Nicht unbedingt. Die Kompressorkapazität kann unter Referenzbedingungen ausgedrückt werden, während das Messgerät das durch die Druckleitung strömende Gasvolumen anzeigt. Beide Messwerte können die gleiche Gasmenge beschreiben.
Das ist der Unterschied zwischentatsächliche und standardmäßige Gasdurchflussraten, manchmal auch als Arbeits- und Standarddurchflussraten bezeichnet. Dieses Verständnis ist bei der Umrechnung des Gasverbrauchs, der Berechnung der Pipelinegeschwindigkeit oder der Auswahl eines industriellen Gasdurchflussmessers von entscheidender Bedeutung.
Die Umrechnung hängt vom absoluten Druck, der Temperatur, den Gaseigenschaften und den verwendeten Referenzbedingungen ab. Bei der Dimensionierung des Messgeräts müssen Ingenieure außerdem den gesamten Betriebsbereich und nicht nur einen einzelnen Nenndurchflusswert berücksichtigen.
Tatsächlicher vs. Standard-Gasfluss: Was ist der Unterschied?
Der tatsächliche Volumenstrom ist das Gasvolumen, das sich bei Betriebsdruck und Betriebstemperatur durch eine Rohrleitung bewegt. Sie kann in tatsächlichen m³/h, Am³/h oder ACFM ausgedrückt werden.
Der Standardvolumenstrom drückt das äquivalente Gasvolumen bei bestimmten Referenzbedingungen aus. Zu den gängigen Einheiten gehören Nm³/h, Sm³/h und SCFM.
Wenn Gas komprimiert wird, nimmt im Allgemeinen seine Dichte zu und die gleiche Masse nimmt weniger Volumen ein. Folglich kann der tatsächliche Volumenstrom viel niedriger sein als der Standardvolumenstrom in einer Druckleitung.
Der Massenfluss unterscheidet sich von beiden. Sie stellt die Masse dar, die pro Zeiteinheit durch eine Messstrecke fließt, üblicherweise in kg/h. Der Zusammenhang wird in FlowT's näher erläutertVergleich von Massenstrom und Volumenstrom.
| Messung | Typische Einheiten | Hauptzweck |
|---|---|---|
| Tatsächlicher Volumenstrom | Am³/h, ACFM | Rohrgeschwindigkeit und Volumenzählerdimensionierung |
| Standard-Volumenstrom | Nm³/h, Sm³/h, SCFM | Vergleich von Gasverbrauch und Kapazität |
| Massenfluss | kg/h, kg/s | Massenbilanz und Prozesskontrolle |
Was sind Standard-Gasreferenzbedingungen?
Es gibt keine universelle Referenztemperatur für jede Gasmessanwendung. Abhängig von der geltenden Norm oder kommerziellen Vereinbarung können die Referenztemperaturen 0 Grad, 15 Grad, 20 Grad oder 60 Grad F umfassen.
Zum Beispiel,ISO 13443legt Referenzbedingungen für Erdgas fest, einschließlich Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit. Andere industrielle Anwendungen können andere vertragliche Referenzbedingungen verwenden.
Daher ist eine Spezifikation, die nur „1.000 Nm³/h“ angibt, unvollständig, sofern nicht die geltenden Referenzbedingungen bekannt sind. Der Druck muss als absolut angegeben werden und die Gasbasis muss konsistent sein, einschließlich der Frage, ob sich die gemeldete Menge auf trockenes oder nasses Gas bezieht.
Dies ist wichtig, wenn Sie Geräte verschiedener Lieferanten vergleichen. Eine bei 20 Grad ausgedrückte Gasmenge nimmt etwa 7,3 % mehr Volumen ein als bei 0 Grad, wenn der Druck unverändert bleibt und ein ideales Gasverhalten angenommen wird.
Umrechnungsformel für den tatsächlichen Gasdurchfluss in den Standardgasdurchfluss
Bei unveränderter Gaszusammensetzung ergibt sich folgende Beziehung zwischen Ist- und Referenzvolumenstrom:
Qstd=Qactual × (Pactual / Pstd) × (Tstd / Tactual) × (Zstd / Zactual)
So berechnen Sie den tatsächlichen Volumenstrom aus dem Standarddurchfluss:
Qactual=Qstd × (Pstd / Pactual) × (Tactual / Tstd) × (Zactual / Zstd)
- Qstd: Volumenstrom bei Referenzbedingungen
- Qactual: Volumenstrom bei Betriebsbedingungen
- Pstd und Pactual: absolute Drücke
- Tstd und Tactual: Temperaturen in Kelvin
- Zstd und Zactual: Gaskompressibilitätsfaktoren
Konvertieren Sie den Manometerdruck vor der Berechnung
Einer der häufigsten Fehler besteht darin, Manometerdruck als Absolutdruck zu behandeln.
Absoluter Druck=Manometerdruck + lokaler Atmosphärendruck
Für eine Pipeline, die bei 7 bar(g) betrieben wird, unter der Annahme eines Atmosphärendrucks von 1,01325 bar:
Aktuelle=7 + 1.01325=8.01325 bar(a)
Die Verwendung von 7 bar(a) würde in diesem Beispiel bei unveränderten anderen Variablen das berechnete tatsächliche Volumen um ca. 14,5 % überschätzen.
Weitere Erläuterungen finden Sie in der FlowT-Erklärung vonPSI, PSIA und PSIG. Ein passendesDrucktransmitterkann Druckinformationen an ein Kompensationssystem liefern, sein Messtyp und sein Kalibrierungsbereich müssen jedoch überprüft werden.
Warum der Kompressibilitätsfaktor wichtig ist
Der Kompressibilitätsfaktor Z berücksichtigt Abweichungen vom idealen Gasverhalten. Sie variiert je nach Gaszusammensetzung, Druck und Temperatur.
Für eine vorläufige Idealgasschätzung gehen Ingenieure manchmal von Zactual/Zstd=1. aus. Diese Annahme darf nicht als verifizierte Eigenschaft von Druckluft oder Erdgas bei erhöhten Drücken betrachtet werden.
Stellen Sie sich eine Idealgasberechnung vor, die 100 m³/h ergibt. Wenn das tatsächliche Zactual/Zstd-Verhältnis 0,97 beträgt, beträgt das korrigierte Ergebnis 97 m³/h. Bei einem Verhältnis von 1,03 ergibt sich ein Wert von 103 m³/h.
Bei diesen Verhältnissen handelt es sich um beispielhafte Empfindlichkeitswerte, nicht um gemessene Gaseigenschaften. Sie zeigen, dass eine falsche Annahme der Kompressibilität sich direkt auf das Konvertierungsergebnis auswirkt.
Für Erdgas,ISO 15970befasst sich mit der Messung von Eigenschaften, die bei der Volumenumrechnung verwendet werden, einschließlich Druck, Temperatur, Dichte und Kompressionsfaktor. Wenn die Messgenauigkeit dies erfordert, sollten geeignete Gaseigenschaftenmethoden und Informationen zur Zusammensetzung verwendet werden.
Beispiel 1: 800 Nm³/h Druckluft umsetzen
Betrachten Sie ein Druckluftsystem mit den folgenden angenommenen Bedingungen:
- Referenzdurchfluss: 800 Nm³/h
- Referenztemperatur: 0 Grad (273,15 K)
- Referenzdruck: 1,01325 bar(a)
- Betriebsdruck: 7 bar(g)
- Betriebstemperatur: 35 Grad (308,15 K)
- Angenommener Atmosphärendruck: 1,01325 bar
- Angenommener Zactual/Zstd: 1
Rechnen Sie zunächst den Betriebsdruck auf 8,01325 bar(a) um.
Tatsächlich=800 × (1,01325 / 8,01325) × (308,15 / 273,15)
QIst ≈ 114,1 m³/h
Unter diesen Annahmen belegt die gleiche Gasmenge von 800 Nm³/h etwa 114,1 m³ pro Stunde in der Druckleitung.
Berechnen Sie die Pipeline-Geschwindigkeit
Angenommen, die Rohrleitung hat einen tatsächlichen Innendurchmesser von 100 mm. Seine Querschnittsfläche beträgt ca. 0,007854 m².
Geschwindigkeit=(114,1 / 3600) / 0,007854 ≈ 4,04 m/s
Würde ein Ingenieur fälschlicherweise 800 m³/h als Betriebsdurchfluss verwenden, würde die berechnete Geschwindigkeit etwa 28,3 m/s betragen.
Dieser Unterschied könnte sich erheblich auf die vorgeschlagene Zählergröße und den vorgeschlagenen Messbereich auswirken. Verwenden Sie immer den tatsächlichen Innendurchmesser, nicht nur die Nennrohrbezeichnung.
Für Anwendungen, bei denen eine direkte massenbezogene Messung bevorzugt wird, bietet FlowT die MöglichkeitOptionen zur Messung des Gasmassendurchflusses. Ihre Eignung muss anhand der Gaszusammensetzung und der Betriebsbedingungen überprüft werden.
Beispiel 2: Berechnen Sie einen Erdgas-Betriebsbereich
Ein Erdgassystem arbeitet selten mit einem festen Druck, einer festen Temperatur und einer festen Durchflussrate. Bei der Auswahl des Messgeräts sollten der minimale und maximale tatsächliche Volumenstrom berücksichtigt werden.
Gehen Sie von der folgenden hypothetischen Spezifikation aus:
- Referenzdurchfluss: 300–1.000 Nm³/h
- Referenzbedingungen: 15 Grad und 1,01325 bar(a)
- Betriebsdruck: 3–8 bar(g)
- Betriebstemperatur: 10–50 Grad
- Angenommener Atmosphärendruck: 1,01325 bar
- Zactual/Zstd=1 für vorläufige Berechnung
Das größte tatsächliche Volumen entsteht in diesem vereinfachten Modell, wenn Referenzdurchfluss und -temperatur am höchsten und der Betriebsdruck am niedrigsten sind.
Qactual,max=1000 × (1,01325 / 4,01325) × (323,15 / 288,15) ≈ 283,1 m³/h
Das kleinste tatsächliche Volumen entsteht bei minimalem Referenzdurchfluss, maximalem Druck und minimaler Temperatur.
Qactual,min=300 × (1,01325 / 9,01325) × (283,15 / 288,15) ≈ 33,1 m³/h
Die vorläufige tatsächliche Durchflussmenge beträgt ca. 33–283 m³/h.
Bei diesen Werten handelt es sich nicht um endgültige Auslegungswerte für Erdgas. Sie gehen von unabhängigen Betriebsextremen und einem idealen Gasverhalten aus. In einer Betriebsanlage können Druck, Temperatur und Bedarf korrelieren und der Kompressibilitätsfaktor muss bewertet werden.
Für ein Rohr mit einem tatsächlichen Innendurchmesser von 150 mm beträgt der entsprechende Geschwindigkeitsbereich etwa 0,52–4,45 m/s.
Dieser Bereich ist der Ausgangspunkt für die Auswahl des Messgeräts und kein Beweis dafür, dass ein bestimmtes Messgerät ihn messen kann.
So dimensionieren Sie einen Gasdurchflussmesser anhand des tatsächlichen Durchflusses
Sobald der tatsächliche Durchfluss berechnet wurde, besteht der nächste Schritt darin, den Betriebsbereich mit den veröffentlichten Leistungsgrenzen des ausgewählten Messgeräts zu vergleichen.
Schritt 1: Stellen Sie reale Betriebsbedingungen her
Notieren Sie den minimalen, normalen und maximalen Gasfluss zusammen mit den entsprechenden Drücken und Temperaturen. Verwenden Sie nach Möglichkeit gleichzeitige Betriebsdaten, anstatt unabhängige Extremwerte zu kombinieren.
Identifizieren Sie die Gaszusammensetzung, den Feuchtigkeitszustand, den Druckbereich und den erforderlichen Messzweck. Für die Prozessüberwachung und die eichpflichtige Messung können unterschiedliche Anforderungen an die Ausrüstung gestellt werden.
Schritt 2: Berechnen Sie den tatsächlichen Durchfluss und die tatsächliche Geschwindigkeit
Konvertieren Sie den Referenzdurchfluss in den tatsächlichen Durchfluss an jedem relevanten Betriebspunkt. Verwenden Sie die entsprechende Kompressibilitätskorrektur und den tatsächlichen Rohrinnendurchmesser.
Berechnen Sie die Geschwindigkeit, indem Sie Qactual durch die interne Strömungsfläche dividieren. Dies hilft beim Screening volumetrischer Technologien, aber die Geschwindigkeit allein beweist noch nicht die Eignung.
Schritt 3: Überprüfen Sie den Messbereich des Herstellers
Vergleichen Sie den niedrigsten und höchsten Betriebspunkt mit den angegebenen Grenzwerten des in Frage kommenden Messgeräts.
Für einenWirbeldurchflussmesserDie untere Messgrenze hängt vom Gerätedesign und den Bedingungen wie der Gasdichte und der Reynolds-Zahl ab. Ein Messgerät, das bei normalem Durchfluss ordnungsgemäß funktioniert, liefert möglicherweise bei minimalem Bedarf kein zuverlässiges Signal.
Für einenthermischer Massendurchflussmesser, bestätigen Sie das kalibrierte Gas, den Massendurchflussbereich, die thermischen Eigenschaften, die Temperaturgrenzen und die Installationsanforderungen.
Wenn der berechnete Mindestdurchfluss unter den validierten unteren Grenzwert des Instruments fällt, kann das Problem nicht durch die Auswahl eines größeren Messgeräts gelöst werden, um lediglich den Spitzendurchfluss zu berücksichtigen.
Schritt 4: Überprüfen Sie die Genauigkeit und die Installationsbedingungen
Lesen Sie die Genauigkeitsspezifikation sorgfältig durch. Die als Prozentsatz des Messwerts ausgedrückte Genauigkeit entspricht nicht dem Prozentsatz des Skalenendwerts, insbesondere bei geringem Durchfluss.
Überprüfen Sie die erforderlichen Längen der geraden Rohre, Strömungsstörungen, Druckverlust, Vibrationen, elektrische Anschlüsse und Anforderungen für den Gefahrenbereich.
Für einthermischer Massendurchflussmesser mit EinschubWichtig sind die Einbaulage und das Geschwindigkeitsprofil. Bei einem Inline-Vortex-Instrument müssen die angegebene Betriebs-Reynolds-Zahl und Gasdichte eingehalten werden.
Thermische Masse vs. Vortex: Welches Messgerät passt zur Anwendung?
| Auswahlfaktor | Thermische Masse | Wirbel |
|---|---|---|
| Messgrundlage | Massenbezogene Wärmeübertragung | Wirbelfrequenz und tatsächlicher Volumenstrom |
| Typische Anwendungen | Saubere Druckluft und Prozessgase | Geeignete Gase, Dampf und Flüssigkeiten |
| Ausgabe des Referenzvolumens | Oft aus massenbezogener Messung konfigurierbar | Erfordert eine angemessene Umwandlung oder Entschädigung |
| Einschränkungen bei geringem Durchfluss | Hängt vom Sensor und der Kalibrierung ab | Hängt von den minimalen Wirbelablösungsbedingungen ab |
| Wichtige Kontrollen | Gaszusammensetzung, Verunreinigung, thermische Eigenschaften | Dichte, Reynolds-Zahl, Geschwindigkeit, Installation |
Die thermische Massenmessung kann für die Überwachung des Verbrauchs sauberer Druckluft attraktiv sein, insbesondere wenn die erforderliche Ausgabe ein Massendurchfluss oder ein äquivalentes Referenzvolumen ist. FlowT listet auch aufthermische Massenmessgeräte zur Gasmessung.
Die Vortex-Technologie kann für stabile Prozessgasbedingungen geeignet sein, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit und Gasdichte im validierten Bereich bleiben. Für die gewählte Konfiguration muss die Verfügbarkeit von Kompensationsfunktionen geprüft werden.
Für bestimmte Gasanwendungen ist die Ultraschalltechnologie eine weitere mögliche Option. Seine Eignung hängt vom Instrumentendesign, den gasakustischen Eigenschaften, der Installation und den Betriebsbedingungen ab. FlowTsErklärung des Ultraschall-Gasdurchflussmessersliefert weitere Hintergrundinformationen.
Allein deshalb sollte keine Messtechnik gewählt werden, weil der Messumformer Nm³/h oder Sm³/h anzeigen kann.
Häufige Fehler bei der Konvertierung und Dimensionierung des Gasflusses
- Manometerdruck als Absolutdruck verwenden:Dies führt zu einem falschen Druckverhältnis und damit zu einer falschen Volumenumrechnung.
- Eingabe von Celsius in die Gasgleichung:Temperaturverhältnisse müssen Kelvin verwenden.
- Referenzbedingungen ignorieren:Zwei Standardvolumenmesswerte sind möglicherweise nicht direkt vergleichbar, wenn Referenztemperatur, -druck oder -feuchtigkeit unterschiedlich sind.
- Angenommen Z=1 ohne Auswertung:Dies kann zu systematischen Konvertierungsfehlern führen, insbesondere unter anspruchsvollen Realgasbedingungen.
- Dimensionierung allein anhand des nominalen Standarddurchflusses:Die tatsächlichen Mindest- und Höchstdurchflüsse können stark von den Referenzvolumenwerten abweichen.
- Anzeigeeinheiten mit Messprinzip verwechseln:Ein Messgerät, das das Standardvolumen meldet, kann diesen Wert aus der Massenmessung oder dem kompensierten tatsächlichen Volumen ableiten.
Auch die Gaszusammensetzung spielt eine Rolle. Bei einem für Luft kalibrierten Wärmemessgerät kann nicht automatisch davon ausgegangen werden, dass es für ein anderes Gasgemisch genau ist. Ebenso benötigt ein volumetrisches Instrument bei der Berechnung des Massendurchflusses entsprechende Dichteinformationen.
Welche Informationen sollten Sie einem Lieferanten von Gasdurchflussmessern zukommen lassen?
Eine sinnvolle Angebotsanfrage sollte genügend Informationen enthalten, damit der Lieferant das gesamte Leistungsspektrum bewerten kann.
- Gasname, Zusammensetzung und erwartete Variation
- Minimaler, normaler und maximaler Durchfluss
- Tatsächliche, Standard- oder Massendurchflussbasis
- Referenzdruck, Temperatur und Trocken-/Nassgasbasis
- Betriebsdruck- und Temperaturbereiche
- Innendurchmesser und Anschlussdetails der Rohrleitung
- Verfügbare gerade Rohrlängen und Installationsbedingungen
- Erforderliche Genauigkeit, Summierung und Ausgangssignale
- Gegebenenfalls explosionsgefährdete oder behördliche Anforderungen
Wenn eine Druck- oder Temperaturkompensation erforderlich ist, bestätigen Sie, ob diese im Sender oder durch ein externes Steuersystem durchgeführt wird. Bei Installationen mit separater Druckmessung wird die gewählteIndustrieller Drucktransmittersollte auf Medienkompatibilität und den erforderlichen Druckbereich überprüft werden und nicht nur anhand des Ausgangssignals ausgewählt werden.
Häufig gestellte Fragen
Entspricht die Arbeitsdurchflussrate der tatsächlichen Durchflussrate?
Normalerweise bezieht sich der Arbeitsdurchfluss auf den tatsächlichen Volumenstrom bei Betriebsdruck und Betriebstemperatur. Die Laufzeit sollte jedoch in der Projektspezifikation bestätigt werden.
Kann Nm³/h mit einem festen Faktor in m³/h umgerechnet werden?
Nur wenn die Betriebs- und Referenzbedingungen feststehen und die relevanten Gaseigenschaften bekannt sind. Durch eine Änderung von Druck, Temperatur oder Kompressibilität ändert sich der Umrechnungsfaktor.
Benötigt ein thermischer Massendurchflussmesser einen Druckausgleich?
Im Allgemeinen ist nicht die gleiche volumetrische Druck-Temperatur-Korrektur erforderlich, die zur Umwandlung einer Ist-Volumenmessung in einen Massendurchfluss verwendet wird. Dennoch können Druck, Temperatur, Gaszusammensetzung und Kalibrierungsbedingungen die Messleistung beeinflussen.
Sollte ein Gasdurchflussmesser anhand des tatsächlichen oder des Standarddurchflusses dimensioniert werden?
Für volumetrische Technologien sind der tatsächliche Durchfluss und die tatsächliche Geschwindigkeit von entscheidender Bedeutung. Bei massenbasierten Technologien müssen der relevante Massendurchflussbereich und die kalibrierten Betriebsbedingungen überprüft werden. Die endgültige Entscheidung muss sich an den Vorgaben des Herstellers orientieren.
Warum ist ein Gaszähler bei geringem Durchfluss ungenau?
Mögliche Ursachen sind ein Betrieb unterhalb des validierten Mindestdurchflusses, ungeeignete Gaseigenschaften, Installationsstörungen, Sensorverschmutzung oder falsche Kompensationseinstellungen. Die Ursache sollte anhand der Diagnoseinformationen und der technischen Dokumentation des Messgeräts untersucht werden.
Letzte Gedanken
Tatsächliche und Standard-Gasdurchflussraten repräsentieren die gleiche Gasmenge unter unterschiedlichen Volumenbedingungen. Ihre Umwandlung erfordert klar definierte Referenzbedingungen, absoluten Druck, Temperatur und eine entsprechende Korrektur der Gaseigenschaften.
Für die Geräteauswahl ist die Frage wichtiger, ob der berechnete Betriebsdurchflussbereich innerhalb der validierten Messgrenzen des Messgeräts liegt. Eine korrekte Konvertierung ist nur der erste Schritt.
FlowT bietet Gasmesslösungen basierend auf verschiedenen Technologien. Wenn Sie ein Messgerät für Druckluft, Stickstoff oder ein anderes Industriegas spezifizieren, geben Sie die Betriebsbedingungen, die Gaszusammensetzung, den Durchflussbereich und die erforderlichen Ausgangseinheiten an, damit die vorgeschlagene Konfiguration überprüft werden kann.
