מד זרימת מסה CO2

תוכן עניינים

אתגרים במדידת זרימת נפח CO2
החשיבות של מדי זרימת מסת CO2 בייצור תעשייתי
הקשר בין קצב זרימת נפח וקצב זרימת מסה
מדי זרימת מסה עקיפים ומגבלותיהם
מדי זרימת מסה ישירה: מדידה מדויקת ללא פיצוי פרמטרים
סוגי מדי זרימת מסה ישירה למדידת CO2
מד זרימת מסה תרמית למדידת זרימת גז CO2
כיצד פועל מד זרימת מסה תרמית עבור CO2?
יתרונות השימוש במד זרימת מסה תרמי למדידת זרימת מסה CO2
מד זרימת מסה Coriolis למדידת CO2
כיצד פועל מד זרימת מסה Coriolis למדידת זרימת מסה Co2
תכונות של מד זרימת מסה CO2
מד זרימה Coriolis למדידת זרימת CO2 קריוגנית
מד זרימת מסה מיקרו CO2
מדי זרימת גז תרמיים
Coriolis Micro Flow Meters

אתגרים במדידת זרימת נפח CO2

רוב מדי זרימת ה-Co2 בשימוש נפוץ כיום נועדו למדוד זרימת גז בנפח. עם זאת, מכיוון שנפח גז CO2 מושפע מהטמפרטורה, הלחץ ופרמטרים אחרים שלו, כל שינוי בתנאים אלה מחייב את זרימת הנפח הנמדדת להיות מותאמת לערך מקביל בתנאים סטנדרטיים או מוסכמים. בפועל, תנודות תכופות בטמפרטורה ובלחץ הופכות את זה למאתגר, ולעתים בלתי אפשרי, לבצע את ההמרות הללו בזמן. כתוצאה מכך, ישנה העדפה גוברת לשימוש במדדי זרימת מסה למדידת גז CO2.

החשיבות של מדי זרימת מסת CO2 בייצור תעשייתי ב

בייצור תעשייתי, מדי זרימת מסה CO2 חיוניים לשליטה באיכות המוצר, לקביעת יחסי הערבוב של חומרים שונים במהלך הייצור, ניהול חשבונאות עלויות ואפשרות התאמות אוטומטיות לתהליך הייצור. ככל שטכנולוגיית הייצור התעשייתי מתקדמת ואוטומציית התהליכים גוברת, החשיבות של מדידת זרימת מסת CO2 ממשיכה לגדול.

הקשר בין קצב זרימת נפח וקצב זרימת מסה

הקשר בין קצב זרימת נפח qv וקצב זרימת מסה qmis נתון על ידי:

(1-1)

אוֹ

(1-2)

אֵיפֹה:

• ρ היא צפיפות הנוזל הנמדד, בק"ג/מ"ר;
• A הוא שטח החתך של הזרימה (בדרך כלל חתך הצינור), במ"ר;
• V היא מהירות הזרימה הממוצעת בקטע A, ב-m/s.

מדי זרימת מסה עקיפים ומגבלותיהם

ניתן לסווג מדי זרימת מסה של CO2 לשתי קטגוריות: עקיפה (או נגזרת) וישירה. מדי זרימת מסה עקיפה מודדים תחילה את זרימת נפח ה-CO2 ולאחר מכן מכפילים אותה בצפיפות הנוזל, המושגת באמצעות דנסימטר ומכפיל. בשל מגבלות המבנה והמרכיבים שלהם, מדדי צפיפות אינם יכולים לפעול ביעילות בתנאי טמפרטורה ולחץ גבוהים, ולכן מסתמכים על ערך צפיפות קבוע כדי לחשב את זרימת המסה. עם זאת, מכיוון שצפיפות הנוזל משתנה עם הלחץ והטמפרטורה, שימוש בערך צפיפות קבוע בתנאים משתנים מביא לשגיאות משמעותיות במדידת זרימת מסה, המחייבות פיצוי פרמטרים. זה הוביל לפיתוח של מדי זרימה עם פיצוי על טמפרטורה ולחץ, המזהים את הטמפרטורה והלחץ של הנוזל וממירים אותם אוטומטית לערך הצפיפות המתאים באמצעות מודל מתמטי. התוצר של ערך צפיפות זה וזרימת הנפח מספקים את מדידת זרימת המסה. סוג זה של מד מכונה אפוא מד זרימת מסה עם פיצוי על טמפרטורה ולחץ ונמצא בשימוש נרחב בתעשייה.

מדי זרימת מסה ישירה: מדידה מדויקת ללא פיצוי פרמטרים

מדי זרימת מסה ישירה, לעומת זאת, מודדים כמויות הקשורות ישירות לזרימת המסה, ומבטיחים שאות הפלט המייצג את זרימת המסה אינו תלוי בלחץ, בטמפרטורה ובפרמטרים אחרים של המדיום. גישה זו מתייחסת למורכבויות ולאי הדיוקים הקשורים בהנחות הליניאריות בין צפיפות, טמפרטורה ולחץ בתנאים משתנים, ולאופי המסורבל של פיצוי טמפרטורה ולחץ.

סוגי מדי זרימת מסה ישירה למדידת CO2

מדי זרימת מסה ישירה מזהים זרימת מסה ישירות דרך מרכיבי המדידה שלהם. ישנם מספר סוגים של מדי זרימת מסה ישירה, כולל סוגי מומנטום ומומנטום, סוגי כוח אינרציאלי, מד זרימת מסה Coriolis, סוגי לחץ דיפרנציאלי, סוגי רטט ומד זרימת מסה תרמית.

מד זרימת מסה תרמית למדידת זרימת גז CO2

כיצד פועל מד זרימת מסה תרמית עבור CO2?

מד זרימת מסה תרמי , סוג של מד זרימת מסה ישירה, ראה התפתחות מהירה בשנים האחרונות. עקרון הפעולה הבסיסי שלו כולל שימוש במקור חום חיצוני כדי לחמם את ה-CO2 הנמדד ולאחר מכן זיהוי שינויים בשדה הטמפרטורה הנגרמים על ידי זרימת ה-CO2 כדי לקבוע את זרימת מסת ה-CO2. שינוי זה בשדה הטמפרטורה מצוין על ידי הפרש הטמפרטורה בין הקצוות במעלה הזרם למורד הזרם של המחמם. הקשר בין קצב זרימת המסה qm של הנוזל לבין הפרש הטמפרטורה על פני המחמם ניתן על ידי:

(1-3)

אֵיפֹה:

• P הוא כוח החימום,
• J הוא שווה ערך לחום,
• Cp הוא החום הסגולי בלחץ קבוע של הנוזל,
• Δt הוא הפרש הטמפרטורה בין הקצה הקדמי והאחורי של המחמם.

מתוך משוואה זו, ניתן לראות שבשיטת ההספק הקבוע, הפרש הטמפרטורה Δt הוא ביחס הפוך לקצב זרימת מסת ה-CO2 qm . על ידי מדידת הפרש הטמפרטורה Δt , ניתן לקבוע את קצב זרימת המסה qm . לעומת זאת, בשיטת הפרש הטמפרטורה הקבועה, הספק הכניסה P של המחמם הוא פרופורציונלי ישר לקצב זרימת המסה qm . על ידי מדידת הספק הכניסה של המחמם P , ניתן לקבל את הערך של qm . שיטת הפרש הטמפרטורה הקבועה מועדפת בדרך כלל בפועל בשל הקשר הפשוט יותר שלה ותהליך המדידה הקל יותר; ניתן לקבוע ישירות את קצב זרימת מסת ה-co2 qm על ידי קריאת ההספק P ממד הספק, מה שהופך אותו לשימוש נרחב.

יתרונות השימוש במד זרימת מסה תרמי למדידת זרימת מסה CO2

√ זה יכול למדוד ישירות את זרימת המסה של גז CO2, שיש לו משמעות רבה לבקרת כמות כניסת הגז בתהליך ותהליך הייצור.
√ לחיישן מד זרימת הגז התרמי אין חלקים נעים בעת מדידת זרימת גז, כך שאין בלאי ותחזוקה מכאניים.
√ זה יכול למדוד את הזרימה המיידית של CO2, ומהירות התגובה מהירה.
√ טווח מדידה רחב: היחס בין קצב הזרימה המקסימלי לטווח המדידה המינימלי יכול להגיע ל-100:1, שיש לו טווח מדידה רחב מאוד בהשוואה למדדי זרימה של טורבינת גז ומדדי זרימת מערבולת גז.
√ ישנם מדי זרימת גז מוטבעים או מדי זרימת גז תרמיים להכנסה, אשר יכולים לשמש למדידת זרימת CO2 של גז צינור גדול.

מד זרימת מסה Coriolis למדידת CO2

כיצד פועל מד זרימת מסה Coriolis למדידת זרימת מסה Co2.

מד זרימת המסה של קוריוליס משקף את גודל קצב זרימת המסה על ידי מדידת השינוי של כוח הקוריוליס. מה שנקרא כוח קוריוליס מתייחס לעובדה שעבור עצם בתוך מסגרת ייחוס המסתובב במהירות זוויתית אחידה, בנוסף לכוח הצנטריפוגלי האינרציאלי, יש צורך להוסיף כוח אינרציאלי נוסף למתבונן במסגרת הייחוס המסתובבת על מנת להשתמש בחוק השני של ניוטון כדי לתאר את מצב התנועה של העצם. כוח זה הוא כוח קוריוליס, או בקיצור כוח קוריוליס. לדוגמה, אם דיסק משמש כמסגרת ייחוס מסתובבת, והדיסק מסתובב סביב הציר המרכזי במהירות זוויתית של, מניחים שעצם נע בקו ישר אחיד ביחס לדיסק לאורך רדיוס הדיסק ב מהירות ממרכז הסיבוב. בנוסף לכוח הצנטריפוגלי האינרציאלי, העצם מושפע גם מכוח הקוריוליס. גודל כוח הקוריוליס נקבע על פי המהירות הזוויתית של הדיסק והמהירות הרדיאלית של העצם. בהנחה שכוח הקוריוליס מיוצג על ידי f, הביטוי שלו הוא:

(1-4)

בנוסחה:

m - המסה של העצם הנע
v- המהירות של אובייקט במסגרת ייחוס מסתובבת
`w- מהירות זוויתית של מסגרת הייחוס המסתובבת.

כפי שמצוין במשוואה, קיומו של כוח קוריוליס תלוי בנוכחות בו-זמנית של מהירות רדיאלית ומהירות זוויתית; אם אחת מהמהירות היא אפס, לא ייווצר כוח קוריוליס.

ממשוואה (1-4), ברור שכאשר מהירות הסיבוב הזוויתית קבועה, כוח הקוריוליס fc עומד ביחס ישר ל-CO2 של המסה והמהירות של העצם. עקרון זה מהווה את הבסיס התיאורטי הבסיסי לשימוש בכוח קוריוליס למדידת זרימת מסה. במדידת זרימה, גורם ה-CO2 הנמדד לזרום דרך צינור נע, המסתובב במהירות זוויתית מסוימת, ובכך משיג קיום בו-זמני של מהירות זרימה ומהירות זוויתית. צינור נע זה מכונה צינור מדידת הזרימה. צינור המדידה יכול להשיג את התנאים הדרושים על ידי סיבוב או רטט מעת לעת. כאשר הנוזל זורם דרך צינור המדידה, הוא חווה את אפקט הקוריוליס עקב השינויים התקופתיים במהירות הזוויתית, אם כי במבנה פשוט יחסית.

תכונות של מד זרימת מסה CO2

↗ עוצב עבור גדלי זרימת גז הנעים בין מד זרימת מסה מיקרו CO2 DN1.5 ל-DN200 (8 אינץ')
↗ מדידה ישירה של זרימת מסת הגז עבור גזים בצפיפות גבוהה
↗ מצויד בצגים אלקטרוניים, 4-20mA, RS485 ואפשרויות בקרת אצווה
↗ דיוק גבוה במדידת זרימת מסת גז
↗ אידיאלי עבור יישומי זרימת גז בלחץ גבוה כגון ניטור זרימת גז CO2 או גפ"מ
↗ יכול גם למדוד זרימת מסת CO2 בטמפרטורה נמוכה במיוחד
↗ קריאות דיגיטליות של קצב זרימת הגז בקילוגרמים לשנייה (ק"ג/שניה) או ק"ג/שעה, t/h, יחידת זרימת מסה

מד זרימה Coriolis למדידת זרימת CO2 קריוגנית

מדי זרימת Coriolis יעילים ביותר למדידת CO2 קריוגני, במיוחד ביישומים הדורשים מדידת זרימת מסה מדויקת בטמפרטורות נמוכות במיוחד. מונים אלה מנצלים את אפקט הקוריוליס, שבו קצב זרימת המסה של הנוזל נקבע על ידי מדידת כוח הקוריוליס המושרה בזמן שה-CO2 זורם דרך צינורות רוטטים. היתרון העיקרי של שימוש במדדי זרימה של Coriolis עבור CO2 קריוגני טמון ביכולת מדידת המסה הישירה שלהם, שנשארת מדויקת ביותר גם בטמפרטורות נמוכות במיוחד. בנוסף, הם מספקים חזרה ואמינות מצוינות ללא צורך במיישרים זרימה או פיצוי טמפרטורה. זה הופך אותם לאידיאליים עבור יישומים כגון אחסון קריוגני, הובלה ומינון מדויק בתהליכים תעשייתיים שבהם שמירה על CO2 במצב העל-קריטי או הנוזלי שלו היא חיונית.

מד זרימת מסה מיקרו CO2

אנו מציעים גם מדי זרימת מיקרו-מסה עבור CO2, בעיקר כולל מדי זרימה של גז תרמי ומד זרימה של Coriolis.

מדי זרימת גז תרמי נועדו למדוד קצבי זרימה נמוכים במיוחד עם דיוק גבוה. הזרימה המינימלית שאנו יכולים לזהות היא נמוכה כמו 2 מ"ל לדקה, אך היא עדיין יכולה לשמור על דיוק גבוה של ± 1% FS, הם פועלים על ידי זיהוי שינויים בטמפרטורה כאשר CO2 עובר דרך חיישן מחומם. היתרונות כוללים רגישות גבוהה לקצבי זרימה נמוכים, ללא חלקים נעים (מה שאומר תחזוקה מינימלית), וזמני תגובה מהירים. מונים אלה אידיאליים ליישומים הדורשים שליטה מדויקת בכמויות גז קטנות, כגון במחקר מעבדתי, מכשור רפואי וניטור סביבתי.

Coriolis Micro Flow Meters , לעומת זאת, מודדים ישירות את זרימת המסה על ידי זיהוי כוח הקוריוליס שנוצר כאשר CO2 זורם דרך צינורות רוטטים. מונים אלו מספקים מדידות זרימת מסה מדויקות ואמינות ביותר, ללא תלות בשינויי לחץ וטמפרטורה. הם מתאימים במיוחד ליישומים שבהם הדיוק הוא קריטי, כגון ייצור תרופות, עיבוד כימי ותעשיות מזון ומשקאות. שני סוגי המונים חיוניים בתהליכים שבהם מדידת זרימת מסת CO2 מדויקת היא חיונית, כל אחד מציע יתרונות ייחודיים בהתאם לצרכי היישום.