ölçülen ortam basıncının belirtilen çalışma basıncını aşmaması gerektiğini ve ayrıca statik basınç değişimlerinin etki derecesini göz önünde bulundurmalıdır. Basınç değişiklikleri, ölçüm tüpünün sıkılığını, Bourdon etkisinin derecesini ve ölçüm tüpünün asimetrisini bozan orijinal sıfır sapma değerini etkiler. Cihaz sabitlerindeki ve sıfır kaymasındaki değişim küçük olsa da, kullanım sırasında basınç ve kalibrasyonda önemli bir fark olduğunda yüksek hassasiyetli cihazlar üzerindeki etki göz ardı edilemez.

Basınç Etkisi Korelasyonu:

• Küçük çaplı aletler: Yüksek duvar kalınlığı/çap oranları basınç etkisini en aza indirir
• Büyük çaplı aletler: Düşük duvar kalınlığı/çap oranları önemli basınç hassasiyeti yaratır

Yetkili Test Sonuçları: Sekiz kütle akış ölçerin bağımsız testleri ölçülebilir basınç etkilerini göstermiştir:

2.2.2 Orta Yoğunluk Değişim Etkileri

Ölçüm ortamının yoğunluğundaki değişiklik, akış ölçüm sisteminin kalitesini değiştirerek akış sensörünün dengesinde değişikliğe ve sıfır ofsetine neden olur. Belirli bir sıvının ölçümü yapılıyorsa, gerçek sıvı yoğunluğu koşulları altında sıfırlandığı sürece, kullanım sırasındaki yoğunluk değişimi önemli değildir ve genellikle bir sorun yaşanmaz.

Çoklu Akışkan Boru Hattı Zorlukları: Ancak, tek bir boru hattında önemli yoğunluk farklılıklarına sahip birkaç sıvının ölçülmesi, sıfır noktası değişimleri nedeniyle ek hatalara yol açabilir ve sistem tasarımı ve işletimi sırasında dikkatli değerlendirme gerektirir.

2.2.3 Orta Viskoziteli Darbeli Kütle Akış Ölçer Analizi

Coriolis kuvveti kütle akış ölçeri, geniş bir sıvı viskozitesi aralığını ölçebilir ve iyi bir ölçüm performansı sergiler. Aslında, sıvı viskozitesi sistemin sönümleme özelliklerini değiştirebilir, böylece sıfır sapmayı etkileyebilir ve düşük akış hızlarında akış ölçüm değerleri üzerinde belirli bir etkiye sahip olabilir.

Tasarım Hususları: Kullanım koşullarına bağlı olarak kütle akış ölçerlerin özelliklerini ve boyutlarını seçerken göz önünde bulundurduğumuz temel faktörlerden biri, tahmini cihaz basınç kaybının boru sisteminin izin verilen aralığı içinde olmasıdır. Basınç düşüşüne izin verirken optimum ölçüm doğruluğu elde etmek için, kullanılan maksimum akış hızı, akış aralığı içinde mümkün olduğunca yüksek seçilmelidir.

SH-CMF Coriolis akış ölçerinin basınç kaybı/viskozite eğrisi silverinstruments.com'dan

Viskozite-Basınç Düşüşü İlişkisi: Bir kütle akış ölçerin basınç düşüşü, akışkan viskozitesinin artmasıyla artar; bu da viskozitedeki artışın cihazın basınç kaybını artıracağı anlamına gelir. Jinxi Petrochemical şirketinin damıtma ünitesinde ham petrol ölçümü için kullanılan Coriolis kütle akış ölçer, seçim sürecinde proses ekipmanının çalışmasını etkilemeden artan viskozite ve basınç kaybı faktörlerini tamamen göz önünde bulundurmuştur.

SH-CMF Serisi Coriolis akış ölçerinin akış hızı/doğruluğu/basınç düşüşü silverinstruments.com'dan

Gelişmiş Çözümler ve Gelecekteki Gelişmeler

Günümüzde kaliteli akış ölçerlerin normal ölçümünü etkileyen birçok faktör bulunmaktadır. Bu faktörlerden bazıları akış ölçeri yeniden takmamızı gerektirirken, bazıları da değiştirmemizi gerektirebilir. Bu da, kaliteli akış ölçerlerin normal çalışmasını sağlamak için seçim sürecinde etkili olan tüm faktörleri kapsamlı bir şekilde değerlendirmemizi gerektirir.

Bakım ve Kalibrasyon Gereksinimleri: Pratik uygulamalarda, sensörlerin montaj gerilimi, ölçüm tüplerinin yapısal asimetrisi ve ölçülen sıvının fiziksel parametrelerindeki değişiklikler gibi sıfır kaymasına neden olan birçok faktör vardır. Bu, sıfır noktasını düzenli olarak kontrol etmemizi ve ayarlamamızı gerektirir.

Yeni Nesil Teknoloji Gelişmeleri: Günümüzde, ölçüm teknolojisinin sürekli ilerlemesi ve kütle akış ölçerlerin performansının sürekli iyileştirilmesiyle birlikte, bazı seri kütle akış ölçerler, kütle akış ölçerlerin sahadaki performansının laboratuvar koşullarıyla uyumlu olmasını önermektedir. Fabrikada sıfır noktası belirlendikten sonra, sahada ayar yapmaya veya proses koşullarında değişiklik yapıldıktan sonra ayar yapmaya gerek yoktur. Bu, vana sayısını azaltacak, kurulumu basitleştirecek ve kütle akış ölçer bakım iş yükünü azaltacaktır. Aynı zamanda, kütle akış ölçer ölçümünün sıcaklık değişikliklerinden veya boru hattı gerilim değişikliklerinden etkilenmemesi de önerilmektedir.

Sonuç ve Sektör Görünümü

Coriolis kütle akış ölçer, petrol işleme, kimya endüstrisi ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılacak, nispeten hassas, güvenilir, kararlı, verimli ve esnek bir akış ölçüm cihazıdır. Ayrıca, Jinxi Petrokimya Şirketi'nin benzin, gazyağı, dizel, sıvı hidrokarbonlar ve diğer ürünlerinin ölçüm süreçlerinde de güvenilir bir şekilde kullanılarak enerji ve malzeme akış ölçümlerinin doğruluğunu artırır ve gereksiz kayıpları önler.

Kütle akış ölçüm çözümleri almak için silverinstruments.com ile iletişime geçmenizi rica ederiz.

Coriolis kütle akış ölçer teknolojisindeki sürekli performans iyileştirmeleri, normal ölçüm operasyonunu etkileyen faktörleri kademeli olarak azaltırken bakım gereksinimlerini de basitleştirir. Silver Instruments (silverinstruments.com) gibi sektör liderleri, en yüksek ölçüm hassasiyeti ve operasyonel güvenilirlik seviyelerini arayan petrokimya işletmelerine kapsamlı çözümler sunarak Coriolis akış ölçer teknolojisini geliştirmeye devam etmektedir.