Auswahl von Durchflussmessern für sehr große Rohrdurchmesser

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Unter sehr großen Rohrdurchmessern verstehen wir in der Regel Durchmesser von mehr als 1 Meter, einschließlich Rundrohre/Quadratrohre/Rechteckrohre. Aufgrund des großen Volumens der Rohre mit sehr großem Durchmesser steht bei der Konstruktion vor allem die Reduzierung des Platzbedarfs und die Kosteneinsparung im Vordergrund. Daher wird bei der Berechnung der Verlegelänge der Rohrleitungen nicht auf die Anforderungen bezüglich der Installation des Durchflussmessers Rücksicht genommen, wodurch auch keine Abstände für geradlinige Abschnitte vor und nach dem Messgerät erforderlich sind. Dies stellt für die Anwendung in den meisten Durchflussmessgeräten erhebliche Einschränkungen dar; selbst bei erzwungener Verwendung ist die Leistung sehr schlecht. Wie lässt sich dieses Problem lösen? Sprechen wir zunächst über die Eigenschaften des Durchflusses in großen Rohrleitungen: 1. Der Rohrdurchmesser beträgt mehr als 1 Meter, bei einigen sogar bis zu 5,6 Meter. Meist rechteckig, komplex zusammengesetzt, die geraden Rohrabschnitte sind äußerst kurz – oft weniger als 1D. Die Geschwindigkeitsverteilung ist komplex und ändert sich ständig mit der Last des Lüfters (bei größeren Rohrdurchmessern wird in der Regel die Luftmenge gemessen). 2. Im Rohr befinden sich Wirbel, deren Größe und Position sich mit dem Durchfluss ständig ändern. 3. Um den Druckverlust zu verringern, liegt die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr in der Regel unter 5–10 Metern pro Sekunde. Bei Raumtemperatur beträgt der Gesamtdruck des Luftstroms nur 15–60 Pa. 4. Gase enthalten oft Staub, wodurch herkömmliche Differenzdruckmessgeräte leicht verstopfen können. Im Folgenden werden einige der derzeit verwendeten Geräte zur Messung großer Rohrdurchmesser vorgestellt. Nach der Anzahl der Messpunkte: 1) Einzelpunktmessung – Die Durchflussmenge wird anhand der Strömungsgeschwindigkeit an einem bestimmten Punkt im Rohr berechnet (z. B. am Mittelpunkt). Dazu werden z. B. Einbau-Turbinen, Vortex-Flowmesser oder Doppel-Venturi-Messer verwendet. Voraussetzung für diese Messverfahren ist, dass die Länge des geraden Rohnteils 15–25D beträgt (D: Rohrdurchmesser). Aufgrund der unbeständigen Wirbel in den großen Rohrleitungen ist es sehr unwahrscheinlich, dass bei unterschiedlichen Lüfterlasten ein konstanter Durchsatzwert vorliegt; deshalb wird diese Art von Anlagen nur selten mit automatischer Steuerung ausgestattet. Hier muss etwas klargestellt werden: Viele Hersteller von Durchflussmessgeräten behaupten, ihre Geräte seien in Windkanälen kalibriert worden, wodurch eine Genauigkeit von ±1 % erreicht werden kann. Man sollte jedoch unbedingt beachten, dass es sich dabei um die Genauigkeit der Strömungsgeschwindigkeit handelt. Unter Durchfluss versteht man im Allgemeinen die Summe der Strömungsgeschwindigkeiten in der gesamten Strömungsprofil. Im Allgemeinen sind Einzelmessungen bei unzureichenden geraden Rohrabschnitten oder in Anwesenheit von Vor- und Nachstrombehinderungen nicht ideal. Wenn hohe Linearität/Wiederholgenauigkeit sowie Zuverlässigkeit erforderlich sind, während die Genauigkeit nur im akzeptablen Bereich sein muss, kann für solche Anwendungsbedingungen die von SIERRA Instruments speziell entwickelte und weiterentwickelte „Methode zur Kalibrierung durch Auswählen von Messpunkten vor Ort“ verwendet werden. Mit dieser Methode wird der beste Einfügepunkt ausgewählt. Bei dieser Methode wird ein thermischer Massenstrommesser verwendet. Mit Hilfe dieses Messers werden die Strömungsschwankungen an mehreren Punkten im Querschnitt gemessen – je nachdem, wie gut die gemessenen Werte mit den Schwankungen des Luftvolumens übereinstimmen. Die Daten aller Messpunkte werden mathematisch verarbeitet, um den besten Messpunkt zu ermitteln. Dadurch erhalten die Messwerte an diesem Punkt nicht nur eine gute Linearität, sondern können auch den Durchschnittsfluss im gesamten Querschnitt widerspiegeln. 2) Mehrere Messpunkte entlang der Linie: Der Durchfluss wird durch die Messung der Strömungsgeschwindigkeit an mehreren Punkten entlang einer Geraden im Rohr ermittelt – bei Röhren gilt dabei der Durchmesser, bei rechteckigen Rohren die Höhe oder Breite. Auch hier werden wieder einsetzbare Durchflussmessgeräte verwendet. Im Vergleich zu den einzelnen Kontrollpunkten ist die Genauigkeit höher, und die Installation ist ebenfalls einfacher. Allerdings erfordert der vordere geradlinige Rohrabschnitt mindestens 10 D-Werte. Zudem müssen die Geschwindigkeitsverteilungen im Rohr annähernd konzentrische Kreise bilden, damit die erforderliche Genauigkeit erreicht werden kann. Zum Beispiel beträgt die Fläche der Rohre in einem Kraftwerk weniger als 1 Quadratmeter. Aufgrund von Wirbeln in den Rohren ändern sich deren Größe und Position ständig mit der Windmenge. In dem Bereich einer Windmenge von 30 bis 50 % tritt daher das Phänomen auf, dass bei zunehmender Windmenge der Differenzdruck, der an den Messrohren gemessen wird, eigentlich abnimmt. Auch ich bin schon einmal darauf gestoßen, dass bei der Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit in den Sekundärluftleitungen mithilfe der Methode der Geschwindigkeit und Fläche die Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit an diesem Punkt stets 0 war – egal, wie stark die Ventile eingestellt wurden! Deshalb ist diese Messmethode auch schwer für Steuerungssysteme anzuwenden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Messung des Luftvolumenstroms in großen Rohrleitungen äußerst schwierig ist. Wenn es nicht möglich ist, die Bedingungen vor Ort zu ändern, müssen entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um diese Bedingungen zu verbessern und so eine genaue Messung des Luftvolumens zu ermöglichen. 《1》Gleichrichter: Wir wissen bereits, dass das Problem bei den Messungen darin besteht, dass es keine geraden Abschnitte gibt. Wenn man sicherstellt, dass in den Messbereich des Instruments ausreichend stark turbulente Strömungen gelangen, dann ist alles in Ordnung. Eine sehr gute Lösung ist es, einen Gleichrichter hinzuzufügen. Derzeit wird empfohlen, die seit fast einem Jahrhundert erfolgreich in Windkanalgeräten eingesetzten gitterförmigen Strukturierer zu verwenden. Es zeichnet sich durch ein hohes Verhältnis von Querschnittsfläche zur Rohrquerschnittsfläche aus, um den Druckverlust zu verringern. 《2》Mehrpunkts-Geschwindigkeitsmessgerät: Das Prinzip ist dasselbe wie bei dem Pitotrohr (im Inland meist als Pitotrohr bezeichnet), wobei die Geschwindigkeit anhand des Druckunterschieds vor und nach dem Drosselstück berechnet wird. Der Unterschied besteht darin, dass die Positionen sowie die Anzahl der Messpunkte gemäß den geltenden Vorschriften in einer Matrix angeordnet werden, um eine vollständige Darstellung der Geschwindigkeitsverteilung im Rohr zu ermöglichen. Je mehr Messpunkte es gibt, desto genauer kann die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr dargestellt werden. 《3》Automatisches Reinigungsgerät: Da die Luft in den ersten und zweiten Stufen von Kraftwerken unweigerlich Staub enthält, können die Geräte, die den Durchfluss anhand des Druckunterschieds messen, leicht verstopfen. Dies beschränkt ihre Anwendung in Kraftwerken. Um dieses Problem zu vermeiden, wird ein Rückblasungsgerät eingesetzt, um die Rohrleitungen regelmäßig zu entlüften. 《4》Messung bedeutet, alle Daten im System zu verarbeiten und anschließend den Durchflusswert auszugeben. Das ist eine sehr feine und komplexe Aufgabe. Was die Erfassung des Durchflusses usw. angeht, wird darauf hier nur kurz eingegangen. Vorteile der Mehrpunkt-Methode: 1. Hohe Messgenauigkeit 2. Relativ einfache Installation, geringer Druckverlust. Es wird behauptet (nicht bestätigt), dass die US-Steinkohlekraftwerke mehr als 90 % des Marktes ausmachen. Unser Land verwendet diese Technologie erst seit wenigen Jahren und befindet sich noch in der Phase der Weiterentwicklung. Natürlich werden im Ausland bereits allmählich matrixbasierte thermische Massenstrommessgeräte eingesetzt, um die herkömmlichen Differenzdruckstrommessgeräte zu ersetzen. Derzeit wird diese Technologie bereits erfolgreich in einigen Kraftwerken unseres Landes eingesetzt. An die Marken von thermischen Massenstrommessern werden hohe Anforderungen gestellt. Inländische Produkte haben eine sehr kurze Lebensdauer, weisen außerdem eine hohe Fehlerquote auf und sind in Bezug auf die Linearität unzureichend. Derzeit werden in diesem Bereich im In- und Ausland hauptsächlich die drei Marken SIERRA/FCI/KURZ eingesetzt. Der Vorteil der Verwendung des thermischen Massenstrommessverfahrens besteht vor allem darin, dass es eine gute Linearität und Wiederholgenauigkeit aufweist, es zu keinen Druckverlusten kommt, das Messbereich ist breit, der Massenstrom wird direkt gemessen – es ist keine Temperatur- oder Druckkompensation erforderlich. Der Rohrdurchmesser hat nur einen geringen Einfluss auf den Preis des Messgeräts; je größer der Rohrdurchmesser, desto vorteilhafter ist das thermische Messverfahren. Die Installation ist im Vergleich zu allen anderen Messgeräten am einfachsten, die Installationskosten sind niedrig, genauso wie die Wartungskosten. Angesichts der oben genannten Eigenschaften wird die Messung bei hohem Durchfluss in großen Rohren zunehmend zur bevorzugten Methode.