Projeto e aplicação de medidores de vazão de gás de inserção

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Este tópico foi editado pela última vez por liaifeng em 4/6/2020, às 18:49. Resumo: Para resolver os problemas associados ao uso de medidores de vazão de tipo “throttle” na medição do fluxo de gás, foi desenvolvido um medidor de vazão de gás de tipo inserível, que consiste em três partes: um dispositivo para coleta da pressão, um dispositivo de conexão para a coleta da pressão e um dispositivo de fixação e vedação. Após a utilização dos medidores de vazão de gás de tipo inserível na unidade de Laiwu da Shandong Iron & Steel Group, para a medição do fluxo de gás de coque, gás de alto-forno e gás misto, os dados de medição do gás tornaram-se mais precisos. Isso permitiu uma produção mais estável e reduziu os custos de produção. 1 Introdução Atualmente, os dispositivos utilizados para medir o fluxo de gás são, principalmente, medidores de vazão por restrição, como placas orificiais, dispositivos embutidos e cones em forma de V. Esses dispositivos apresentam vários inconvenientes na prática: é necessário interromper a produção para sua instalação, há grande perda de pressão, eles tendem a entupir e são difíceis de limpar. Tomando o gás de coque como exemplo, a capacidade insuficiente de purificação do gás, a presença de impurezas e a formação de naftaleno em baixas temperaturas causam o entupimento dos dispositivos de regulação, o que afeta gravemente a medição do fluxo de gás. Isso pode até levar ao entupimento dos tubos nas proximidades desses dispositivos. Quando o dispositivo de regulação fica obstruído, só é possível desobstruí-lo durante a parada da planta. As oportunidades de manutenção são poucas, e a tarefa é difícil, especialmente em tubulações de grande diâmetro. Para montar ou desmontá-las, são necessários equipamentos de elevação de grande porte, o que torna o processo demorado e trabalhoso. Para isso, é necessário desenvolver um medidor de vazão de gás de tipo inserível, que seja capaz de evitar obstruções, tenha baixa perda de pressão e possa ser instalado e mantido online. 2 Princípio de funcionamento do medidor de vazão de tipo inserível O medidor de vazão de tipo inserível é um tipo de medidor de vazão que utiliza o princípio do tubo de Pitot para determinar a velocidade do fluxo no centro do tubo, convertendo-a posteriormente em vazão volumétrica e massa do fluido. É utilizado para medir a velocidade do fluxo no centro dos tubos que transportam o meio em questão. Ele consiste em um tubo de medição e em uma cabeça de medição. Dentro do tubo de medição, existem canais para a medição da pressão total e da pressão estática. Na parte frontal da cabeça de medição, há orifícios que se conectam aos canais de pressão total, enquanto na parte traseira há orifícios que se conectam aos canais de pressão estática. Durante o funcionamento, a sonda de medição de vazão é inserida no centro do tubo. O orifício para medição da pressão total fica alinhado com a direção do fluxo do fluido, enquanto o orifício para medição da pressão estática fica alinhado com a direção oposta ao fluxo. A diferença entre a pressão total e a pressão estática representa a diferença de pressão real no centro do tubo. Em seguida, utiliza-se a curva de calibração do laboratório de vento associada a essa sonda para determinar a diferença de pressão padrão nesse ponto. Com base nessa diferença de pressão padrão, calcula-se o volume de fluxo do fluido ； Ao mesmo tempo, é necessário usar transmissores de pressão para medir a pressão do fluido, e resistências térmicas para medir a temperatura do fluido. Os sinais de diferença de pressão padrão, os sinais de pressão e os sinais de temperatura devem ser enviados ao medidor de vazão ou ao sistema DCS. Por um lado, isso permite calcular a equação de vazão com base nos sensores de pressão; por outro lado, permite realizar compensações de pressão e temperatura no fluido, a fim de garantir a precisão das medições, assim como no caso dos medidores de nível com flutuador magnético. 3 Projeto e instalação de medidores de vazão de tipo inserível 3.1 Sensores de pressão Os sensores de pressão são componentes importantes dos medidores de vazão de tipo inserível, sendo utilizados para captar o sinal de diferença de pressão gerado pelo fluido. A cabeça de medição possui um design em forma de arco. Quando ela é inserida no centro do tubo, a parede lateral frontal e o orifício de pressão total ficam alinhados com a direção do fluxo do fluido. Já a parede lateral traseira e o orifício de pressão estática ficam alinhados com a direção oposta ao fluxo do fluido. A área de bloqueio está localizada no lado do orifício de pressão total; essa área faz com que o fluido flua para longe da parede lateral traseira, reduzindo assim o volume de fluido que flui em direção à parede lateral traseira. Isso diminui o fluxo de fluido para dentro do orifício de pressão estática, aumentando assim a diferença de pressão e melhorando a estabilidade e precisão das medições. Como o orifício de pressão total está voltado na direção do fluxo de ar, forma-se uma região de alta pressão dentro do orifício. Essa pressão é ligeiramente maior do que a pressão dentro do tubo, o que impede que impurezas presentes no ar entrem no orifício de pressão total, evitando assim o entupimento do sensor de pressão. 3.2 Dispositivo de transmissão da pressão – O operador do medidor de vazão eletromagnético afirma que o dispositivo de transmissão da pressão é um componente responsável por transmitir a diferença de pressão gerada pelo sensor de pressão para o transmissor de diferença de pressão, permitindo assim a conversão do sinal físico em outro tipo de sinal. O sensor de pressão está conectado ao conjunto de três válvulas acima dele, por meio de dois tubos de transmissão da pressão. Esse conjunto de três válvulas, por sua vez, está conectado ao transmissor de diferença de pressão, permitindo assim a medição da diferença de pressão entre as duas extremidades do sensor de pressão. O conjunto de três válvulas utiliza o modelo 3051, podendo ser conectado diretamente à grande maioria dos transmissores de diferença de pressão disponíveis no mercado. O tubo de pressão possui um design de seção pequena; seu diâmetro externo é de apenas 30 mm. Isso faz com que ele quase não atrapalhe o fluxo do gás dentro do tubo, resultando em uma pequena perda de pressão do gás no interior do mesmo. 3.3 Dispositivo de fixação e vedação O suporte de vedação é utilizado principalmente para a fixação e vedação dos medidores de vazão de tipo inserível. Como o gás presente nos tubos pode ser tóxico, vazamentos de gás podem causar acidentes graves. Portanto, a vedação do medidor de vazão é muito importante. O dispositivo de fixação e vedação é composto principalmente por uma base de soldagem para tubulações, válvulas esféricas, anéis de vedação elásticos e um dispositivo de compressão da vedação. Sua estrutura é mostrada na Figura 1. Nesse caso, a base de soldagem do tubo é soldada diretamente no tubo, permitindo assim a conexão do medidor de vazão com o equipamento do tubo ； A válvula esférica é utilizada para bloquear o gás dentro dos tubos, garantindo o selamento do gás no tubo antes e depois da inserção ou remoção do medidor de vazão ； A junta de vedação elástica é feita de grafite elástico resistente à corrosão e a altas temperaturas. Seu diâmetro interno é igual ao diâmetro externo do tubo de transmissão de pressão. Após a inserção do medidor de vazão, um dispositivo de compressão aplica pressão sobre a junta de vedação elástica. Sob essa pressão, a junta se deforma e se adere firmemente ao tubo de transmissão de pressão, garantindo assim o selamento do gás. http://www.jssanchang.com/d/file/jishu/d8de62bdf1791e4cca5c868cafdd4ed6.jpg 3.4 Método de cálculo: Antes de serem enviados para o mercado, os medidores de vazão do tipo “insertion” precisam ser calibrados em um túnel de vento. A partir da vazão padrão e da diferença de pressão padrão, calcula-se o fator de conversão de vazão desse medidor, K. Na prática, é necessário fazer compensações com base na densidade, pressão e temperatura do fluido. Para o cálculo do vazão, utiliza-se o modelo de diferença de pressão. A fórmula de cálculo é a seguinte: Onde: M representa a vazão em massa, em kg ； K é o fator de multiplicação do fluxo ； ΔP é o valor da diferença de pressão, em kPa ； ρ é a densidade do meio, em kg/m³ ； ρ representa a densidade do meio nas condições normais, em kg/m³. 3.5 Método de instalação: O medidor de vazão de tipo inserível pode ser instalado com o fluxo interrompido, ou também pode ser instalado em funcionamento, utilizando ferramentas adequadas para fazer furos sob pressão. Durante a instalação, basta fazer um furo circular com diâmetro de 30 mm no tubo, soldar um dispositivo de fixação e vedação acima desse furo, e então inserir o medidor de vazão. Graças à compatibilidade com a conexão e desconexão online, evita-se que a interrupção do fornecimento de gás afete a produção, permitindo sua instalação em alguns pontos de medição onde é impossível interromper o fornecimento de gás devido às exigências do processo de produção. Antes de inserir o tubo, é necessário calcular as dimensões de inserção e verificar a direção dos orifícios de medição da pressão total e da pressão estática. Isso garante que, após a instalação, as extremidades dos dois orifícios estejam alinhadas com a linha central do tubo. Além disso, o orifício de medição da pressão total deve estar voltado na direção do fluxo do fluido, enquanto o orifício de medição da pressão estática deve estar voltado na direção oposta ao fluxo do fluido. O método geral de instalação é mostrado na Figura 2. http://www.jssanchang.com/d/file/jishu/f61276622ee67925cacc6689bdd7cc0b.jpg 4 Conclusão: Os medidores de vazão de gás do tipo inserível já são utilizados pela filial de Laiwu da Shansteel para a medição do fluxo de gás produzido em altos-fornos, coqueiras e outros sistemas de geração de gás. Eles eliminam completamente os problemas associados ao uso de elementos de restrição de fluxo, como placas de orifício, em termos de instalação, medição e manutenção. Além disso, oferecem dados de medição precisos, resistência à obstrução, baixa perda de pressão e possibilidade de instalação e manutenção online. São, portanto, dispositivos ideais para substituir os medidores de vazão tradicionais. Com o uso de medidores de vazão de inserção para a medição do gás, os dados de medição tornam-se mais precisos, a produção fica mais estável e os custos são reduzidos ； Fornece dados de monitoramento e medição precisos e confiáveis para a produção e operações das empresas, o que ajuda na gestão eficiente do gás, no controle dos custos, na redução do consumo de energia e no aumento da eficiência.