Conception et application des compteurs de débit de gaz à insertion

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Dernière modification de ce post par liaifeng le 4/06/2020 à 18:49. Résumé : Afin de résoudre les problèmes rencontrés par les compteurs de débit à restriction dans la mesure du débit de gaz, un compteur de débit de gaz à insertion a été conçu, comprenant trois parties : une sonde de prélèvement de pression, un dispositif de connexion pour le prélèvement de pression et un dispositif de fixation étanche. Après l’utilisation des compteurs de débit de gaz à insertion dans la mesure du débit de gaz de four à coke, de gaz de haut-fourneau et de gaz mélangé à la filiale de Laiwu de Shanggang Group, les données de mesure du gaz sont devenues plus précises, la production est devenue plus stable, et les coûts de production ont été réduits. 1 Préface Actuellement, les dispositifs utilisés pour la mesure du débit de gaz sont principalement des compteurs à restriction, tels que les plaques orificielles, les éléments intégrés, les cônes en V, etc. Ces dispositifs de mesure présentent de nombreux inconvénients dans leur utilisation, tels que la nécessité d’arrêter la production pour leur installation, une forte perte de pression, une tendance à se boucher, ainsi qu’une difficulté à être débouchés. Prenons le gaz de coke comme exemple : en raison d’une capacité insuffisante de purification du gaz, de la présence de nombreuses impuretés et de la formation de naphthalène à basse température, les dispositifs de restriction se bouchent, ce qui affecte gravement la mesure du débit de gaz, voire provoque des obstructions dans les tuyaux au niveau de ces dispositifs. Lorsque le dispositif de régulation est bouché, il ne peut être débouché qu’en arrêtant le processus ; les occasions de maintenance sont rares et la tâche est difficile, en particulier pour les tuyaux de grand diamètre, dont le démontage et le remontage nécessitent l’aide d’équipements de levage de grande taille, ce qui est long et laborieux. À cette fin, il est nécessaire de développer un compteur de débit de gaz à insertion, capable de prévenir les bouchons, présentant une faible perte de pression et pouvant être installé et entretenu en ligne. 2 Principe de fonctionnement du débitmètre à insertion
Le débitmètre à insertion est un débitmètre à différence de pression qui utilise le principe du tube Pitot pour mesurer la vitesse du flux au centre du tuyau, puis la convertit en débit volumique et en débit massique. Il sert à mesurer la vitesse du flux au centre d’un tuyau transportant un fluide. Il se compose d’un tube de prélèvement de pression et d’une tête de prélèvement de pression. Le tube de prélèvement de pression comprend respectivement un canal de pression totale et un canal de pression statique. La face exposée au flux de la tête de prélèvement de pression dispose d’un orifice de pression totale relié au canal de pression totale, tandis que la face opposée au flux possède un orifice de pression statique relié au canal de pression statique. Lors du fonctionnement, on insère la sonde de mesure de débit à insertion au centre du tuyau : l’orifice de pression totale est aligné avec la direction d’arrivée du fluide, tandis que l’orifice de pression statique est aligné avec la direction de sortie du fluide. La différence entre la pression totale et la pression statique correspond à la différence de pression mesurée au centre du tuyau. Ensuite, à partir de la courbe d’étalonnage du tunnel à vent associée à cette sonde, on détermine la différence de pression standard en ce point. C’est sur la base de cette différence de pression standard que l’on calcule le débit du fluide ； Il est également nécessaire d’utiliser un transmetteur de pression pour mesurer la pression du fluide, et une résistance thermique pour mesurer sa température. Les signaux de différence de pression standard, les signaux de pression et les signaux de température sont introduits simultanément dans l’accumulateur de débit ou dans le système DCS. D’une part, cela permet de calculer l’équation de débit à partir de la sonde de pression ; d’autre part, cela permet de compenser la pression et la température du fluide, afin d’assurer la précision des mesures, tout comme c’est le cas pour le niveaumètre à flotteur magnétique. 3 Conception et installation des compteurs de débit à insertion 3.1 Prise de pression La prise de pression est un élément essentiel des compteurs de débit à insertion, utilisée pour obtenir le signal de différence de pression généré par le fluide. La tête de prélèvement est conçue avec une surface incurvée : lorsqu’elle est insérée au centre du tuyau, la paroi latérale avant ainsi que le trou de pression totale sont alignés avec la direction d’arrivée du fluide, tandis que la paroi latérale arrière et le trou de pression statique sont alignés avec la direction de sortie du fluide. La zone de blocage se trouve sur la surface incurvée du côté du trou de pression totale ; cette zone permet au fluide de s’écouler vers l’extérieur, éloigné de la paroi latérale arrière, ce qui réduit le flux en direction de cette dernière. Ainsi, moins de fluide circule dans le tuyau vers le trou de pression statique, ce qui augmente la différence de pression et améliore la stabilité et la précision des mesures. Comme l’orifice de pression totale est orienté perpendiculairement à la direction du flux, une zone de haute pression se forme à l’intérieur de l’orifice, avec une pression légèrement supérieure à celle à l’intérieur du tuyau. Cela empêche les impuretés présentes dans le gaz d’entrer dans l’orifice de pression totale, évitant ainsi le bouchage de la sonde de mesure. 3.2 Dispositif de transmission de la pression – L’opérateur de débitmètre électromagnétique explique que le dispositif de transmission de la pression est un appareil qui transmet la différence de pression générée par la sonde de mesure au transmetteur de différence de pression, permettant ainsi la conversion du signal physique. La sonde de mesure est reliée au groupe de trois vannes situé en hauteur par deux tuyaux de transmission de pression, et ce groupe de trois vannes est lui-même connecté au transmetteur de différence de pression, ce qui permet de mesurer la différence de pression standard des deux côtés de la sonde de mesure. Le groupe de trois vannes utilise le modèle 3051, ce qui lui permet de se connecter directement à la plupart des transmetteurs de différence de pression disponibles sur le marché. Le tuyau de mesure est conçu avec une petite section transversale, son diamètre extérieur n’étant que de 30 mm ; il ne perturbe presque pas le flux du gaz à l’intérieur du tuyau, ce qui entraîne une faible perte de pression. 3.3 Dispositif de fixation et d’étanchéité La base d’étanchéité sert principalement à fixer et à étanchéifier les compteurs de débit à insertion. Comme les gaz présents dans les tuyaux peuvent être toxiques, une fuite de gaz peut provoquer des accidents graves ; par conséquent, l’étanchéité du compteur de débit est très importante. Le dispositif de fixation hermétique est principalement composé d’une base de soudure pour tuyau, d’une vanne à boule, d’un joint d’étanchéité élastique et d’un dispositif de serrage de l’étanchéité, dont la structure est illustrée à la figure 1. Dans ce cas, la base de soudure du tuyau est soudée directement au tuyau, permettant ainsi le raccordement de l’indicateur de débit au tuyau ； La vanne sphérique est utilisée pour fermer le gaz dans le tuyau, assurant ainsi l’étanchéité du gaz dans le tuyau avant et après insertion du compteur de débit ； Le joint d’étanchéité élastique est fabriqué en graphite élastique résistant à la corrosion et aux hautes températures. Son diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du tuyau de transmission de pression. Lorsque le compteur de débit est inséré, un dispositif de serrage applique une pression sur le joint d’étanchéité élastique ; sous cette pression, le joint se déforme et adhère étroitement au tuyau de transmission de pression, assurant ainsi l’étanchéité au gaz. http://www.jssanchang.com/d/file/jishu/d8de62bdf1791e4cca5c868cafdd4ed6.jpg 3.4 Méthode de calcul Le débitmètre à insertion doit être étalonné dans un tunnel à vent avant d’être livré, et le facteur de débit K de ce débitmètre est calculé à partir du débit standard et de la différence de pression standard. Lors de l’utilisation réelle, il est nécessaire de procéder à des compensations en fonction de la densité, de la pression et de la température du fluide. Le calcul du débit s’effectue au moyen d’un modèle de différence de pression, dont la formule de calcul est : où M représente le débit en masse, en kg ； K est le facteur de débit ； Δ P est la différence de pression, en kPa ； ρ est la densité du milieu, en kg/m³ ； ρ représente la densité du milieu aux conditions normales, en kg/m³. 3.5 Méthode d’installation Le débitmètre à insertion peut être installé en interrompant le flux, ou bien installé en ligne à l’aide d’outils de perçage sous pression. Lors de l’installation, il suffit de percer un trou circulaire d’un diamètre de 30 mm dans le tuyau, de souder un dispositif de fixation étanche au-dessus de ce trou, puis d’y insérer le débitmètre. Grâce à sa compatibilité avec le branchement/débranchement en ligne, qui permet d’éviter que l’arrêt de l’alimentation en gaz n’affecte la production, il peut être installé dans certains points de mesure où un arrêt de l’alimentation en gaz n’est pas possible en raison des exigences du processus de fabrication. Avant d’insérer le tuyau, il convient de calculer les dimensions d’insertion et de vérifier l’orientation des orifices de mesure de la pression totale et de la pression statique, afin de s’assurer que, après installation, les extrémités des deux orifices se trouvent sur la ligne centrale du tuyau, c’est-à-dire au centre du tuyau, et que l’orifice de pression totale soit aligné avec la direction d’arrivée du fluide, tandis que l’orifice de pression statique soit aligné avec la direction de sortie du fluide. La méthode d’installation globale est illustrée à la figure 2. http://www.jssanchang.com/d/file/jishu/f61276622ee67925cacc6689bdd7cc0b.jpg 4 Conclusion Les compteurs de débit de gaz à insertion ont été utilisés dans la filiale de Laiwu de Shandong Iron & Steel pour mesurer le débit du gaz des chaudières à coke, du gaz des hauts fourneaux et du gaz mélangé. Ils résolvent complètement les inconvénients liés à l’installation, à la mesure et à la maintenance des éléments de restriction tels que les plaques orificielles. Ils offrent des données de mesure précises, une résistance au bouchage, une faible perte de pression, ainsi qu’une possibilité d’installation et de maintenance en ligne, ce qui en fait un dispositif de mesure idéal pour remplacer les compteurs traditionnels. L’utilisation de compteurs de débit à insertion pour la mesure du gaz permet d’obtenir des données de mesure plus précises, d’améliorer la stabilité de la production et de réduire les coûts ； Il fournit aux entreprises des données de surveillance et de mesure précises et fiables pour leur activité de production, ce qui leur permet d’organiser de manière optimale l’utilisation du gaz, d’améliorer le calcul des coûts, de réduire la consommation d’énergie et d’augmenter leur rentabilité.